网站首页  词典首页

请输入您要查询的论文：

　

标题 基于投影寻踪方法的下辽河平原城市水安全综合评价
范文 郑德凤　苏琳　魏秋蕊　李红英



摘要：通过层次分析法构建水安全评价指标体系，在此基础上应用投影寻踪方法，建立水安全评价模型，并以下辽河平原区主要城市为研究对象，进行区域尺度的水安全综合评价，发现抚顺与辽阳水安全处于安全状态，沈阳与鞍山处于较安全状态，锦州、营口、铁岭与盘锦等城市处于不安全状态。研究表明，水安全投影寻踪模型切实可行，可应用于区域水安全综合评价。
关键词：水安全；综合评价；指标体系；层次分析法；投影寻踪法；下辽河
中图分类号：X820 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1181-04
Abstract：The evaluation index system of water security was developed using the Analytic Hierarchy Process （AHP） method.On the basis，a water security model was established using the projection pursuit method，and applied to perform the comprehensive evaluation of water security in the Lower Liao River Plain on the regional scale.The results showed that water security is safe in Fushun and Liaoyang，relatively safe in Shenyang and Anshan，and unsafe in Jinzhou，Yingkou，Tieling，and Panjin.The water security evaluation model based on projection pursuit method is applicable and can be applied to assess regional water security.
Key words：water security；comprehensive evaluation；index system；Analytic Hierarchy Process；projection pursuit method；Lower Liao River
水安全问题是指现在或将来由于天然水文循环波动或人类对水循环的不合理改变，导致人类赖以生存的区域水状况发生对人类不利的演进[1]，主要表现为干旱、洪涝、水量短缺、水质污染、水环境恶化等，并由此引发粮食减产、社会不稳、经济下滑及地区冲突等一系列问题。水安全问题已被联合国列为影响人类社会稳定的重要因素之一，其研究领域主要包括水安全内涵和外延、水安全度量、水安全评价等[2]。我国水安全研究起步略晚但发展迅速，经历了从环境需水问题、水污染防治研究到水资源供需的“生态水利问题”三个阶段。在此期间国内学者应用不同的方法进行水安全研究：韩宇平等[1]利用多层次多目标决策和模糊优选理论，建立了区域水安全评价的模糊优选模型。张翔等[3-4]利用干旱风险指数，对海河流域水安全进行了风险评价，其研究侧重于干旱期的水安全评价，而未考虑洪涝灾害对水安全的影响。张戈丽等[5]采用改进的PSR模型对济南市水安全进行了评价，评价过程中忽略了水安全系统的不确定性问题，采用各指标加权求和获得水安全评价综合指数。李永等[6]采用Vague集相似度量模型构建了城市水安全应急保障度综合评价模型，对成都市水安全应急保障度进行了评价。王顺久、李跃清等[7]从水安全内涵分析出发，建立了水安全评价指标体系并应用于7省市水安全综合评价中。
水安全评价包括构建评价指标体系、确定评价指标权重、选择评价模型等步骤[8]。本文基于水安全的内涵，从自然属性、经济属性、人文属性三个方面选取评价指标，并应用层次分析法对指标进行筛选，构建水安全评价的指标体系，并应用投影寻踪模型对下辽河平原的主要城市进行区域尺度的水安全综合评价。
1 水安全评价指标体系的建立
水安全综合评价需要建立水安全系统评价指标体系和评价等级标准[9]。遵循科学性、可操作性、与实际相结合等原则，从水安全的内涵出发，考虑水的自然属性、社会经济属性、人文属性，初步筛选出20项水安全评价指标，并应用层次分析法按照目标层、准则层和指标层三个层次划分层次结构并确定各评价指标的权重，见表1。综合考虑各子系统的属性特征，从每个子系统中选取4项权重较大的指标，构成区域水安全评价的指标体系。
2 水安全投影寻踪模型构建
投影寻踪方法通过把高维数据投影到低维子空间，获取能反映原高维数据的结构或特征的投影，进而分析和处理非正态、非线性高维观测数据[10]。建立水安全评价的投影寻踪模型步骤如下。
（1）构造投影指标函数。
3 实例应用
