水文水资源集对分析

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　　摘要：集对分析是处理不确定性问题的理论，在一个系统中确定性与不确定性相互联系、影响、制约，并在一定条件下相互转化，用联系度及其数学表达式统一描述系统的各种不确定性，由此实现系统的评价和决策。它通过联系度展示了研究对象间关系的详细结构。方法原理简单，使用方便，能解决很多实际水文水资源问题。本文介绍了集对分析的基本原理，分析了集对分析在水文水资源分析计算、预测和评价中的应用研究进展，展望集对分析在水文水资源领域的研究目标、内容和拟解决的关键问题。
　　 关键词:集对分析；不确定性；水文水资源；应用研究
　　
　　1集对分析的特点
　　 1.1全面性。集对分析在具体的问题背景下，既分析两个系统的同一性，又分析两个系统的对立性和差异性。因此，集对分析又称为同异反分析法。
　　 1.2定性定量相结合。集对分析不仅对具体分析得到的特性进行两个集合是否共同具有还是相互对立或者差异的分析、判断、分类，还要采用一定的数学运算对同异反做定量刻画。
　　 1.3将确定性分析结果与不确定性分析结果有机地结合，集对分析把确定性分析结果和不确定性分析结果统一在一个同异反联系度表达式中，便于人们对实际间题做辩证、定量和完整的分析研究。
　　 1.4应用广泛。集对分析既可直接对系统作宏观分析，也可用于对系统作微观分析；既适应于简单系统分析，又适用于复杂系统分析等。
　　
　　2水文水资源集对分析应用的研究现状
　　 2.1评价问题
　　 （1）水资源综合评价
　　 方案的评价优选目前较为流行的方法是模糊评价法，但由于模糊隶属度的确定有一定随意性，增加了操作的难度，而基子集对分析方法的方案评价优选方法不涉及隶属度的概念，思路清晰，方法简明，易于操作，结论准确。
　　 利用集对分析法对水资源开发利用程度进行评价，结果得到水资源开发利用程度均属于工级，水资源开发利用仍具有较大的潜力。目前可以考虑不采用大规模的节水措施。
　　 （2）地下水水质评价
　　 针对集对分析理论，提出了建立在该理论基础之上的地下水水质评价新方法，从而为地下水环境质量评价提供了新的途径。特别须指出的是由于地下水质量状况实际上具有动态特征，集对分析理论同时提供了对联系度表达式中进行不同斌值的各种方法，从而可使研究间题更趋深化。该理论不仅是一种技术手段，更是一种辩证思维的决策系统。因此，其不仅对地下水质量评价有借鉴作用，同时对地下水环境的保护决策更具有指导意义。
　　 （3）水体富营养化评价
　　 建立利用集对分析方法进行海水水质富营养化综合评价的新模型，并通过实例研究评价效果，与人工神经网络方法比较.集对分析方法评价模型严谨，评价结果合理、精细、分辨率高，取得了满意的结果，为海水环境综合评价提供了简单而实用的评价方法。
　　 （4）污水处理综合评价
　　 应用集对分析方法，建立了综合评价污水处理厂的定量模型，该模型综合考虑管理及环境效益等方面的诸多因素，根据加权同一度对各厂的综合效益进行了优劣排序，并以实例说明了该方法应用具有概念明确、计算简便和实用的特点，表明集对分析同一度综合评价方法概念清晰，用于多目标决策评价可行，是一种比较适用的新方法。
　　 2.2预报预测问题
　　 （1）降雨预报
　　 首先对强降水天气过程进行分型，确定MMS模式预报、省台客观指导预报、预报员经验预报与强降水过程的联系度，用权重法将强降水预报进行集成，从而给出集不同预报于一体的强降水过程预报集成方法。
　　 （2）河床演变预测
　　 对集对分析方法在河床演变分析中的应用进行了探讨，实际应用表明，集对分析较传统的定性分析方法能揭示更多的信息，做出具有一定可靠度的预测。
　　
　　3集对分析法的改进及其应用
　　 3.1集对分析与层次分析法结合
