基于模糊數(shù)學的河道健康綜合評價方法研究

單紅喜

（大豐區(qū)小海水利管理服務站，江蘇 鹽城 224100）

1 概述

目前，許多國內外學者已經開展了一些研究工作[1]，但是關于河道健康評價問題較為復雜和抽象，還沒有形成一套完整的評價方法。河道健康評價大都停留在河道生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎上[2-3]，但河道健康的指標眾多，缺少系統(tǒng)的綜合評價。本文采用模糊數(shù)學原理，結合多項指標，研究河道健康綜合評價方法。并且基于VS平臺，結合上述河道健康評價方法，開發(fā)河道健康評價軟件。河道健康綜合評價方法能夠克服以往評價方法的片面性，充分反映河道各項指標的健康程度，對河道健康治理提供了有力的支持。

2 河道健康評價指標體系

2.1 評價指標體系的構建

確立河道健康評價指標體系是以修復河道功能為目標，使其達到河道健康的要求。河道健康不僅表現(xiàn)在生態(tài)多樣性、自凈功能等自然功能方面，還應該具有社會涵義，即維持河道對人類社會提供的各種功能。因此，構建河道健康指標體系的總體原則是科學性、代表性、可行性和可操作性[4]。

（1）生態(tài)功能

生態(tài)功能是河道健康的重要指標，生態(tài)系統(tǒng)所有生命系統(tǒng)最基本因素就是依水而生。河流是一個完整的連續(xù)體，上下游、左右岸構成一個完整的體系，依賴于河流徑流豐枯而興衰的河流生態(tài)系統(tǒng)健康，是河流生機和活力的重要體現(xiàn)。

（2）社會經濟價值

河流的社會經濟價值，是指河流的服務功能，是河流對流域內社會經濟的支撐和貢獻。河流的開發(fā)利用是保障社會經濟發(fā)展的重要基礎，對河道的合理利用是可持續(xù)發(fā)展的重要體現(xiàn)，必須要在開發(fā)中保護，在保護中開發(fā)，實現(xiàn)發(fā)展和保護雙贏的目的。

（3）物理化學指標

(2)解決脫模平臺四角不平問題。①安排技術人員采用支墊方式對脫模平臺四角進行調平，保證脫模時模具四角同時接觸脫模臺，使模具受力均勻，軌枕同步脫出。②對脫模平臺四角水平情況進行定期復檢，發(fā)現(xiàn)異常及時整改。通過對脫模平臺四角進行調平，雙塊式軌枕脫出后擋肩位置的黑色印跡得到了有效控制，外力對軌枕擋肩的撕拉大為減小。

河道的物理化學指標是表征河道健康的最基礎的標準，能夠反映河流結構形態(tài)和水循環(huán)的完整以及功能的完備性。河流的健康狀態(tài)對現(xiàn)代發(fā)展有著不可替代的作用，河道的物理化學指標是河流修復能力、納污能力和凈化能力的體現(xiàn)。

（4）人類健康指標

河道的環(huán)境是人類賴以生存的自然條件組成部分。河流不僅給人類生存和發(fā)展提供必要的水和其他生產原料，而且給人類生存提供不可缺少的環(huán)境功能和服務功能。因此，人類健康指標包括供水能力指標、河道服務功能指標等。

在設計河流健康評價指標體系時，將河流的健康評價指標體系分為3個層次：目標層、準則層和指標層。目標層為單一總目標，總目標即為維護河流健康，促進人水和諧。準則層為上述4點，分別為生態(tài)功能、社會經濟價值、物理化學指標和人類健康指標。但是由于河道健康指標過多，因此，需挑選指向明確的，且相互間較為獨立的河流健康指標為本文河流健康評價體系的指標層。河流健康評價指標篩選結果見表1。

