概括
针对传统模糊综合评价方法的缺点，如评价指标权重向量的确定主观性较强，相对隶属度权系数容易过小，不能全面反映水库的健康状况。 本文旨在优化水库健康评价方法，重点研究水库健康评价指标体系。 共采用AHP、EWM、AHP-EWM、AHP-Cloud、AHP-EWM-Cloud 5种赋权方法进行权重分析比较。 通过Min型距离确定最优赋权方法，利用云模型确定隶属函数。 建立了基于改进云模型的模糊综合评价模型，对汾河二号水库健康状况进行评价。 确定AHP-EWM-Cloud方法为汾河二水库工程案例分析的最佳赋权方法。 水库总体评价水平良好，但岸坡稳定性和水质仍有待提高。 该结果与油藏实际情况相符，验证了该方法的合理性和可行性。 研究表明，基于AHP-EWM-Cloud方法的改进云模型考虑了数据的客观存在性、决策者的主观意识以及模糊性和随机性，为水库健康评估提供了可行的新思路。
关键词
水库健康评估； 云模型； 综合赋权法； 层次分析法； 熵权法；
关于作者
赵杰（1993—），男，硕士研究生，主要从事水力学、河流动力学研究。 邮箱：1375733748@qq.com； *
孙雪兰（1978—），女，讲师，博士，主要从事河流健康研究。 邮箱：tysxlan@souhu.com；
基金
山西省青年科技攻关基金（2013021031-1）； 国家自然科学基金（51004120）；
引用
赵杰、孙雪兰、姚戈。 基于加权方法比较的改进云模型应用研究——以汾河二号水库为例[J]. 水利水电技术, 2020, 51(6): 100-107.
赵杰，孙雪兰，姚戈． 基于加权方法的改进云模型应用研究比较——以汾河二期水库为例［J］． 水利水电工程, 2020, 51(6): 100-107.
0 前言
修建水库是人为调节水沙分布的手段。 对于合理配置水资源、弥补水资源不足和供需失衡、高效利用河流资源具有重要意义。 当前，全国水库病险频发、泥沙淤积、水质恶化等问题普遍存在，不仅严重制约水库的防洪、灌溉、创利功能，也给水库的生态安全带来严峻挑战。水库所在流域的社会发展。 因此，对水库健康状况进行有效的综合评价具有重要的现实意义。 能够反映水库健康实际状况的评价方法一直是水利科技工作者关注的热点话题，而各评价指标权重的确定是水库健康评价方法的核心步骤，直接影响到水库健康评价的效果。评估结果的准确性和可靠性。
在赋权方法方面，有学者单独采用主观赋权法和客观赋权法来确定权重。 例如，谢飞等人。 采用熵权法确定水库健康评价指标权重，提高了水库健康综合评价的客观有效性。 周富春等. 运用系统分析方法和模糊数学方法建立了油藏健康AHP评价模型。 也有一些学者将两种赋权方法结合起来。 例如，吴艺文等人。 运用层次分析法和熵权法对江汉湖群水生态健康状况进行加权。 研究结果表明,由主观赋权专家评分的层次分析法与客观加权熵权模糊综合评价方法相比,结合模糊综合评价的方法更加符合实际。 可见，现阶段对各种赋权方法的健康评价研究较多，但对不同赋权方法的综合比较以及评价结果的适用性的研究较少。 在隶属度矩阵方面，大多数学者采用模糊综合评价模型来确定隶属度。 例如，岳强等人。 针对平原水库面积大、水深小、坝线长、地基处理差的特点，建立了基于层次分析法的模糊综合评价模型。 构建了平原水库健康综合评价体系并进行评价。 传统的水库健康评价方法无法同时考虑水库健康评价过程中指标量化和健康等级划分的模糊性和随机性，存在主观分析成分过多、定性成分过多等问题，使得评价结果的可靠性难以保证。
