基于模糊综合评判法的建三江垦区旱涝等级的研究

岳国峰，丁 红

(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150080)

我国地处东亚季风区，受季风进退异常、年际和年代际变化较大及其它物理因子的影响，各种气候灾害频繁发生，特别是旱灾和暴雨等极端气候的发生呈加剧趋势，对地力已经下降的土壤产生重大影响，同时威胁着我国工农业生产和国民经济健康发展［1］。建三江垦区地处三江平原腹地，属寒温带湿润季风气候，年平均降水量为550～600 mm，降水年际变化大，年内分配不均。该垦区同俄罗斯隔江相望，与同江、富锦、抚远和饶河等市县相邻，区内土地集中连片，三江环绕，七河贯通，土质肥沃，资源丰富，是全国著名的优质商品粮基地，保障着粮食安全［2］。因此开展旱涝研究，抵御灾害风险，对建三江垦区农业的持续稳定发展至关重要。本文在分析旱涝评价指标和评价标准的基础上，建立基于模糊综合评判法的建三江旱涝等级模型，对其旱涝情况进行综合评价，为能按照自然规律和科学方法制定防灾减灾措施提供一定的理论依据。

1 旱涝评价指标

旱涝评价指标起到精确度量，对比和综合旱涝成因与程度的作用，建立在特定的地域和时间范围内。合理的选择旱涝评价指标，能够客观的反映旱涝强度。根据建三江的实际情况和资料收集的可行性，研究中选择了以下指标:

1.1 降雨距平百分率(简称R)

R值反映了某时段降水与同期平均状态的偏离程度。其公式为:

1.2 Z指标(简称Z)

Z值是在假定某时段降水量服从Person－Ⅲ型分布的基础上，通过对降水量进行正态化处理后，将其概率密度函数转换为以Z为变量的标准正态分布，公式为:

式中:Cs为偏态系数;Ii为标准变量。

1.3 旱涝指数(简称I)

I值由某时段降水量与多年平均降水量之差除以标准差所得，它是Z指标计算公式中的一个部分，其表达式为:

参考张强、王跃民等［3－4］专家关于旱涝指标的研究，制成符合建三江实际情况的旱涝等级划分标准，具体见表1。

表1 旱涝等级划分标准

2 模糊综合评判法及其实际应用

2.1 数据来源

本文以农垦建三江分局七星农场1957—2010年共54 a气象资料作为基础数据，气象资料由建三江分局气象台提供。限于篇幅，本文仅对该农场2006—2010年的旱涝等级进行综合评价。

2.2 模糊综合评判法建模步骤［5］

步骤1:确定评价对象的因素论域。本文选定了3个旱涝评价指标，因此影响评价对象的因素集为U = {u1，u2，u3}= {降水距平百分率，z指标，旱 涝指数}。

步骤 2:建立评价集，即 V = {v1，v2，…v7}= {重旱，大旱，偏旱，正常，偏涝，大涝，重 涝}。

步骤3:隶属函数的确定。本文采用三角形函数，设x为某影响因素，则相应于各等级的隶属函数计算公式如下［4］:

当i=1时:

当i=2，3，4，5，6时:

当i=7时:

式中:si(i=1，2，3，…，7)为旱涝等级的对应点，分别对应重旱、大旱、…，重涝;ki(i=1，2，3，…，12)为第i条直线的斜率。

根据2006～2010年各旱涝评价指标的计算值以及上述隶属度函数，计算对应于各旱涝等级的隶属度，结果见表2。

步骤4:建立单因素评判矩阵，即:

式中:rij表示按第i个评价指标进行评价时，ui属于第j个等级vj的隶属度。

表2 隶属度向量表

步骤5:综合评判

对于权重，即A= {a1，a2，…an}，本文采用层次分析法确定指标权重集，并综合多位专家意见，得到权重集为A ={0.3 0.5 0.2 }。

以2008年为例进行综合评价，指标向量矩阵为:

=(0.1885 0.5115 0.2766 0.0234 0 0 0)同理计算七星农场2006年—2009年结果向量，见表3。

2.3 结果分析

由表2可以看出，以2008年为例，若只考虑降雨距平百分率指标，七星农场发生偏旱的隶属度为0.9220，处于正常的隶属度为0.0780，根据最大隶属度原则，七星农场2008年发生的是偏旱;若只考虑Z指标发生的是大旱;若只考虑旱涝指数发生的是重旱。通过采用模糊综合评判法进行综合评价后，得到的旱涝等级为大旱。据农垦建三江分局统计年鉴记载，2008年的气候特点是持续高温少雨，水资源不足，受旱范围较广。采用模糊综合评判法计算得到的结果为大旱，这与实际情况相符，因此计算结果合理。

表3 结果向量计算表

同理，由表3的综合评价结果可知，七星农场2006年发生偏旱的隶属度为0.4508，正常的隶属度为0.5429，根据最大隶属度原则，该农场的旱涝等级为正常;2007年，该农场依旧处于正常等级;2009年，该农场由2008年的大旱天气恢复法到正常等级;2010年，最大隶属度为0.7901，处于正常的范围内。

3 结论

本文利用农垦建三江分局七星农场1957—2010年的历史气象资料，计算逐年的降雨距平百分率，Z指标和旱涝指标，建立了基于模糊综合评判法的旱涝等级模型，因篇幅有限，利用该模型对七星农场2006—2010年的旱涝等级进行评价，所得旱涝等级评价结果与实际情况相符，表明该模型用于该地区的旱涝等级评价是可行的。

［1］ 耿怀英，曹才瑞.自然灾害与防灾减灾［M］.北京:气象出版社，2005.

［2］ 赵清.基于灰色预测的建三江地区地下水变化趋势研究［J］.水资源与水工程学报，2009，20(5):128－130，134.

［3］ 张强，鞠笑生，李淑华.三种干旱指标的比较和新指标的确定［J］.气象科技，1998(2):48－52.

［4］ 王跃民，鲁慧霞:刘璩瑜，等.3个不同旱涝指标划分旱涝等级的比较研究［J］.资源与环境科学，2011(7):326－327，329.

［5］ 付强.数据处理方法及其农业应用［M］.北京:科学出版社，2006.