以下辽河平原的主要城市为研究对象，应用水安全投影寻踪模型，进行区域尺度水安全综合评价。流域内自然因素之间、自然和社会因素之间的相互作用具有空间展延性和时间推移性，流域内的水安全影响因子之间也存在着密切关系[15]，区域水安全评价研究应实行流域一体化管理。同一流域内的各城市水安全影响因子之间也存在密切联系，所以应选择同一指标体系进行水安全评价研究。本文研究区中的8个城市同处于下辽河平原，故采用同一指标体系进行水安全评价，也利于下辽河平原区多城市之间水安全的横向比较分析。水安全评价各指标的等级划分标准见表3[9]。在各等级水安全的指标取值范围内随机生成5个样本，5个评价等级共生成25个样本序列，见表4。将表4的数据进行标准化处理，得到归一化序列{xij|i=1～25，j=1～12}，并与{yi|i=1～25}一起代入式（1）、式（2）得到投影指标函数，用实数编码加速遗传算法优化该函数，得到最大投影指标函数值为0.099，最佳投影方向向量a*=（-0.256，0.271，0.185，0.715，-0.109，0.110，0.318，0.236，-0.225，-0.033，-0.189，-0.217）。把a*代入式（1）得到各样本投影计算值z*i。
水安全投影寻踪模型中最佳投影方向向量中各分量绝对值的大小实质上反映了各指标对水安全等级的影响程度，即绝对值越大对水安全的影响程度越大。在下辽河平原的研究中，最佳投影方向a*=（0.300，0.029，0.495，-0.316，0.329，0.426，0.028，0.459，0.062，0.028，-0.040，0.239）。最佳投影方向各分量中人均水资源量、水域面积率、森林覆盖率、人口密度、经济密度、水利工程投资占GDP比例和干旱损失占GDP比例等指标数值较大，表示其对水安全等级评价影响程度较大。而人均水资源量、水域面积率、森林覆盖率等因素均表征城市的自然资源量，说明水资源的多寡直接影响城市的水安全。人口密度、经济密度、水利工程投资占GDP比例和干旱损失占GDP比例等指标表征城市的经济指标，说明经济的发展可以保证公共设施的健全，保障人们饮用水安全。所以自然因素和经济因素都在一定程度上影响着城市的水安全状态。
4 结论
（1） 本文选取了20项水安全评价指标并应用层次分析法对指标进行筛选，进而构建适合研究区的水安全评价指标体系。
（2）水安全投影寻踪模型不需给出各评价指标权重，减少了评价过程中的人为因素影响。同时水安全投影寻踪模型的计算精度较高，适用于对多个研究区水安全状态进行对比分析。
（3） 采用层次分析法与投影寻踪模型相结合的方法对下辽河平原区的主要城市的水安全进行综合评价，结果表明抚顺和辽阳的水安全处于安全状态，沈阳与鞍山处于较安全的状态，锦州、营口、铁岭和盘锦等城市处于不安全状态。
参考文献（References）：
[1]韩宇平，阮本清，解建仓.多层次多目标模糊优选模型在水安全评价中的应用[J].资源科学，2003，25（4）：36-42.（HAN Yu-ping，RUAN Ben-qing，XIE Jian-cang.Multi-objective and multilevel fuzzy optimization model and its application in water security evaluation[J].Resources Science，2003，25（4）：36-42.（in Chinese））
[2]夏军，朱一中.水资源安全的度量：水资源承载力的研究与挑战[J].自然资源学报，2002，17（3）：262-269.（XIA Jun，ZHU Yi-zhong.The measurement of water resources security：A study and challenge on water resources carrying capacity[J].Journal of Natural Resources，2002，17（3）：262-269.（in Chinese））
[3]张翔，夏军，贾绍凤.水安全定义及其评价指数的应用[J].资源科学，2005，27（3）：145-149.（ZHANG Xiang，XIA Jun，JIA Shao-feng.Definition of Water Security and Its Assessment Using Water Poverty Index[J].Resources Science.2005，27（3）：145-149.（in Chinese））
[4]张翔，夏军，贾绍凤.干旱期水安全及其风险评价研究[J].水利学报，2005，36（9）：1138-1142.（ZHANG Xiang，XIA Jun，JIA Shao-feng.Water security of drought period and its risk assessment[J].Journal of Hydraulic Engineering，2005，36（9）：1138-1142.（in Chinese））
[5]张戈丽，王立本，丁世刚.基于AHP的济南市水安全评价研究[J].山东师范大学学报：自然科学版.2007，22（3）：94-97.（ZHANG Ge-li，WANG Li-ben，DING Shi-gang.A study of water security assessment of Jinan city based on analytic hierarchy process[J].Journal of Shandong Normal University：Natural Science，2007，22（3）：94-97.（in Chinese））