综上所述，一方面，水库健康评价过程中没有确定统一的赋权方法，无法确定各种赋权方法的有效性。 另一方面，大多数评价模型都是模糊综合评价，评价过程中主观特征明显。 因此，本文应用层次分析法（AHP）、熵权法（EWM）、主客观综合赋权等多种赋权方法构建AHP-EWM方法，并引入云模型来构建AHP-EWM方法。构建AHP-Cloud方法和AHP-EWM-Cloud方法等进行分析，并利用模糊粗糙集和最小距离确定最合理的赋权方法。 基于条件云生成器确定的隶属函数进一步优化模糊综合评价方法，并以汾河二号水库为例，确定评价方法的合理性。
1 研究方法
(1)确定评价对象的因子域U={A,B,C,D}，建立评价指标体系。
(2)确定评论等级V={理想状态、健康、亚健康、不健康、疾病}。
(3)应用五种赋权方法确定各评价指标的权重，并进行归一化以确定最佳赋权方法。 归一化公式为
式中，w为评价指标； x的初始权重值； a是归一化的权重值。
(4)基于条件云生成器确定隶属度矩阵，结合最优赋权方法的权重矩阵，通过模糊算子M(·,+)得到汾河2号水库健康评价结果向量。
(5)采用加权平均法对模糊综合评价的结果向量进行比较分析。
1.2 赋能方法
1.2.1 赋能方法介绍
(1)层次分析法通过不同专家的比较分析，计算出评价指标的判断矩阵，进而确定指标的权重。
(2)熵权法利用信息熵计算各指标的权重。 事实上，它是利用指标信息的有效性来计算的。 有效性越大，相应的重要性也越大，即权重越高。
(3) 结合层次分析法和熵权法得到的权重，构建AHP-EWM方法，其计算公式为 iiii ai = (1) wi Σ wni=1 i˙ iii [5]
表1 加权法计算过程
(4)将层次分析法与云模型相结合，构建AHP-Cloud方法。 AHP-EWM-Cloud方法是将层次分析法、熵权法与云模型有机结合起来构建的。 AHP-EWM-Cloud方法利用层次分析法得到的权重结果和熵权法根据数据计算出的结果作为云模型方法中的一组原始数据，进行逆向云模型计算和正向云计算模型计算。 综合结合客观性和主观意识三种方法，计算云滴图并确定权重结果。 云正向生成器和云反向生成器如图1所示。
图1 云发生器原理
1.2.2 加权法计算过程
五种加权方法的计算步骤如表1所示。
1.3 基于模糊粗糙集的权重值筛选
在模糊粗糙集中，属性依赖可以用来表示条件属性与决策属性之间的关系，量化决策表中条件属性对决策属性的重要性。 本文根据属性依赖性对上述五种赋权方法确定的指标权重进行筛选。 闵可夫斯基距离是衡量数值点之间距离的常用方法。 闵可夫斯基距离越小，两组权重的差异越小，原组向量的可靠性越高。 由于测量的是权重向量之间的距离，因此在计算公式中引入系数k进行改进，以尽量减少误差。 计算步骤如下： (1)求条件属性下的近似集μ； (2)求模糊正域隶属度μ； (3)求条件属性依赖γ； (4) 验证群体权重分布（归一化处理）； (5) 求解原始组与验证组权重之间的空间距离。
1.4 云模型确定隶属度矩阵
条件云生成器通过知道具体条件X或Y来生成隶属度。其原理如图2所示。
图2 条件云生成器原理
2 油藏评价指标体系
2.1 评价指标体系
根据目的性、系统性、层次性、定性与定量相结合的评价标准、现行标准、行业标准以及水利部《水库健康评价指标、标准和方法（初稿）》和《湖泊健康评价》指标、标准和方法《方法》（1.0版），咨询相关领域专家，根据沙质河流水库健康的内涵和表征，确定了三级评价指标体系：目标层、准则层和沙质河流水库评价指标体系如图3所示。
2.2 水库健康等级指标特征
在咨询有关专家、查阅资料的基础上，结合汾河二号水库的实际情况，确定了各项评价指标的计算公式和特征值，如表2所示。
3 案例研究
3.1 研究区概况
