水资源短缺模型评价.docx
- 文档编号:25136857
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:77.50KB
水资源短缺模型评价.docx
《水资源短缺模型评价.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水资源短缺模型评价.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
水资源短缺模型评价
水资源短缺风险综合评价
摘要
水是生命之源,是人类赖以生存和发展的基础。
水资源的问题直接影响着工农业生产和社会经济的发展,间接影响尤为深远。
它对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要意义。
本文选取北京市为研究对象,根据北京市严重缺水的实际情况,判定水资源短缺风险的主要风险因子。
分析建立了水资源短缺风险的层次分析法模型,以此来判定能否定量评估北京市水资源短缺风险,能否科学有效的规避及应对北京市发展过程中面临的水资源安全的问题,能否有力的保障和维护首都经济和社会发展的正常运行。
是北京经济和社会可持续发展更有后劲。
首先,了解北京市水资源概况,对水资源短缺风险影响因子进行分析。
针对1979到2009年北京市水资源短缺的状况。
评价判定出北京市水资源短缺风险的主要因子是水资源总量、污水排放总量、农业用水量以及生活用水量,有利于对北京市水资源短缺风险进行综合评价。
其次,建立水资源短缺风险评价指标体系及模型体系,采用层次分析法模型。
并在水资源短缺风险评价的层次分析决策中应用模糊一致矩阵方法,有效地避开了模糊综合评判中隶属度确定问题,作出明显的风险等级划分。
在对风险等级划分结果分析的基础上提出调控水资源的对策,尽可能使得风险降到最低。
再次,由北京市1979—2009年的水资源短缺的状况,风险因子的实例研究。
建立Logistic回归模型模拟和预测水资源短缺风险发生的概率,判别出北京市2012—2013年水资源短缺的风险因子。
制定出相应的应对措施:
再生水回用和南水北调工程。
最后,在对北京市水资源短缺风险因子进行分析,在对风险评价结果分析的基础上整理、查阅资料,向北京市水行政主管部门递交一份建议报告。
结合北京市的现有状况,使水资源短缺对首都社会和经济发展的影响降至最低。
综合以上几个方面,得出水资源短缺风险综合评价对北京市的经济发展,乃至整个社会的经济发展和可持续发展战略起到了至关重要的作用。
关键词:
北京市水资源短缺风险层次分析模型模糊一致矩阵
1.问题重述
水资源状况与人类生存发展密切相关。
水资源危机是继石油危机之后,在21世纪最有可能出现的危机。
水资源的问题不仅影响着社会经济的发展,还对社会的可持续发展有着重要的意义。
本文从水资源短缺入手,以北京市为研究对象。
分析了北京市1979-2009年北京市水资源短缺的状况,评价判定了北京市水资源短缺的主要风险因子,且进行了综合评价。
并预测了2012-2013年北京市水资源的短缺风险,制定出了相应措施,减少其对社会经济发展和可持续发展的影响。
2.模型假设
2.1—水资源充足,没有出现水资源总量、污水排放总量、农业用水量以及生活用水量等的风险因子;
2.2—北京市能够满足对水资源的需求,即满足对工农业用水、生活用水的需求;
2.3—忽略水资源的少量短缺对社会经济发展、可持续发展等带来的不利影响。
3.符号说明
Si,主要风险因子;
Bi,比较矩阵;
A,比较矩阵;
W,i个因子的权重;
BW,权重向量;
,特征根;
CR,一致性比率;
CI,一致性指标;
RI,平均随机一致性指标;
Nm,常数;
r,净增长率。
4.问题分析
近年来,我国特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重。
本文以北京市为例。
北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一。
其人均水资源占有量不足300立方米。
为全国人均的1/8,世界人均的1/30,是重度缺水地区。
而北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。
根据《北京2009统计年鉴》及北京市水资源的有关资料,对水资源短缺风险综合评价。
可分为四个阶段:
(1)评价判定主要风险因子阶段,即影响北京市水资源短缺风险的主要因子;
(2)建立模型阶段,即针对北京市水资源短缺风险进行综合评价所建立的数学模型,并作出风险等级划分;(3)预测阶段,即根据北京市1979-2009年水资源状况,对北京市2012-2013年水资源短缺风险进行预测,提出应对措施;(4)递交成果阶段,即从已取得的数据资料与结论,向北京市行政主管部门递交一份建议报告。
以使得北京市水资源短缺风险降低,促进社会经济的发展。
为了对水资源短缺风险做一个合理、客观的评价,必须选择相应的指标作为衡量该风险的指标。
因而,选取指标至关重要。
本文中选取了主要风险因子—水资源总量、污水排放总量、农业用水量以及生活用水量作为衡量指标。
原因是主要风险因子最能反映北京市水资源短缺的程度,预测出北京市未来两年水资源短缺的风险,用层次分析法模型拟合了北京市1979年至2009年水资源的概况,判定出了其主要风险因子,并对其作出了综合评价,划分了其风险等级。
由此预测2012-2013年水资源短缺的风险。
在层次分析法模型中应用了模糊一直矩阵,这样的处理是合理、可行的。
与此同时,由于水资源短缺影响着首都社会和经济发展,而而北京市水资源短缺风险的主要风险因子已经得到评价判定,则在对风险评价结果分析的基础上提出水资源短缺风险防范对策。
因而本文的研究可分为以下几个方面:
4.1—判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子;
4.2—建立层次分析法模型;
4.3—应用模糊一致矩阵方法,对水资源短缺风险进行综合评价;
4.4—利用Logistic回归模型模拟和预测水资源短缺风险发生的概率,预测北京市未来两年水资源短缺的风险;
4.5—导出针对北京市短缺风险的问题,提出相应的应对措施。
本文考查北京市水资源短缺风险对经济影响的流程图,如图1
收集数据
拟合北京市1979-2009年水资源概况
预测2012-2013年北京市水资源的短缺风险
水资源总量
污水排放总量
农工业用水量
水资
源总
量
污水
排放
总量
农工业用水量
对经济的影响
对经济的影响
5.模型的建立及问题的求解
5.1判定主要风险因子
北京市属海河流域,是300万年前由永定河和潮白河冲击形成的倾斜平原。
地势西北高,东南低;从东到西分布有蓟运河、潮白河、北运河、永定河和大清河5大水系,官厅水库和密云水库是市区地表睡的两大水源。
全市多年平均降雨量585mm,折合水体9919立方米;平均地表径流21198亿立方米,地下水资源27109亿立方米,扣除地表水、地下水重复计算量9108亿立方米。
北京有自产天然水资源总量为39199亿立方米,多年平均入境水量16150亿立方米。
出境水量11160亿立方米;人均水资源占有量约300立方米,是全国平均水平的1/8,是世界人均水平的1/30,远远低于国际公认的人均1000立方米的下限。
另外,北京较近十年降水量平均值略偏小;时空分布不均匀,局地暴雨时有发生,主汛期降水日数较多。
2009年全市地表水资源量为6.76亿立方米,比2008年12.79亿立方米少47%,比多年平均17.72亿立方米少62%。
呈现出水量偏少的趋势。
从流域分区看,北运河水系径流量3.24亿立方米为最大,大清河水系径流量0.28亿立方米为最小。
2009年全市入境水量为3.03亿立方米,比2008年5.35亿立方米少43%;全市出境水量约为8.23亿立方米,比2008年10.08亿立方米少18%。
由此可见,水资源总量是造成北京市水资源短缺的主要风险因子。
1997—2007年北京市水资源概况
年份
用水总量
农业用水量
工业用水量
生活用水量
生态用水量
1997
40.32
18.12
11.10
11.10
2.00
1998
40.43
17.39
10.84
12.20
3.00
1999
41.71
18.45
10.56
12.70
1.00
2000
40.40
16.49
10.52
13.39
1.00
2001
38.98
17.40
9.18
12.05
0.30
2002
34.62
15.45
7.54
11.03
0.80
2003
35.00
12.92
7.65
13.49
0.95
2004
34.55
12.97
7.65
12.91
1.00
2005
34.50
12.67
6.80
13.93
1.10
2006
34.30
12.05
