专利名称：基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法
技术领域：
本发明属于水资源规划与管理领域，具体地说是一种基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法。
背景技术：
1972年，法国科学家雷内·托姆(Rene Thorn)在其研究成果《结构稳定性和形态发生学》中，明确地阐明了突变理论(Catastrophe Theory).后经发展，逐渐成为一个新的数学分支，专门用于研究非连续变化和突变现象，成为一门描述一系列连续性的量变如何演变成跳跃式质变的重要理论，被誉为“微积分以后数学上的一次革命”，与耗散结构论、协同论共称为新三论。突变理论建立在拓扑动力学和奇点理论基础之上，涉及数学的背景知识较深，但经过齐曼(Zeeman)、阿尔诺特(V . I Arnold)等人的研究，使其应用模型相对简单，因此运用领域广阔，涉及自然科学和社会科学的多个方面，取得了大量应用性成果。在水资源领域，突变理论已广泛应用到施工、设计、管理的各个环节中，并涵盖地表水、地下水等多个领域。水资源供需系统中过程表现为多模态、突跳、发散等特征，即在一般情况下，随着状态变量的变化，系统可能随时出现安全或不安全的状况，表现出两种截然不同的状态；同时可能在很短时间内，水资源供需系统可能发生一个很大的改变；此外，在水资源供需系统中，控制参数数值的有限变化引起状态变量平衡位置数值的微弱变化。但在水安全突变临界点附近，控制参数初值的微小变化却可能导致状态变量终值的很大变化。因此，水资源供需过程具有突变特征。保证水资源系统的水安全是水资源供需调控效果的一个重要目标。但水安全涉及因素较多，致使水安全评价不仅要充分考虑区域水资源状况，还要综合评价与之相关的经济、社会、环境等多方面因素，是非常复杂的问题。从目前的研究成果来看，评价方法多采用层次分析法、投影寻踪模型、模糊优选模型、模糊综合评判模型等，但普遍存在的问题为 (1)指标体系选取主观性强。水安全涉及多方面因素，既有动态性指标又有静态性指标，既有定性指标又有定量指标等，致使当前指标选取具有一定主观性和局限性；(2)评价方法不成熟。通常，对权重和隶属函数主要通过专家打分的形式确定权重或目标变量的隶属度函数值，使评价结果带有一定的主观性，可信度较差。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，该方法利用实体一关联概念模型建立水安全评价指标体系，并针对水资源供需系统的突变特性，建立基于突变理论的水安全评价模型，对不同水资源管理方式实施后水安全状况进行综合评估，评价结果全面准确，可信度高。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，其特征在于该方法利用实体一关联概念模型建立水安全评价指标体系，并针对水资源供需系统的突变特性，建立基于突变理论的水安全评价模型，对不同水资源管理方式实施后水安全状况进行综合评估，具体包括以下步骤
1)运用实体一关联概念，将水安全分为实体子系统和关联子系统，实体子系统包括外部环境安全、水资源安全；关联子系统包括水资源-经济安全、水资源-环境安全、水资源-社会安全；
2)根据水安全评价的原则，建立涉及经济社会发展、外部环境变化、水资源开发利用方面的综合评价指标体系；
3)设定不同水资源管理模式下指标值变化过程，并代入水安全指标体系；
4)对指标体系进行原始数据规范化；依据突变理论综合评判的要求，将控制变量的原始数据转化到0 1范围内的越大越好型无量纲可比较数值，即对控制变量进行原始数据规格化。可采用模糊数学的方法对控制变量进行原始数据规格化。5)根据初始模糊隶属函数值，利用归一公式进行综合量化递归运算，得到评价系统的总突变隶属度值；利用归一公式对同一系统各控制变量进行模糊综合分析与评判时， 遵从“互补”与“非互补”原则；采用燕尾突变、尖点突变、蝴蝶突变模型进行评价；
6)重复步骤5)，分别求出不同评价系统的总突变隶属函数值及其变化规律，进行不同系统间综合分析与评判，实现基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估。本发明中，外部环境安全包括经济发展、人口增长和环境变化；水资源安全包括供、用、耗、排过程。本发明结合水安全系统非线性、开放、动态等特点，按照系统实体一关联概念，遵循全面性与代表性相结合、定性分析与定量分析结合、科学性与可操作性相结合等原则构建了涵盖外部环境安全、水资源安全、水资源-社会安全、水资源-经济安全、水资源-环境安全于一体的指标体系，同时基于突变理论的水安全评价模型，对水资源管理效果进行评估。本发明评价结果全面准确，可信度高。
图1是通过本发明得到的2020年Bl情景下榆林市水安全状况图。
具体实施例方式一种本发明所述的基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，具体步骤如下
1)运用实体一关联概念，将水安全分为实体子系统和关联子系统，实体子系统主要包括外部环境安全、水资源系统安全，关联子系统主要包括水资源-经济安全、水资源-环境安全、水资源-社会安全。2)结合水安全评价的基本原则，建立涉及经济社会发展、外部环境变化、水资源开发利用方面的综合评价指标体系；见表1。1水安全评价初选指标体系
权利要求
1.一种基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，其特征在于该方法利用实体一关联概念模型建立水安全评价指标体系，并针对水资源供需系统的突变特性，建立基于突变理论的水安全评价模型，对不同水资源管理方式实施后水安全状况进行综合评估，具体包括以下步骤1)运用实体一关联概念，将水安全分为实体子系统和关联子系统，实体子系统包括外部环境安全、水资源安全；关联子系统包括水资源-经济安全、水资源-环境安全、水资源-社会安全；2)根据水安全评价的原则，建立涉及经济社会发展、外部环境变化、水资源开发利用方面的综合评价指标体系；3)设定不同水资源管理模式下指标值变化过程，并代入水安全指标体系；4)对指标体系进行原始数据规范化；依据突变理论综合评判的要求，将控制变量的原始数据转化到0 1范围内的越大越好型无量纲可比较数值，即对控制变量进行原始数据规格化；5)根据初始模糊隶属函数值，利用归一公式进行综合量化递归运算，得到评价系统的总突变隶属度值；利用归一公式对同一系统各控制变量进行模糊综合分析与评判时，遵从 “互补”与“非互补”原则；采用燕尾突变、尖点突变、蝴蝶突变模型进行评价；6)重复步骤5)，分别求出不同评价系统的总突变隶属函数值及其变化规律，进行不同系统间综合分析与评判，实现基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估。
2.根据权利要求1所述的基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，其特征在于外部环境安全包括经济发展、人口增长和环境变化；水资源安全包括供、用、耗、排过程。
3.根据权利要求1所述的基于水资源供需过程突变特征的区域水安全评估方法，其特征在于步骤4)中，采用模糊数学的方法对控制变量进行原始数据规格化。
全文摘要
本发明公开了一种区域水安全评价方法，包括运用水资源供需系统突变特征，按照实体—关联概念，将水安全分为实体子系统和关联子系统，并结合水安全评价的基本原则，建立了涉及经济社会发展、外部环境变化、水资源开发利用方面的指标体系，该指标体系包括外部环境安全、水资源系统安全、水资源-经济安全、水资源-环境安全、水资源-社会安全等方面，综合反映了水安全的总体特征。最后，针对水资源供需系统的突变特性，建立了基于突变理论的水安全评价模型，对区域水安全状况进行评估。本发明评价结果全面准确，可信度高，可有效评估不同调控模式下水安全状况，将为水资源管理提供依据。
文档编号G06Q50/00GK102156930SQ20111012249
公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者张建云, 王小军, 贺瑞敏 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院