水资源短缺风险综合评价数学建模

水资源短缺风险综合评价模型

（） 摘要

本文对北京市水资源短缺风险进行了全面的分析和预测，通过主成分分析、灰色关联度、基于熵权的模糊综合评价、BP人工神经网络以及灰色预测模型进行分析计算，得出了较为清晰的结论。

针对问题一，本文首先对影响水资源短缺的因素进行定性的分析，并用主成分分析法与灰色关联度的方法，定量的建模，选出主要的风险因子。我们以北京市为例，通过分析，将影响北京市水资源短缺的风险因子分为四类：自然因素、技术工程因素、社会经济因素、水资源管理因素。计算可得单个风险因子对水资源短缺风险的影响由大到小依次为水资源总量、降水量、平均气温、生活用水、工业用水。

针对问题二，本文将问题一中的主要风险因子转换成风险率、脆弱性、恢复性、重现期和风险度五个评价指标，并且将风险等级划分为五个等级：低、较低、中、较高、高。应用基于熵值取权法的模糊评价方法对北京市1978-1998年水资源短缺风险进行综合评价，计算出每五年水资源短缺的风险等级依次为高、较高、中、中、高、高。同时，本文还采用了 BP 神经网络进行风险评估，证明了模型的合理性。此外，本文定义了两个模型的适用范围，分析了两个模型各自的优缺点，并对模型进行了灵敏度分析。最后还为第一问中指定的主要

水资源短缺风险综合评价

摘要 (大连大学 材料101 蔡孟雷)

本文解决的问题是对水资源短缺综合评价，目的是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，对可调控的不同风险因子采取相应的有效措施规避或减少其造成的危害。 我们通过查阅大量的专家论文、期刊等得出了决定北京市水资源短缺风险的主要风险因子。

文中提出了对北京市水资源短缺风险进行综合评价方法。一、对于由于水资源短缺产生的损失我们用当年北京市国民生产总值（以下简称GDP）因水资源短缺而造成的损失表示，我们通过建立数学模型计算出具体数值。二、对于北京市发生水资源短缺风险的可能性，我们用水资源系统不能正常工作的时间与整个工作时间的比值来计算。四、对于风险等级划分我们利用极差规范法求出结果，对风险进行等级划分。

对于可调控的主要风险因子我们利用成对比较法确定其权重，在水资源有限的条件下，由权重的从大到小依次调控。

对于对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测一问：我们利用 Matlab软件模拟出函数对未来两年相应数据进行预测，然后利用已经建立的数学模型进行计算，得出水资源独缺风险发生的可能性和产生的损失。再根据

摘要

关键词：水资源 主成分分析 spss 多元线性回归 风险

综合评价 风险等级

一、 问题重述

伴随着人类社会和科技的发展，在人们享受发展成果的同时，因发展而产生

的问题，人们不能忽视。于此同时，水资源的短缺的问题也困扰着我国人民，如何合理调节水资源分配，以及解决水资源短缺的问题也迫在眉睫。北京作为我国首都，是全国主要城市的重要代表，此外，北京又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300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区。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。尽管政府近些年来作了不少努力，北京的节水工作已取得了显著的成效，但北京水资源严重匮乏的问题难以根本解决。况且建设生态宜居城市，更需要深入研究保养水资源的问题，应当更大力度地提高公众节水、保水

摘要

本文主要研究的是北京市水资源短缺风险的综合评价及预测问题。对主要风险因子的评价判断以及对风险所带来的危害进行划分等级，与此同时，应采用不同的有效措施来规避不同风险因子所造成的危害。这对社会经济的稳定发展、可持续发展战略的实施具有重要的意义。首先，利用主成分分析法定量分析和筛选水资源短缺风险的影响因子；其次，引入模糊数学的概念，根据提供的北京市的7个风险因子的相关数据计算风险值，对其水资源短缺进行等级划分；最后，利用灰色系统模型预测出北京市2011年和2012年的水资源短缺风险值并判断所属风险等级。

对于第一个问题，根据北京市提供的1979年—2010年水资源短缺风险因子：降水量、地下水、污水处理率、城市生活用水、工农业用水、人口和森林覆盖率的相关数据，利用主成分分析法对风险因子进行分析，并且通过使用SPSS软件筛选出4个风险指标：人口、污水处理率、森林覆盖率和降水量。

对于第二个问题，利用第一问中筛选出的4个风险指标以及通过对数据的分析总结，我们利用信息论中的熵值理论来确定风险指标的权重，以此来建立基于熵权的水资源短缺风险模糊综合评价模型,并借助matlab,excel等软件工具计算出了20

论文题目：水资源短缺风险综合评价 参赛队员：许文勇 江锦明 钟 沛 摘要：北京是全球水资源严重匮乏的大都市之一，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。对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险，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。 对此，本文将主要研究北市水资源的短缺风险的问题， 求解问题一：探求水资源短缺风险因子。据近年北京市水资源相关的数据，利用总体供求关系的分析、不同因子的比值比较、降水量及人口资料的分析，针对三方面指标分析出缺水主要因子：人口密度、地下水、农业及工业用水。 求解问题二：利用古典概率的水资源短缺风险评价模型，对北京市水资源短缺风险进行综合评价,利用 k均值聚类分析法，将风险综合值分为五个等级，最终得到五个聚类中心，根据五个中心将风险综合值分成五组，每组为一等级，完成风险等级划分。分析风险主要因子，调控主要因子，减低风险。 求解问题三：利用matlab,画出各影响因子随时间变化的图像，通过拟合，得到拟合函数，预测出未来两年的各因子的数据，从而求出风险率，然后针对性地提出建议。 求解问题四：基于以上