汾河二号水库位于汾河干流上游下段，距上游汾河水库80公里，距太原市30公里，近郊悬泉寺。 它由大坝、溢洪道、隧道、底孔和水电站组成。 大坝为碾压混凝土坝，高82.95 m，主坝长224.8 m。 水库设计库容1.33亿立方米，水库控制流域面积2348平方公里，坝址多年平均径流量1.45亿立方米（区间），百年洪峰流量5090米/秒，千年洪峰流量7702m/s。 是一座集防洪、发电、灌溉、供水、养殖、旅游为一体的综合性大型水库。
图3 含沙河流水库健康评价指标体系
表2 评价指标测量参数及特征值
图4 五种赋权方法的准则层权重结果
表3 不同赋权方法的总权重
3.2 确定最佳赋权方法和评价指标权重
3.2.1 五种加权方法的加权结果
根据油藏评价指标体系，应用上述5种赋权方法计算指标权重，结果如表3所示。表中各权重值均属于[0,1]区间，且同级指标权重为1。
将五种赋权方法组合得到的指标层和准则层指标权重进行趋势比较，如图4和图5所示。结果表明：
(1)纯客观赋权法——熵权法的结果偏差较大。 这是因为熵权法对于分布越均匀的信息，熵值越大，信息量越小。 对于信息量较小的因素，当赋予太大的权重时，其意义就较小，因此赋予的权重越小。 将层次分析法与熵权法和反映概念不确定性的云模型相结合，可以结合主观赋权法和客观赋权法的优点，确定兼具模糊性和随机性的权重系数，能够更好地反映水库健康特征。 。
(2)采用AHP-EWM-Cloud方法确定指标权重。 由于初始权重是基于层次分析法和熵权法获得的，因此削弱了层次分析法的部分主观性和熵权法的部分客观性。 ，使评价结果兼具客观性和主观性。
3.2.2 基于模糊粗糙集的权重验证
经过以上五种赋权方法的权重分析，我们发现不同的赋权方法往往会造成评价结果的差异。 为此，提出一种基于模糊粗糙集的水库健康评价模型赋权方法的验证方法，以确定最佳赋权方法。 权利法。 计算条件属性对决策属性的依赖关系，并进行归一化计算，得到验证组权重，如表4所示。
计算五种赋权方法得到的权重与验证组权重之间的Min距离，如表5所示。结果表明，AHP-EWM-Cloud方法的Min型距离最小，其次是AHP方法和AHP-Cloud方法，EWM方法和AHP-EWM方法的Min型距离最大。 最小距离反映了验证组的权重与五种加权方法得到的权重之间的差异。 距离越小，两者之间的差距就越小，方法就越好。 因此，AHP-EWM-Cloud方法被认为是沙质河流水库指标权重确定的最优方法。 因此，本文采用AHP-EWM-Cloud方法的权重结果作为油藏评价的权重矩阵。
3.3 确定各评价指标的隶属度
本文使用条件云生成器来确定隶属度矩阵。 首先，选择一定的评价指标，根据各级评价指标的范围(a，b)确定云模型的三个数字特征。 然后通过半云生成器生成评价。 该指标属于一定健康水平的综合云模型。 利用MATLAB数学软件生成相应的评价因素综合云模型图。 部分综合云模型图如图6所示。图中横坐标表示评价因子的值，纵坐标表示对应的确定程度。 横坐标从左到右分别为疾病（V）、不健康（IV）、亚健康（III）、健康（II）和理想状态（I）。
将汾河二号水库各评价因子的实测数据代入云模型公式作为云模型图的横坐标，计算各评价因子健康程度的确定性，即评价因素属于某一水平，并得到确定性矩阵。 .如表6所列
图5 五种赋权方法的指标层权重结果
表4 各指标验证组权重
图6 不同健康指标云模型图
表5 5种加权方法的最小距离
表6 汾河二号水库各指标确定度
3.4 储层健康评价结果及分析
通过模糊算子计算，得到汾河二号水库各准则层及总体评价结果向量，如表7所示。
表7 基于云模型的各评价指标评价结果向量
通过改进加权平均法对评价结果向量进行加权分析，发现汾河二号水库健康评价值为4.838，大于4.0，评价等级为健康状态。
