文档介绍：城市水资源的保护与利用一、摘要本文基于模糊概率理论建立了水资源短缺风险评价模型,可对水资源短缺风险发生的概率和缺水影响程度给予综合评价。首先由北京市近年来的水资源及用水情况构造出隶属函数以评价水资源系统的模糊性;其次因为 Logistic 回归模型具有对因变量数据要求低、计算结果唯一模型精度高等优点,故利用 Logistic 回归模型来模拟和预测水资源短缺风险发生的概率;而后建立了基于模糊概率的水资源短缺风险评价模型;最后利用判别分析识别出水资源短缺风险敏感因子。作为实例对北京市 1979 —2008 年的水资源短缺风险研究表明,水资源总量、污水排放总量、 年环境用水的增加,至2008 年为止,环境用水总量逐年上升,且环境用水量在一定程度上影响地下水储量。利用给出的数据,对之前的水资源短缺风险进行计算,通过进一步分析, 其风险值总体呈下降趋势,由此预测未来五年的风险也呈下降趋势。对北京市逐年水资源情况分析,我们得出, 再生水回用和南水北调工程可缓解北京地区近5年的水资源短缺现象,但缺水现象仍不容乐观。关键词:模糊概率,隶属函数, Logistic 回归模型, 北京,风险因子,水资源 1 二、问题重述及分析 问题背景 社会背景北京属资源型重度缺水地区,属111 个特贫水城市之一,是水库存水量全国下降最快的三个城市之一。水资源紧缺已成为制约经济社会可持续发展的第一瓶颈。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。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设,建立污水处理厂,产业结构调整等。但是,气候变化和经济社会不断发展,水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别,对风险造成的危害等级进行划分,对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害,这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 理论背景关于风险的问题,最具代表性的风险定义是由 Kaplan 提出的,并得到国际社会广泛认可。国内这方面的研究专家也通过研究取得了一定成果,如阮本清等建立的水资源短缺风险性能指标,刘涛等利用层次分析法确定了风险指标的权重并建立了供水风险综合评估模型。这些研究的共同特点是从随机模型或者模糊模型的角度分别探讨水资源短缺风险问题。而水资源系统复杂而庞大,存在随机性和模糊性,所以应在水资源短缺风险评价模型的设计中考虑这两种因素的影响。 问题提出及分析以北京市为例,从所给附表中的数据可以看出北京市的用水量和水资源储存量之间从在着严重的缺口,我们所做的主要是:( 1)根据北京市的水资源资料,分析水资源但却得风险因子,并对这些风险因子进行重要性分析。(2)建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价,对主要风险因子,如何进行调控,使得风险降低。(3) 对北京市未来五年水资源的短缺风险进行预测,并提出应对措施。(4)最后再向向有关部门提交一份报告, 对北京市的水资源利用状况提出建议和对策。解决上述问题主要是要根据区域水资源系统发生供水短缺的模糊性与随机不确定性来构造一个合适的隶属函数来描述水资源系统发生供水短缺这一事件,从而建立水资源短缺风险评价模型,再利用 Logistic 回归模型对水资源短缺发生的概率进行预测, 从而来正确的评价某一区域水资源系统发生供水短缺的风险问题,起到水资源保护和合理利用的效果。 2 三、问题假设 1,此类风险问题符合 Kaplan 的风险定义。 2,水资源短缺问题具随机性和模糊性。 3,偶然发生的自然灾害对供水系统的影响不予考虑。四、符号说明参数及符号含义单位 x 缺水量亿 3m nW 需水量亿 3m sW 供水量亿 3m aW 最小缺水量亿 3m mW 最大缺水量亿 3m cW 模糊集( ) wx?模糊集上的隶属函数 A模糊事件( ) p A 事件 A发生的概率 H 水资源短缺风险值 1b 变量的系数 k 标准误差 W Wald 的值 3 五、模型建立根据 Kaplan 对风险的定义, 本文认为水资源短缺风险是指在特定的环境条件下,由于来水和用水存在模糊与随机不确定性,使区域水资源系统发生供水短缺的概率以及相应的缺水影响程度。基于上述理由建立了基于模糊概率的水资源短缺风险评价模型。 基于模糊概率的水资源短缺风险对于一个供水系统来说, 所谓失事主要是供水量 sW 小于需水量 nW 从而使供水系统处于失事状态。基于水资源系统的模糊不确定性,构造一个合适的隶属函数来描述供水失事带来的损失。定义模糊集 cW 如下:??: 0 ( ) 1 c w W x x ?? ??(1) 式中