B题：水资源短缺风险综合评价

水资源，是指可供人类直接利用，能够不断更新的天然水体。主要包括陆地上的地表水和地下水。

风险，是指某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。

水资源短缺风险，泛指在特定的时空环境条件下，由于来水和用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。

近年来，我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，水资源成为焦点话题。

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300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。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。

《北京2009统计年鉴》及市政统计资料提供了北京市水资源的有关信息。利用这些资料

可变模糊模型在水资源短缺风险评价中的应用

第２７卷第５期

２００９年１０月水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．２７Ｎｏ．５０ｃｔ，２００９

文章编号：ｉ０００—７７０９（２００９）０５—００２１－０４

可变模糊模型在水资源短缺风险评价中的应用

李

帅

刘

冀

董晓华杜发兴

李新哲雷丹

（三峡大学土木水电学院．湖北宜昌４４３００２）

摘要：针对水资源短缺风险评价中各指标具有模糊性及应用单一模型评价存在的偏面性问题．采用可变模糊评价模型进行水资源短缺风险评价可提高评价结果的可靠性。并将熵权作为客观权重与主观权重相结合确定指标综合权重。实例应用结果表明．该模型计算简便．评价结果可靠、合理。关键词：可变模糊集；熵权ｆ水资源；短缺风险；评价

中图分类号：ＴＶ２１３．４；Ｘ８２０．４

文献标志码：Ｂ

水资源系统风险指在特定的时空环境条件下，水资源系统中发生的非期望事件及其发生的概率及由此产生的经济与非经济损失［１］。随着社会经济的发展和环境的变化，水资源短缺问题日益严峻，对水资源系统进行风险管理已成为经济发展的必然趋势，因此亟待对水资源短缺风险进行全面、科学、合理的评价。目前，常用的评价方法有模糊评价法、物元模型、灰色系统理论、层次分析法、人工神经网络及相

可变模糊模型在水资源短缺风险评价中的应用

第２７卷第５期

２００９年１０月水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．２７Ｎｏ．５０ｃｔ，２００９

文章编号：ｉ０００—７７０９（２００９）０５—００２１－０４

可变模糊模型在水资源短缺风险评价中的应用

李

帅

刘

冀

董晓华杜发兴

李新哲雷丹

（三峡大学土木水电学院．湖北宜昌４４３００２）

摘要：针对水资源短缺风险评价中各指标具有模糊性及应用单一模型评价存在的偏面性问题．采用可变模糊评价模型进行水资源短缺风险评价可提高评价结果的可靠性。并将熵权作为客观权重与主观权重相结合确定指标综合权重。实例应用结果表明．该模型计算简便．评价结果可靠、合理。关键词：可变模糊集；熵权ｆ水资源；短缺风险；评价

中图分类号：ＴＶ２１３．４；Ｘ８２０．４

文献标志码：Ｂ

水资源系统风险指在特定的时空环境条件下，水资源系统中发生的非期望事件及其发生的概率及由此产生的经济与非经济损失［１］。随着社会经济的发展和环境的变化，水资源短缺问题日益严峻，对水资源系统进行风险管理已成为经济发展的必然趋势，因此亟待对水资源短缺风险进行全面、科学、合理的评价。目前，常用的评价方法有模糊评价法、物元模型、灰色系统理论、层次分析法、人工神经网络及相

浙江省水资源短缺状况多指标综合评价

陈亮　(浙江水利水电专科学校经济与管理工程系,浙江杭州310018)

摘要　概述了浙江省水资源现状,对城市缺水问题进行了研究。在使用人均水资源占有量单一指标进行水资源紧缺程度评价的基础上,利用多个要素指标评价法对浙江省各地区缺水程度进行了综合评价,并就各区缺水程度和类型建议采取不同的治理措施。关键词　水资源短缺;程度;类型;指标;浙江中图分类号　X24　　文献标识码　A 　　文章编号　0517-6611(2009)20-0955-03Com prehensive Eva lua ti on of W a ter Short age by M ulti ple 2i ndex i n Zheji a ng Prov i nce

CHEN L i a ng 　(Depart ment of Economy and Management,Zhejiang W ater Conservancy and Hydropower College,Hangzhou,Zhejiang 310018)

Abstract 　General status of water res ource was introduced and urba

中国水资源短缺现状、保护措施和可持续发展问题

【论文关键词】：水资源利用；水资源；水资源特征；水环境改善；水资源现状；水资源现状分析 发展趋势 可持续利用

【论文摘要】：我国经济快速发展离不开水利的发挥的重要作用，水电是我国能源的重要组成部分，也提供着全球五分之一的电力需求，与煤炭等化石能源发电相比，具有无温室气体排放、资源可再生等优点，是符合可持续发展要求的能源资源，对水能资源优先开发利用符合人类的共同利益，也是保护环境、实现可持续发展的必然选择。

我国是一个水资源短缺的国家，水资源时空分布不均。近年来我国连续遭受严重干旱，旱灾发生的频率和影响范围扩大，持续时间和遭受的损失增加。目前全国600多个城市中，400多个缺水，其中100多个严重缺水，而北京、天津等大城市目前的供水已经到了最严峻时刻。与此同时，由于人口的增长，到2030年我国人均水资源占有量将从现在的2200立方米降至1700至1800立方米，需水量接近水资源可开发利用量，缺水问题将更加突出。

1. 水资源定义与水资源特征

1.1 水资源定义

水资源是指由当地降水产生的，可以用于人们生产与生活各类用途，存在于河流、湖泊、