6.20
14.43
1.62
2007
34.80
12.40
5.80
13.90
2.70
由表可以看出,农业用水、工业用水、污水排放量为造成北京市水资源短缺的主要风险因子。
其中工业用水量呈下降趋势,而农业用水量基本成上升趋势。
所以,北京市水资源短缺风险的主要风险因子是水资源总量、污水排放量、农业用水量和工业用水量。
5.2利用层次分析法模型进行综合评价
建立层次分析结构,把人们的判断转化为若干因素两两之间重要度的比较上面,把难于量化的定性判断转化为可操作的重要度的比较上面。
通过逐层比较多种关联因素来为分析、决策、预测或控制事物的发展提供定量依据。
S1:
水资源总量S2:
污水排放总量S3:
农业用水量S4:
生活用水量
确定最大风险因子
工业污染
生活污水
人口
规模
降水量、地表及地下水资源
耕地面积
水利工程设施
S1
S2
S3
S4
S1
S2
S3
S4
S1
S2
S3
S4
S1
S2
S3
S4
(1)首先给出各准则对方案之间的两两比较矩阵
B1=
B2=
B3=
B4=
然后给出准则工业污染及生活污水、人口规模、降水量、地表及地下水资源量、耕地面积及水利工程设施之间的两两比较矩阵
A=
(2)计算特征向量:
只以一个矩阵为例。
首先按列归一后(矩阵的每个元素除以所在列的和),然后每一行求出平均值得到的列向量即为特征向量
B1=
按列归一化
行平均
=W
可以看出在工业污染、生活污水方面供应商的优劣顺序为S4,S1,S2,S3,类似的计算
W1=(0.303,0.573,0.078,0.046)W2=(0.597,0140,0.214,0.050)
W3=(0.151,0.060,0.638,0.151)W4=(0.457,0.300,0.138,0.105)
(3)计算最大的特征值:
仍以B1为例介绍计算过程
(a)计算BW
BW=
=
(b)计算
同理可得
(3)进行一致性检验
CR=CI/RI=(4.1231-4)/(4-1)0.96=0.0393<0.1
表4.5.2随机一致性指标
矩阵阶数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
KI
0
0
0.58
0.96
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
1.49
类似的可以检验其他几个矩阵的一致性
CR2=0.0365CR3=0.0627CR4=0.0275CR0=0.0429
均在允许范围内
(5)确定最大风险因子:
计算四个主要风险因子的综合得分
(W1,W2,W3,W4)W0=
=
可见,最大风险因子为农业用水量,其次是污水排放总量,然后是水资源总量和生活用水。
5.3对主要风险因子的调控
通过对北京市水资源短缺风险进行的综合评价结果进行分析,得出水资源总量、污水排放总量、农业用水量以及生活用水量是北京市水资源短缺风险的主要风险因子。
结合北京市的实际情况,对于水资源总量不可改变。
即在合理采用地下水资源的前提下,实施南水北调。
同时,全市各部门、各区县、各单位要全力抓好水务改革发展各项工作,一手抓“开源”,一手抓“节流”。
对于污水排放量,则实行废水回收,解污处理,经过净化,用于其他方面。
而农业用水和生活用水,则提倡节约。
因此,再生水回用和南水北调工程可使北京地区水资源短缺的风险降低,保障北京市经济的稳定,促进可持续发展战略的实施。
5.4利用Logistic回归模型进行预测
首先引进常数Nm,用来表示水资源总量的最大量(一般来说,降水量越多,再生水越多,Nm就越大)。
并假定净增长率为
r(N﹝t))=r(1-N(t)/Nm)
即净增长率随着N(t)的增加而减小。
当N(t)趋近于Nm时,净增长率趋于零。
其中r,Nm是根据多年水资源总量统计数据。
因子1-N(t)/Nm体现了对水资源总量增长的阻滞作用。
按照这一假设,Logistic模型为
Dn/dt=r(1-N/Nm)N
N(t0)=N0
这是一个Bernoulli方程的初值问题,其解为
N(t)=Nm/1+(Nm/N0-1)e-r(t-t0)
因此,由此预测出北京市水资源短缺风险发生的概率。
5.5应用模糊一致矩阵
模糊一致矩阵,能有效地避开模糊综合评判中隶属度确定问题,简化计算,在水资源短缺风险的评定中,取得较为合理的评价结果。
5.5.1建立单因素优先关系矩阵
Bk
×n
5.5.2将单因素优先关系矩阵改造成模糊一致矩阵
