基于模糊綜合評(píng)判法的建三江墾區(qū)旱澇等級(jí)的研究

岳國(guó)峰，丁 紅

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

我國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，受季風(fēng)進(jìn)退異常、年際和年代際變化較大及其它物理因子的影響，各種氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生，特別是旱災(zāi)和暴雨等極端氣候的發(fā)生呈加劇趨勢(shì)，對(duì)地力已經(jīng)下降的土壤產(chǎn)生重大影響，同時(shí)威脅著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展［1］。建三江墾區(qū)地處三江平原腹地，屬寒溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均降水量為550～600 mm，降水年際變化大，年內(nèi)分配不均。該墾區(qū)同俄羅斯隔江相望，與同江、富錦、撫遠(yuǎn)和饒河等市縣相鄰，區(qū)內(nèi)土地集中連片，三江環(huán)繞，七河貫通，土質(zhì)肥沃，資源豐富，是全國(guó)著名的優(yōu)質(zhì)商品糧基地，保障著糧食安全［2］。因此開展旱澇研究，抵御災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)建三江墾區(qū)農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。本文在分析旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立基于模糊綜合評(píng)判法的建三江旱澇等級(jí)模型，對(duì)其旱澇情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為能按照自然規(guī)律和科學(xué)方法制定防災(zāi)減災(zāi)措施提供一定的理論依據(jù)。

1 旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)

旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)起到精確度量，對(duì)比和綜合旱澇成因與程度的作用，建立在特定的地域和時(shí)間范圍內(nèi)。合理的選擇旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠客觀的反映旱澇強(qiáng)度。根據(jù)建三江的實(shí)際情況和資料收集的可行性，研究中選擇了以下指標(biāo):

1.1 降雨距平百分率(簡(jiǎn)稱R)

R值反映了某時(shí)段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度。其公式為:

1.2 Z指標(biāo)(簡(jiǎn)稱Z)

Z值是在假定某時(shí)段降水量服從Person－Ⅲ型分布的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)降水量進(jìn)行正態(tài)化處理后，將其概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換為以Z為變量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，公式為:

式中:Cs為偏態(tài)系數(shù);Ii為標(biāo)準(zhǔn)變量。

1.3 旱澇指數(shù)(簡(jiǎn)稱I)

I值由某時(shí)段降水量與多年平均降水量之差除以標(biāo)準(zhǔn)差所得，它是Z指標(biāo)計(jì)算公式中的一個(gè)部分，其表達(dá)式為:

參考張強(qiáng)、王躍民等［3－4］專家關(guān)于旱澇指標(biāo)的研究，制成符合建三江實(shí)際情況的旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，具體見表1。

表1 旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 模糊綜合評(píng)判法及其實(shí)際應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以農(nóng)墾建三江分局七星農(nóng)場(chǎng)1957—2010年共54 a氣象資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，氣象資料由建三江分局氣象臺(tái)提供。限于篇幅，本文僅對(duì)該農(nóng)場(chǎng)2006—2010年的旱澇等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 模糊綜合評(píng)判法建模步驟［5］

步驟1:確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域。本文選定了3個(gè)旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此影響評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集為U = {u1，u2，u3}= {降水距平百分率，z指標(biāo)，旱 澇指數(shù)}。

步驟 2:建立評(píng)價(jià)集，即 V = {v1，v2，…v7}= {重旱，大旱，偏旱，正常，偏澇，大澇，重 澇}。

步驟3:隸屬函數(shù)的確定。本文采用三角形函數(shù)，設(shè)x為某影響因素，則相應(yīng)于各等級(jí)的隸屬函數(shù)計(jì)算公式如下［4］:

當(dāng)i=1時(shí):

當(dāng)i=2，3，4，5，6時(shí):

當(dāng)i=7時(shí):

式中:si(i=1，2，3，…，7)為旱澇等級(jí)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)重旱、大旱、…，重澇;ki(i=1，2，3，…，12)為第i條直線的斜率。

根據(jù)2006～2010年各旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算值以及上述隸屬度函數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)于各旱澇等級(jí)的隸屬度，結(jié)果見表2。

步驟4:建立單因素評(píng)判矩陣，即:

式中:rij表示按第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，ui屬于第j個(gè)等級(jí)vj的隸屬度。

表2 隸屬度向量表

步驟5:綜合評(píng)判

對(duì)于權(quán)重，即A= {a1，a2，…an}，本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重集，并綜合多位專家意見，得到權(quán)重集為A ={0.3 0.5 0.2 }。

以2008年為例進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，指標(biāo)向量矩陣為:

=(0.1885 0.5115 0.2766 0.0234 0 0 0)同理計(jì)算七星農(nóng)場(chǎng)2006年—2009年結(jié)果向量，見表3。

2.3 結(jié)果分析

由表2可以看出，以2008年為例，若只考慮降雨距平百分率指標(biāo)，七星農(nóng)場(chǎng)發(fā)生偏旱的隸屬度為0.9220，處于正常的隸屬度為0.0780，根據(jù)最大隸屬度原則，七星農(nóng)場(chǎng)2008年發(fā)生的是偏旱;若只考慮Z指標(biāo)發(fā)生的是大旱;若只考慮旱澇指數(shù)發(fā)生的是重旱。通過(guò)采用模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后，得到的旱澇等級(jí)為大旱。據(jù)農(nóng)墾建三江分局統(tǒng)計(jì)年鑒記載，2008年的氣候特點(diǎn)是持續(xù)高溫少雨，水資源不足，受旱范圍較廣。采用模糊綜合評(píng)判法計(jì)算得到的結(jié)果為大旱，這與實(shí)際情況相符，因此計(jì)算結(jié)果合理。

表3 結(jié)果向量計(jì)算表

同理，由表3的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可知，七星農(nóng)場(chǎng)2006年發(fā)生偏旱的隸屬度為0.4508，正常的隸屬度為0.5429，根據(jù)最大隸屬度原則，該農(nóng)場(chǎng)的旱澇等級(jí)為正常;2007年，該農(nóng)場(chǎng)依舊處于正常等級(jí);2009年，該農(nóng)場(chǎng)由2008年的大旱天氣恢復(fù)法到正常等級(jí);2010年，最大隸屬度為0.7901，處于正常的范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

本文利用農(nóng)墾建三江分局七星農(nóng)場(chǎng)1957—2010年的歷史氣象資料，計(jì)算逐年的降雨距平百分率，Z指標(biāo)和旱澇指標(biāo)，建立了基于模糊綜合評(píng)判法的旱澇等級(jí)模型，因篇幅有限，利用該模型對(duì)七星農(nóng)場(chǎng)2006—2010年的旱澇等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，所得旱澇等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符，表明該模型用于該地區(qū)的旱澇等級(jí)評(píng)價(jià)是可行的。

［1］ 耿懷英，曹才瑞.自然災(zāi)害與防災(zāi)減災(zāi)［M］.北京:氣象出版社，2005.

［2］ 趙清.基于灰色預(yù)測(cè)的建三江地區(qū)地下水變化趨勢(shì)研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2009，20(5):128－130，134.

［3］ 張強(qiáng)，鞠笑生，李淑華.三種干旱指標(biāo)的比較和新指標(biāo)的確定［J］.氣象科技，1998(2):48－52.

［4］ 王躍民，魯慧霞:劉璩瑜，等.3個(gè)不同旱澇指標(biāo)劃分旱澇等級(jí)的比較研究［J］.資源與環(huán)境科學(xué)，2011(7):326－327，329.

［5］ 付強(qiáng).數(shù)據(jù)處理方法及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.