表1 河流健康評價指標篩選結果

2.2 河流健康評價方法

針對河流健康的評價大多都停留于生態(tài)功能、水質情況等單項指標的評價上，缺乏系統(tǒng)的綜合評價。另外，河流健康評價中部分指標非常抽象，因此，擬采用模糊數(shù)學原理[5]，結合多項河流健康指標，研發(fā)河流健康評價方法。

2.2.1 指標權重確定

準則層分為4個一級指標，包括：生態(tài)功能、社會經濟價值、物理化學指標、人類健康指標，并細化為17個二級指標。本文根據(jù)實際經驗和推理[6-8]，加上凸顯河道評價的優(yōu)劣原則，制定如表2的權重分配。

2.2.2 評分值確定

表2 各項指標權重分配

建立符合實際情況的隸屬劃分是應用模糊數(shù)學的關鍵步驟。本文對各層次的評價因子按照“病態(tài)、不健康、亞健康、健康、很健康”5級健康狀況評價等級劃分。為了合理確定各評價因子隸屬于各評價等級的隸屬度[9-11]，定義各評價等級對應的評分值為 0、0.2、0.5、0.7、1，詳見表 3。

對于處于第1、5級，隸屬度評分值為1、0，對于2、3、4級利用線性差值法來獲取評分值。

表3 各項指標評價標準

其中：U（x）為指標當前評分值，xu、x1為指標值下、上界，U（xu）為下界評分值。

2.2.3 分層模糊評價方法

參數(shù)體系的評判是一個多目標、多層次、多約束的決策問題，用凸模糊規(guī)劃原理來計算每個試驗的評判值。表達式為：

其中：AT、AR、Au、MfE 分別表示生態(tài)功能、社會經濟功能、物理化學指標和人類健康指標的綜合評判，bj、aj分別是小項目隸屬度和權數(shù)。根據(jù)模糊判決有：

其中：BNi表示第i個河道健康的總評判，α、β、δ、γ分別表示生態(tài)功能、社會經濟功能、物理化學指標和人類健康指標的權數(shù)。

3 河流評價實例

以江蘇省鹽城市大豐區(qū)某河道為例，采用本文所研發(fā)的河道健康評價軟件，對所選的河道進行健康評價，詳見表4。

將上述評分值輸入到軟件內，可得到各準則層的健康程度，圖1為準則層中各指標評價得分，根據(jù)各準則層的評分值綜合可得河道健康總評價值，圖2為河道健康綜合得分。為了讓河道健康評分更加簡明，圖表展示采用百分制。

從圖2可以看出該河道健康綜合評分處于亞健康、健康之間，整體健康程度一般；圖1看出河道4個二級指標評分，可知物理化學指標和人類健康指標跟綜合評價相似；社會經濟價值指標評分較好，但生態(tài)功能評分較差。因此，該河道的生態(tài)狀況應該是今后治理工作的重點，特別是要調

整河道生態(tài)環(huán)境，滿足流域區(qū)域生態(tài)良性循環(huán)。同時，還需要做好防洪非工程措施，完善河道景觀功能，進一步提高河道健康程度。

表4 大豐區(qū)某河道健康指標值

圖1 準則層各指標評價

圖2 河道健康綜合評價

4 結論

河道健康評估由于評價指標的眾多性和復雜性，一直是眾多學者研究的熱點。本文通過對河道健康指標分析和評價方法研究，可得如下結論：

（1）本文將河道評價分為3個層次：目標層、準則層和指標層，并從眾多指標中挑選出具有代表性和獨立性的17個指標，用于評價河流健康。

（2）采用模糊數(shù)學方法，建立河道健康評價方法，從生態(tài)功能、社會經濟價值、物理化學指標和人類健康指標評價河道健康程度，并根據(jù)上述4個指標評估河道綜合健康程度。

（3）基于VS平臺，采用上述評價方法，研發(fā)河道健康評估軟件，可以高效評估河道健康，簡潔明了地分析出河道健康薄弱點，為河道治理措施提供有力的技術支撐。

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