模糊一致矩阵为
Rk=(rij)n×n
模糊一致矩阵因子:
rij=(ri-rj)/2n+0.5
ri=
5.5.3单因素优属度计算
Si=s/
s=(
)1/n
5.5.4各方案优属度值计算
Ai=
5.5撰写建议报告
关于调控北京市水资源短缺风险因子的报告
北京市水行政主管部门:
为缓解北京市水资源紧缺的严峻形势,在保障北京经济稳定的前提下,促进经济的发展。
根据利用北京市1979-2009年水资源概况所得到的水资源短缺风险综合评价与国务院关于《21世纪初首都水资源可持续利用规划》以及北京市水资源的实际情况,为使北京市水资源短缺风险降低,提出以下建议:
一、由于北京是世界上严重缺水的城市之一,地处半干旱地区,水资源主要靠境内和上游流域自然降雨。
而通过以上对北京市水资源短缺风险综合评价,可见水资源总量、污水排放总量、农业用水量以及生活用水量是北京市水资源短缺的主要风险因子。
其中,按等级划分,最大风险因子为农业用水,其次市污水排放量,然后是水资源总量以及生活用水。
根据此类情况,缓解北京水资源紧缺的出路在于:
一是调水,二是节水。
但要解决水资源问题必须坚持节流与开源并重,近期与长远结合,这并非一日之功,要充分利用价格机制和市场机制,来保证北京供水安全。
总体思路如下:
1.节水优先.节流应当放在首要位置,要制定节水计划,采取严厉的措施,加大节水力度,落实节水责任,利用法律、行政、经济等手段,促进节约用水,提高全民的节水意识。
2.综合治理.水资源问题是一个系统问题,涉及到方方面面。
因而必须采取综合治理,多管齐下,制定和实施以水资源为中心的一整套相互配合的政策和措施。
3.统一管理.水资源紧缺是北京市目前所面临的问题之一。
必须加大对水资源的管理力度,统一管理,统一规划,统一监测,统一调配,统一监督,统一供应。
4.合理取水.在当前水资源日益紧张的情况下,更要注重合理取水:
优先考虑外流域调水,其次进行本流域采水,尽量少采集城市周边地下水,慎用岩溶地下水。
5.提高水价.经过几次调整,水价仍然偏低,有较大调价空间。
要充分利用杠杆的作用,通过较大幅度提高水价,减少水资源消耗。
增强全民的节水意识,节约水资源。
二、要缓解水资源短缺的紧张形势,使北京市未来的水资源短缺降至低风险水平显得尤为重要。
由此,则必须采取如下措施:
一是再生回水利用。
应用水的自然循环,从大气水—地表水—地下水—再回到大气水,水自然循环的规律。
结合人类活动参与的水循环。
从蓄水—供水—排水—治理污水—再生水利用。
实施水资源的减量开采—高效利用—无害化处理—再生利用。
降低水资源短缺风险。
二是南水北调工程。
切实加强水务基础设施和水环境建设,加快南水北调配套工程建设,确保各项配套工程2014年前全部竣工,确保客水调的进、用得上。
三是建设节水型城市。
制定节水计划,实行目标管理。
全市全面实行“六必须”管理。
利用经济手段促进节水。
逐步提高水价,实现成本管理;按定额供水,超定额累进加价;建立阶梯水价机制,调动节水积极性。
全社会要统一认识,齐抓共管对于各种浪费水资源的现象不能孰视无睹。
大力实施科技节水,使节水工作向纵深发展。
充分发挥水价的调节作用,理顺水资源利用各种关系,促进节约用水。
可实行超计划、超定额用水加减收费制度,拉大耗水行业与其他行业用水的差价,也可积极推行居民生活用水阶梯水价制度,完善节约用水监管机制,认真落实节水“三同时”管理设措施。
以求确保节水设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用,加大节水执法稽查力度,推动形成良好的取水、用水、排水社会秩序。
三、在总体思路的前提下,可执行具体的措施,以缓解北京的水资源紧缺形势。
1.增大宣传范围,加强适度宣传.让北京市民能明确的了解到北京的水资源紧缺形势,深知节约用水不仅是中华民族传统美德的体现,更是实现可持续发展的必由之路。
在坚持节水为主的原则下,建设节水型经济,节水型社会和节水型城市。
当前,北京市用水量在37亿立方米左右。
其中既含有节水的成效,也有超采地下水和牺牲环境用水的因素。
在实行南水北调的同时动员全社会开展节约用水,是经济社会可持续发展的惟一选择。
因此,要继续加大工业节水力度,在保持工业用水量基本稳定的前提下,大幅度减少农业用水,扩大再生水利用,给城市化和生态用水留出空间。
2.加强城市节水.可实行市场准入制度,非节水型器具和明令淘汰的用水器具禁止在北京市场销售和使用。