　　 为了克服传统安全评价方法不能同时考虑信息的确定性和未确定性特征的不足，提高复杂系统工程安全评价方法的计算效率，通过将集对分析法引人安全系统评价领域，提出了一种全新的基于集对分析的同、异、反系统安全综合评价模型，该模型能够结合层次分析法确定指标权重，对评价所得联系度中的不确定性开展分析，从而实现对工程系统中信息的确定性和不确定性进行同、异、反系统研究，并以油库安全管理为例给出了该模型的操作步骤，计算结果表明，由于该模型体现了同、异、反系统的辨证思想，所得评价结果更为合理。同时该模型具有运算简明、快捷的特点，在安全工程中有良好的实用价值。
　　 集对层次优选的基本思路是用层次分析法确定各评价指标的权重，用集值统计法确定单指标评价值，用集对分析理论将待评方案与理想方案构成集对，通过两者的同一度分析选出最优方案。
　　 3.2集对分析与粗糙集的结合
　　 针对集对分析的基本理论，分析粗集与集对的相似之处，将粗糙集理论与集对论相互嫁接、相互渗透，提出集对分析中的粗糙集方法，用粗集中的上下近似集来定义集对中的同、异、反联系度。这种方法的研究将有利于融合二者的优势，为确定不确定系统的数据分析、数据挖掘、知识发现等提供了更扎实的理论基础。
　　 3.3模糊集对分析
　　 模糊集对分析方法以集对论思想为基础，将确定性与不确定性视作一个系统来加以研究，重视并强化信息的相对性、模糊性处理，作为系统工程多目标决策的一种综合评价和排序的优选方法，会在许多领域有广泛地应用前景。
　　 将模糊集对分析引人多目标决策问题，结合对脱硫除尘器的性能评价筛选。给出了综合评价的排序结果，并对在不确定性条件下的排序稳定性进行了分析，通过实例评价可看出模糊集对分析方法概念清晰，计算简单，利用信息完整，是一种较为客观的评价分析方法，与其他排序结果的对比表明模糊集对分析方法评价结果是可靠的。
　　
　　4 对水文资源集对分析的展望
　　 4.1研究目标
　　 （1）在前人工作基础上，进一步完善集对分析的原理和方法，增强其科学性和实用性。
　　 （2）探讨集对分析引入水文水资源学科的基本理念，充分论证其必要性和合理性。要建立水文水资源集对分析机制，完善联系度的计算策略，以适应水文水资源水环境学科面对的实际问题。
　　 （3）提出既有科学性又具适用性的水文水资源集对分析应用模式，拓广适用范围。在此基础上，全面分析水文集对分析的优缺点，和传统不确定性分析途径相比较，指明新途径的特点。
　　 4.2研究内容
　　 （1）集对分析的基础是集合。首先关注的是集合的构成和特性。水文水资源的集合是如何根据研究问题构成，其特性怎样，这是必然涉及的内容。一方面利用大量实测水文资料作为研究依据，另一方面以统计试验法模拟大量序列作为探讨数据。通过计算、分析，归纳出水文集合的特点，为下阶段研究打下基础。
　　 （2）由水文集合组成水文集对。表征其不确定性关系程度的定量指标为联系度，其科学表达式、机制、计算策略的选取等成为研究的核心内容。
　　 （3）为拓广集对分析在水文水资源中的应用范围，必然深入研究应用模式。建立这些模式，制定应用条件等是研究的另一重要内容。
　　 （4）集对分析作为水文水资源不确定性分析新途径，与传统途径特别是应用最为广泛的统计途径作全面比较，在此基础上，客观分析新途径的特点和优缺点。
　　 4.3需要解决的关键问题
　　 （1）集对分析是不确定性分析的新思路和新途径。一些理念、计算思路还存争议。通过大量分析和深入研究，对存在争议的部分提出具有科学基础的、为大家所接受的观点和认识，完善集对分析的理念和原理。
　　 （2）将集对分析的一般原理和方法引入水文水资源学科，自然会遇到一些难点，一方面要修正和改造一般方法，另一方面要在局部范围补充创建新的思路和方法，以适应本学科特殊需要。
　　 （3）不确定性分析途径在理念上和处理上有非常大的差异。当将这些途径用于水文水资源学科时，如何科学和合理地判断其优缺点，是面临的第三个关键问题。
　　
　　参考文献：
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