基于集对分析-可变模糊集的水利现代化时空变化特征分析

　　摘要：水利现代化是由传统水利向现代水利转变的动态的、渐进的发展过程，科学评估水利现代化进程，对推进水利建设，促进社会经济的可持续发展具有重要意义。本文采用集对分析-可变模糊集评价模型和基于指数超标法的赋权重方法对2011年31省（市、区）的水利现代化水平进行综合评价，并分析研究2008-2011年间水利现代化指数的时空变化特征。研究结果表明：2011年水利现代化指数为3.28，处于水利现代化快速发展阶段。全国31个省（市、区）中，高于全国水利现代化平均水平的区域有21个。2008-2011年水利现代化指数分别为3.12、3.16、3.17和3.28；西藏、青海等19个省级区域水利现代化发展速度高于全国水利现代化增长平均水平。通过比较不同评价模型和不同赋权重方法对水利现代化评价的影响，可以看出，基于集对分析-可变模糊集评价模型和指数超标法赋权重方法可以在较少人工干预的情况下快速评价水利现代化程度，其结果与全国水利现代化实际水平较为一致，可为水利现代化规划和水资源管理提供理论依据。

　　关键词：水利现代化；集对分析；可变模糊集；指数超标法；

　　1、引言

　　水利的发展长期滞后于经济社会的发展，是制约经济社会可持续发展主要瓶颈之一。如何使水利建设适应国民经济发展的需要，已成为全社会普遍关注的问题。进行水利现代化研究，加快推进水利现代化进程，对实现国家现代化、促进社会经济可持续发展及实现生态文明具有十分重要意义。

　　水利现代化是以持续增强水利保障能力为目的，以水资源可持续利用支撑社会经济发展为根本的动态变化过程。在发达国家，水利现代化的进程可划分为以单目标开发为主的水利建设时期、以多目标开发为主的大规模水利建设时期、以现代水管理为中心的综合治理时期和人水协调可持续发展时期4个阶段。水利现代化发展涉及社会、经济、管理、生态、科技等多个领域，这就决定了水利现代化评价必然是一个多指标综合评价的问题。

　　卢真建等先后采用层次分析法、模糊评价法、属性识别法等多种评价方法和不同评价指标体系对江苏、广州、山东、上海等各省级区域水利现代化进行评价。由于所采用评价指标体系有较强的地域性特点，难以从整体上客观反映全国水利现代化程度和对比分析区域间水利现代化进程差异。

　　张旺等采用指标打分法和等权重方法对2010年全国31个省（市、区）水利现代化进行定量化评价，但评价过程中采用等权重法而忽略各指标间的相对重要性，从而对评价结果造成了一定影响。因此，进一步完善水利现代化评价方法，并客观反映整体及区域水利现代化进程的研究十分必要。

　　本文采用集对分析-可变模糊集评价模型和基于指数超标法的赋权重方法对2011年31省（市、区）的水利现代化水平进行综合评价，并分析2008-2011年间水利现代化指数在时间和空间上的变化特征，旨在从整体上把握水利现代化实现程度并揭示区域间水利现代化水平差异及原因，定量分析不同评价模型和不同赋权重方法对水利现代化评价结果的影响，论证采用集对分析-可变模糊集评价模型和指数超标法赋权重方法在水利现代化评价中的科学性与可行性。

　　2、研究方法

　　2.1集对分析方法

　　集对分析方法是学者赵克勤于1989年提出的一种将系统内确定性、不确定性及确定性与不确定性之间相互作用进行数学定量分析的方法。

　　集对分析将评价样本{xpj|p=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m}和评价等级{Sk|k=1，2，3，…，K}看作一个集对,进行同、异、反的定量分析，其中n为样本总数；m为每个样本指标总数；K为等级数。计算联系度u如公式（1）：u=a+bI+cJ（1）式中a为同一度；b为差异度；c为对立度；a+b+c=1，且a，b，c均非负；I为差异度系数，表示不确定、数据缺失等情况，I∈[-1,1]；J为对立度系数，值通常取-1。

　　简单集对分析方法设样本属于某等级的指标总数为A，不属于该等级的指标总数为C，无法断定隶属等级的指标总数为B，则a=A/m，b=B/m，c=C/m。

　　这种处理方法只能粗略地根据a，b，c对隶属等级进行简单分析，未考虑综合隶属于等级的程度，也未考虑各指标的权重，难以比较等级相同的区域水利现代化差异。为弥补集对分析方法的不足，评价时引入可变模糊识别方法。

　　2.2可变模糊识别方法

　　可变模糊识别方法是对传统模糊评价方法的进一步推广，也是对传统模糊识别方法的深入和完善。近年来广泛应用于区域干旱等级、河流健康、水利现代化、洪水风险等评价研究中，验证了评价模型的适用性。通过设置对吸引域和排斥域的相对隶属度，构造相对差异函数，从而进行定量化评价。但在构造相对差异度函数时，需要模型计算者经验确定可变吸引域、排斥域的边界与极值，使模型具有一定主观性。通过集对分析思想直接构造可变模糊集联系度函数的方法过程简单、且需要较少人为干预，同时能比较等级相同区域水利现代化程度，客观评价水利现代化等级。

　　2.3集对分析-可变模糊集模型构建方法与评价步骤

　　本文构建了基于集对分析-可变模糊集模型的水利现代化评价方法，步骤如下：

　　（1）根据研究区域具体情况，确定水利现代化评价指标体系、相关指标等级标准值。