水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)

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1、水

利

學(xué)

報(bào)
2005年8月SHUILI

XUEBAO第36卷
第8期文章編號(hào):0559
9350(2005)08
0906
07水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)阮本清,韓宇平,王浩,蔣任飛(中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所,北京
100044)摘要:本文選取區(qū)域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)程度的風(fēng)險(xiǎn)率、脆弱性、可恢復(fù)性、重現(xiàn)期和風(fēng)險(xiǎn)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo),研究了水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法。最后對(duì)包括北京和天津在內(nèi)的首都圈水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,如果沒有南水北調(diào)工程,2010年整個(gè)首都圈的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)處于高風(fēng)險(xiǎn)水平,水資源供需狀況極度危險(xiǎn),對(duì)水資源采取有效的風(fēng)險(xiǎn)管理措施

2、已刻不容緩。關(guān)鍵詞:水資源;風(fēng)險(xiǎn);綜合評(píng)價(jià);北京;天津中圖分類號(hào):TV213;X8204文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A水資源系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)泛指在特定的時(shí)空環(huán)境條件下,水資源系統(tǒng)中所發(fā)生的非期望事件及其發(fā)生的概率以及由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)與非經(jīng)濟(jì)損失。在以往的研究中,洪水風(fēng)險(xiǎn)分析方面的成果比較多,而對(duì)水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)研究則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,隨著近年來水量日益短缺的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí),對(duì)水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析成為水資源科學(xué)發(fā)展的必然。區(qū)域水資源是否短缺、短缺情況如何,簡(jiǎn)單來講是受用水需求和供水兩個(gè)因素影響決定的。由于降雨、徑流等的隨機(jī)性,供水和需水都存在不確定因素,因此,水資源短缺也具有隨機(jī)性,即存在一定的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)。概

3、括而言,所謂水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)是指在特定的時(shí)空環(huán)境條件下,由于來水和用水兩方面存在不確定性,使區(qū)域水資源系統(tǒng)發(fā)生供水短缺的概率以及由此產(chǎn)生的損失。一般的風(fēng)險(xiǎn)研究只對(duì)個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行描述,而對(duì)區(qū)域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)判則比較少見。本文在水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)區(qū)域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)分析所得到的性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判,從而確定區(qū)域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)所達(dá)到的程度,為區(qū)域水資源規(guī)劃和管理提供決策依據(jù)。1
水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)11
風(fēng)險(xiǎn)率
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)理論,荷載是使系統(tǒng)失事的驅(qū)動(dòng)力,而抗力則是對(duì)象抵御失事的能力。如果把水資源系統(tǒng)的失事狀態(tài)記為F!(
>),正常狀態(tài)記為S!(
<),那么水

4、資源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)率[1]為r=P(
>)=P{Xt!F}(1)式中:Xt為水資源系統(tǒng)狀態(tài)變量如果水資源系統(tǒng)的工作狀態(tài)有長期的記錄,風(fēng)險(xiǎn)率也可以定義為水資源系統(tǒng)不能正常工作的時(shí)間與整個(gè)工作歷時(shí)之比,即NS1a=?It(2)NSt=1式中:NS為水資源系統(tǒng)工作的總歷時(shí);It是水資源系統(tǒng)的狀態(tài)變量。收稿日期:2004
09
06基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50239090)作者簡(jiǎn)介:阮本清(1959-),男,河南輝縣人,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士,主要研究方向?yàn)樗Y源系統(tǒng)工程。E
mail:ruanbq@iwhr.com#906#0,
系統(tǒng)工作正常(XtS)It=1,
系統(tǒng)失事(XtF

5、)12
脆弱性
脆弱性是描述水資源系統(tǒng)失事?lián)p失平均嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。為了定量表示系統(tǒng)的脆[1]弱性,假定系統(tǒng)第i次失事的損失程度為Si,其相應(yīng)的發(fā)生概率為Pi,那么系統(tǒng)的脆弱性可表達(dá)為NF=E(S)=?PiSi(3)t=1式中:NF為系統(tǒng)失事的總次數(shù)。例如,在供水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析中,可以用缺水量來描述系統(tǒng)缺水失事的損失程度。類似洪水分析,假定P1=P2=?=PNF=1
NF,即不同缺水量的缺水事件是同頻率的,這樣上式可寫為NF1=VEi(4)NFt?=1式中:VEi為第i次缺水的缺水量。上式說明干旱的期望缺水量可以用來表示供水系統(tǒng)的脆弱性。為了消除需水量不同的影響,一般采用相對(duì)

6、值,即NFNF=?VEi
?VDi(5)i=1i=1式中:VDi是第i次干旱缺水期的需水量。13
重現(xiàn)期
事故周期是兩次進(jìn)入失事模式F之間的時(shí)間間隔,也叫平均重現(xiàn)期。用d(!,n)表示第[2]n間隔時(shí)間的歷時(shí),則平均重現(xiàn)期為N-11?=d(!,n)(6)N-1n?=1式中:N=N(!)是0到t時(shí)段內(nèi)屬于模式F的事故數(shù)目。14
可恢復(fù)性
恢復(fù)性是描述系統(tǒng)從事故狀態(tài)返回到正常狀態(tài)的可能性。系統(tǒng)的恢復(fù)性越高,表明該[3]系統(tǒng)能更快地從事故狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎＿\(yùn)行狀態(tài)。它可以由如下的條件概率來定義#=P(Xt!S

7、Xt-1!F)(7)

上式亦可用全概率公式改寫為p{Xt-1F,XtS}#

8、=(8)P{Xt-1F}

引入整數(shù)變量1,
XtF?t=(9)0,
XtS及1,
Xt-1F,XtSZt=(10)0,
其它這樣,由式(8)可得NSNS#=?Zt
??t(11)t=1t=1記NSNSTFS=?Zt,
TF=??t(12)t=1t=1則有TFS
TF,TF%0#=(13)1,TF=0

從上式可以看出,當(dāng)TF=0,即水資源系統(tǒng)在整個(gè)歷時(shí)一直處于正常工作狀態(tài),則#=1;而當(dāng)TFS=#907#0,即水資源系統(tǒng)一直處于失事狀態(tài)(TF=NS),則#=0。一般來講,0<#