在城市新建、改建、扩建的公共和民用建筑中必须采用节水型工艺,安装使用节水设施和器具。
节水设施验收不合格的建筑项目不得投入使用;现有公共建筑和机关企事业单位的建筑,不符合节水标准的用水设施和器具要在3年内全部更换;同时,可加强宣传教育提高居民的节水意识;控制洗浴业;治理现有洗浴业,强制洗车业安装节水设施。
3.加快发展农业节水灌溉.因为农业是全北京市用水第一大户,农业灌溉用水占全市用水总量的40%以上。
所以要通过加强节水来减少农业用水量。
可实行在没有节水措施的耕地上实现节水灌溉,并调整种植结构,严格禁种水稻,减少需求量较大的蔬菜种植面积。
在加快种植结构调整的同时,加快退耕还林和严格控制水源的污染。
4.严格审批高耗水工业项目.北京作为我国政治、经济、文化中心。
其中的工业设施数不胜数。
即很有必要降低现有工业消耗量,建设节水型工业体系。
而建设节水型工业体系,则要求:
一是继续加强节水措施和重复用水措施改造,提高节水水平和水的重复利用率。
二是加快工业产业结构调整,加快发展电子、汽车、机械、都市工业等低耗水产业,严格控制石化、冶金、造纸等高耗水工业的发展。
提高水的重复利用率。
综上,均是此次报告的全部内容。
以上报告,如无不妥,请转批各地执行。
衡阳师范学院
2011年5月6日
6.模型评价
水资源的短缺对社会的影响是多方面的,直接影响着社会经济的发展;间接影响着可持续发展战略的发展。
自然,充足的水资源则会促进社会经济的发展,为各行各业的成长提供机会,也有效地实施了可持续发展战略。
6.1纵观全文,本模型的主要结论和创新之处在于
(1)由于当前只能找到1979-2009年北京市水资源概况的数据,无法准确得到2010年的水资源概况的数据,所以只能在已有数据的基础上拟合数据,从而预测2012-2013年的水资源短缺风险。
采用层次分析法模型是客观合理的,且在此基础上加上Logistic回归模型预测正常情况下北京市未来近两年水资源的短缺风险。
(2)仅在了解北京市1979-2009年水资源概况的前提下,从判断出主要风险因子入手,预测出北京市未来两年的水资源短缺风险,从而制定出相应的调控措施。
对保障北京经济的稳定发展具有重要意义。
(3)预测水资源短缺风险,可使得有关部门尽早的做好调控措施,能最大限度的降低水资源短缺风险。
促进经济的发展,更有效地实行可持续发展战略。
6.2缺点与不足:
(1)在对北京市未来两年水资源短缺风险的预测上,由于所得数据为1979-2009年,从2010到现今的都未知,在客源保持目前的认知水平上,存在一定的局限性。
此模型虽然从不同角度预测了北京市未来两年的水资源短缺风险,但是实际的与回归模型中的会存在一定的差异,这也会对结果产生一定的影响。
(2)本文仅对北京市水资源短缺风险进行了综合评价,为利用此模型推而广之,对其他城市的水资源短缺风险进行预测。
参考文献
[1]北京市水利局.北京市水中长期供求计划报告(1996-2000-2010年)[R].北京:
北京水利局,1996.
[2]刘启风,周颖.节水型社会的防污机制[J].中国水利.2005,4:
3-15.
[3]杨绚,李栋梁.中国干旱气候分区及其降水量变化特征[J].干旱气象,2008,(02).
[4]赵宗慈,罗勇.21世纪中国东北地区气候变化预估[J],气象与环境学报,2007,(03).
[5]许新宜.关于节水型社会建设的几点认识[J],中国水利,2005,(01).
[6]戴朝寿,孙世良.数学建模简明教程,北京市西城区德外大街4号:
高等教育出版社,152-167,2007.
[7]戴朝寿,孙世良.数学建模简明教程,北京市西城区德外大街4号:
高等教育出版社,79-81,2007.
[8]彭书凤,田盈.模糊层次分析法在中小型企业信用评价中的应用[J].重庆工学院学报,2008年01期.
[9]姚敏,张森.模糊一致矩阵及其在决策分析中的应用[J].系统工程理论与实践,1998,(5):
78-81.
[10]罗军刚,解建仓,阮本清.基于熵权在水资源短缺风险模糊综合评价模型及其应用[J].水力学报,2008,39(9):
1092-1104.
[11]陈文玲,赵法锁.基于模糊一致矩阵理论的边坡稳定性评价[J].地球科学与环境学报,2007,29(4):
404-407.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水资源 短缺 模型 评价