[6]李永，朱明，李嘉.基于Vague集相似度量模型的城市水安全应急保障能力评价[J].水利学报，2009，40（5）：608-613.（LI Yong，ZHU Ming，LI Jia.Evaluation method of urban water security assurance capability for emergency rescue based on similarity method of vague sets[J].Journal of Hydraulic Engineering，2009，40（5）：608-613.（in Chinese））
[7]王顺久，李跃清，丁晶.基于指标体系的水安全评价方法研究[J].中国农村水利水电，2007（2）：116-119.（WANG Shun-jiu，LI Yue-qin，DING Jing.Evaluation Method of Water Security Based on Indicator System[J].China Rural Water and hydropower，2007（2）：116-119.（in Chinese））
[8]王淑云，刘恒，耿雷华，等.水安全评价研究综述[J].人民黄河，2009，31（7）：11-13.（WANG Shu-yun，LIU heng，GENG lei-hua，et al.Review of Water Security Evaluation[J].Yellow River，2009，31（7）：11-13.（in Chinese））
[9]王文圣，李跃清，金菊良，等.水文水资源集对分析[M].北京，科学出版社，2010.（WANG Wen-sheng，LI yue-qing，JIN Ju-lang，et al.Hydrology and water resources set pair analysis[M].Beijing，Science Press.2010.（in Chinese））
[10]邱德华.区域水安全战略的研究进展[J].水科学进展，2005，16（2）：305-312.（QIU De-hua.Research advances in regional water security strategy[J].Advanced in Water Science，2005，16（2）：305-312.（in Chinese））
[11]李世玲.基于投影寻踪和遗传算法的一种非线性系统建模方法[J].系统工程理论与实践，2005，25（4）：22-28.（ LI Shi-ling.A nonlinear system modeling method based on projection pursuit and genetic algorithm[J].Systems Engineering--Theory & Practice，2005，25（4）：22-28.（in Chinese））
[12]金菊良，魏一鸣，丁晶.水质综合评价的投影寻踪模型[J].环境科学学报，2001，21（4）：431-434.（JIN Ju-liang，WEI Yi-ming，DING Jing.Projection pursuit model for comprehension evaluation of water quality[J].Acta Scientiae Circumstantiae，2001，21（4）：431-434.（in Chinese））
[13]金菊良，杨晓华，丁晶.基于实数编码的加速遗传算法[J].四川大学学报：工程科学版，2000，32（4）：20-24.（JIN Ju-liang，YANG Xiao-hua，DING Jing.Real coding based acceleration genetic algorithm[J].Journal of Sichuan University：Engineering Science Edition，2000，32（4）：20-24.（in Chinese））
[14]Ayiomamitis A.Logistic curve fitting and parameter estimation using nonlinear noniterative least-squares regression analysis[J].Computers and Biomedical Research，1986，19 （2）：142-50.
[15] 程毛林.逻辑斯蒂曲线的几个推广模型与应用[J].运筹与管理，2003，12（3）：85-88.（CHENG Mao-lin.Extension and application of logistic curve[J].Operations Research and Management Science，2003，12（3）：85-88.（in Chinese））
随便看

　

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。

　

Copyright © 2004-2023 puapp.net All Rights Reserved
更新时间：2025/3/17 1:09:34