基于VaR的水资源短缺风险综合模型体系与应用

According to some problems existing in the research on water shortage risk, we would like to discuss water risk system based on what we have done before. Pressure-State-Response (PSR) model is used to set up multi-stage risk factor index system of water shortage risk. Main information could be extracted through Theory Fuzzy Information Granulation (TFIG) and rough set. Also, the quantitative analysis of it redundancy and representative could be obtained. Bayesian estimation is used to find out the relationship between risk characterization indicators and risk factors. Water shortage risk model is set up based on fuzzy probability and multi-variable Logistic regression and risk loss due to water shortage could be calculated. The integrated model of water shortage risk could be set up base on Value at Risk (VaR), which makes it more accurate to describe water shortage risk. Multi-objective risk planning system could be established by configuring physical water, virtual water, recycled water and transferred water and carry out the applicaion in Beijing and Tianjin. Then we could draw the water shortage risk maps as a unit of overlaying the water resources partition and administrative districts. This research may promote the development and improvement of water risk methodology and its results could provide a reference for carry out the integrated risk evaluation of water shortage and making strategies for other areas with a shortage of water resources in North China.

针对水资源短缺风险研究中存在的问题，在申请者前期工作的基础上，继续深入探讨水资源风险理论体系。运用PSR模型建立多级水资源短缺风险致险因子指标体系，采用模糊信息粒化、粗糙集等提取致险因子主信息并对其冗余度、代表性做量化分析，利用贝叶斯估计建立风险表征指标与致险因子的关系；基于模糊概率和多变量Logistic回归建立水资源短缺风险模型、开展水资源短缺风险损失计算，基于VaR(Value at Risk)模型将二者耦合并建立水资源短缺风险综合模型体系，该模型可以更加准确的描述水资源短缺风险；建立实体水、虚拟水、再生水、外调水等的多水源联合配置的多目标风险规划模型体系；在京（津）地区开展应用研究；以水资源三级区套行政地级区为单元，绘制水资源短缺风险图；该项研究工作可推动水资源风险基础理论与方法体系的发展与完善，其研究成果可为我国北方其他缺水地区开展水资源短缺风险综合评价、制定应对策略提供借鉴。

以水资源短缺风险为中心，项目组开展了水资源风险基本理论、水资源评价方法、水资源短缺风险损失计算、水资源与经济用水结构的动态投入产出模型与应用、水资源利用效率模型构建与应用、水资源短缺程度分析与水资源管理政策分析、不确定性水资源多目标规划模型的研制等研究。本工作以研发相关模型为主并开展应用研究，案例地区则以京津冀为主。. 以供水系统处于不同强度失事状态下的概率定义了水资源供需（短缺）风险的危险性，并首次创建基于概率分布的危险性数学模型；在分析水资源脆弱性与指标变量之间变化关系的基础, 建立了水资源脆弱性S型函数模型，进一步细化了水资源风险的时间尺度；将风险的形成看成是一个生产过程，视危险性和脆弱性为投入的生产要素，生产出一定数量的损失为产品，构建了水资源供需风险的DEA模型体系；利用用非线性优化估计Copula函数参数，进而创建水资源短缺风险损失模型体系；上述研发模型均开展了应用研究，并分不同情景计算了相应的风险特征、风险发生概率和经济损失。.基于一种时间路径函数构建了用水变化动态结构分解分析模型（SDA）模型，给出了SDA动态化、不唯一性等问题的解决方案，通过编制中国15部门水资源投入产出系列表，并对行业用水变化进行结构分解，验证了SDA的适用性和可靠性。进而建立因素分解分析模型，研究了京津冀地区产业用水量变化规模、结构、技术等驱动效应的时间过程和空间分异。. 分别研发了基于投影寻踪及遗传算法的、基于迭代修正的水资源利用效率评价模型并在全国各省份开展了应用，利用Moran’sI指数揭示了北京市各区县工业用水效率和工业增长情况的全局和局部空间差异性演变特征。构建了不确定性区间数多目标规划模型，给出了河北省水资源与产业结构优化方案，设计了与水资源风险有关的水资源评价管理与政策方案。. 上述研究进一步深化了水资源风险理论，可为京津冀乃至全国水资源风险防范和优化利用提供决策依据和科学支持。