评价结果中，水库结构安全方面，工程质量指标、大坝稳定性指标、渗流安全指标均处于理想状态。 汾河二号水库为碾压混凝土坝，坝体稳定性强，运行时间短。 设计、施工质量达到国内先进水平赋权图 软件赋权图 软件，实际渗漏情况很少发生。 评价结果中库岸边坡稳定性指标和运行管理指标均处于亚健康状态。 事实上，汾河二号水库岸坡较高，坡角较大，但基质坚硬，侵蚀程度不大。 在经营管理方面，规划调度合理，规章制度齐全，执行力强。 但水文预报和通讯设施尚不完善。 水库管理人员应尽快增设监控设备和通讯设施。 由于汾河水库排出的水大部分为清水，其他支流流入汇后的水流中含沙量很少，因此水库沉积指数处于健康状态与评价结果一致。 上下游河流健康指标中，汾河二号水库径流调节指标处于病态。 这是因为其调节存储容量较小。 运行期间，径流只能通过汾河二号水库和汾河水库联合调度进行调节。 水库上游河道淤积指数、下游河道冲刷指数、河道截流指数均处于理想状态。 汾河二号水库距汾河水库80公里。 汾河水库排出的水大部分为清水，含沙量少，不会造成沉积，汾河二水库下游为砾石河床，河床稳定性较强，有一定的抗冲刷能力。 社会服务效益指标中，防洪、灌溉、供水指标均处于理想状态。 汾河二号水库与汾河水库联合调度，加上汾河二号水库的防洪能力并未丧失，使得汾河二号水库的防洪功能达到了设计标准。 随着南水北调工程的建成和水库联合调度，水库的灌溉供水能力得到充分发挥，可以满足人民群众日常生产生活用水需求。 从区域生态系统健康来看，水体污染程度较低，水质达到二级，可判定处于理想状态。 但水体富营养化程度为中等程度。 这是由于大量的工业、农业和生活用水中含有大量的氮。 磷使水体富营养化，处于亚健康状态。
总体而言，基于改进云模型的评价结果与汾河二号水库的实际情况相符。 汾河二号水库入沙量少，库容损失少，健康状况良好。 优势水库对汾河二号水库的调度调度已成为影响汾河二号水库健康的主要因素。 因此，应重视上级水库对下级水库的调节程度，完善沙质河流梯级水库的运行管理，确保水库功能的完善，增强水库的有效性。 同时，对于水库健康下降的评价因素，应重视其内在原因，改善水库运行环境和方法，探索恢复水库各项功能的措施，延长水库的使用寿命。 ，实现可持续发展。
4。结论
(1)本文采用五种赋权方法对油藏指标权重进行分析。 基于模糊粗糙集权重验证，确定AHP-EWM-Cloud方法为最佳赋权方法。 由于云模型本身的特点，基于改进云模型的水库健康评价方法能够充分体现层次评价体系中的模糊性和随机性。 汾河2号水库健康评价水平与实际情况相符，验证了基于A HP-EWM-Cloud方法的改进云模型评价方法的实用性和合理性，可供水库调度和运行参考。维护。
（2）水库健康评价结果表明，汾河水库总体处于健康状态，总体效果满意。 但岸坡稳定性维护仍需重视，运营管理仍需完善。 水体富营养化程度令人担忧。 应加强水质观测能力，采取有效的预防和改善措施，从源头上减少水污染。
(3)基于AHP-EWM-Cloud方法改进的云模型评价方法对初始数据要求较高，计算稍复杂，仍需进一步优化。 目前的评价方法仍不能充分兼顾主观性和客观性，可以进一步引入其他赋权方法，使结果更加符合实际情况。
水利水电技术
水利部《水利水电技术》杂志是我国水利水电行业综合性技术期刊（月刊）。 为国家级中文核心期刊，国内外公开发行。 本刊主要介绍我国水资源开发、利用、管理、配置、节约和保护的技术经验，以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行管理和科学研究等。 还报道国外先进技术。 技术。 期刊主要栏目有：水文与水资源、水利建设、工程建设、工程基础、水力学、机电技术、沉积物研究、水环境与水生态、运行管理、实验研究、工程地质、金属结构、水利经济学、水利规划、防洪抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。
