關(guān)于流域水環(huán)境生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型的探討

王 群

(山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心煙臺(tái)分中心,山東 煙臺(tái) 264000)

1 研究方法

1.1 專家打分法賦權(quán)過(guò)程

專家打分法是一種主觀賦權(quán)法，可以與客觀賦權(quán)法形成互補(bǔ)，能夠在一定程度補(bǔ)充客觀賦權(quán)法賦權(quán)與實(shí)際不相稱的不足。本文采用的專家打分法主要是通過(guò)專家已有知識(shí)和主觀經(jīng)驗(yàn)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，可以得到主觀權(quán)重wj1(wj1表示第j個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重)，該方法的具體過(guò)程可以參考文獻(xiàn)[1]。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)離差法賦權(quán)過(guò)程

標(biāo)準(zhǔn)離差法的賦權(quán)原理是指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差越大，說(shuō)明該指標(biāo)的變異程度也就越大，即說(shuō)明該指標(biāo)更能對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行區(qū)別，因此該指標(biāo)能夠提供的信息也就越大。所以該指標(biāo)在評(píng)價(jià)中起到的作用也就越大，應(yīng)賦予較大的權(quán)重，反之，應(yīng)賦予較小的權(quán)重[2]。標(biāo)準(zhǔn)離差法的具體計(jì)算如式(1)。

(1)

式中：m為指標(biāo)的總個(gè)數(shù)；σj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)離差；wj2為第j個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重。

1.3 組合賦權(quán)過(guò)程

組合賦權(quán)法能夠綜合主客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，是一種較為優(yōu)秀的賦權(quán)方法。本文使用組合賦權(quán)法求取指標(biāo)的權(quán)重，具體見(jiàn)式(2)。

(2)

式中：wj為第j個(gè)指標(biāo)的組合權(quán)重。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)法評(píng)價(jià)過(guò)程

灰色關(guān)聯(lián)法可以衡量?jī)蓚€(gè)序列之間的密切程度[3]，是一種較為優(yōu)秀的評(píng)價(jià)方法，如式(3)所示。

(3)

式中：kij為方案i的第j個(gè)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)序列相應(yīng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度；xij為無(wú)量綱化后的指數(shù)數(shù)據(jù)；c為分辨系數(shù)，n為方案總數(shù)；m為指標(biāo)總數(shù)。而方案i與標(biāo)準(zhǔn)序列的關(guān)聯(lián)度ki可以通過(guò)式(4)求得。

(4)

通過(guò)將每一個(gè)區(qū)域的指標(biāo)序列與各個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)序列進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)度最大對(duì)應(yīng)的等級(jí)為相應(yīng)區(qū)域水生態(tài)健康程度。其中標(biāo)準(zhǔn)序列為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的中值序列。

通過(guò)以上的方法便可將幾個(gè)區(qū)域的水生態(tài)安全進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)結(jié)果可以為未來(lái)水利、生態(tài)環(huán)境、城市建設(shè)等規(guī)劃提供一定的指導(dǎo)，因此該研究具有一定的前景和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

2 實(shí)例計(jì)算與應(yīng)用

漳衛(wèi)南運(yùn)河是京杭大運(yùn)河的重要組成部分，屬于海河流域五大水系之一，由漳河、衛(wèi)河、衛(wèi)運(yùn)河、漳衛(wèi)河新和南運(yùn)河組成，流經(jīng)山西省、河南省、河北省、山東省，及天津市入渤海，流域面積37 700 km2。本文選取位于漳衛(wèi)南運(yùn)河上中下游的潞城市、新鄉(xiāng)縣、德州市為研究區(qū)，進(jìn)行水生態(tài)安全評(píng)價(jià)。

參照流域的實(shí)際情況與文獻(xiàn)[4]，得出該流域的水生態(tài)安全等級(jí)可以分為安全、良好、一般、較差與極差這5個(gè)等級(jí)，具體的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 水生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)

同時(shí)收集3個(gè)研究區(qū)中各個(gè)指標(biāo)的具體指標(biāo)值，主要參考文獻(xiàn)[4]，見(jiàn)表2。

表2 漳衛(wèi)南運(yùn)河流域3個(gè)研究區(qū)水生態(tài)安全指標(biāo)數(shù)據(jù)

從表2可以看出，三個(gè)研究區(qū)的大部分指標(biāo)都處于一般這一等級(jí)以下，其中大多數(shù)處于極差和較差這兩個(gè)等級(jí)，也存在部分較好的指標(biāo)，如城鎮(zhèn)居民生活用水定額這一指標(biāo)在潞城市與新鄉(xiāng)縣則具有較優(yōu)的表現(xiàn)。但從總體來(lái)看，三個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全指標(biāo)都偏于中下水平，說(shuō)明三個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全水平面臨著一定的挑戰(zhàn)。但為了進(jìn)一步確定三個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全等級(jí)，需要使用本文模型進(jìn)行進(jìn)一步的定量計(jì)算與評(píng)估。

根據(jù)以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用專家打分法與灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，并用式(2)進(jìn)行綜合權(quán)重的求解，最終結(jié)果見(jiàn)圖1。

根據(jù)表1、表2的數(shù)據(jù)與求取的權(quán)重，結(jié)合本文的改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)法，對(duì)三個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3可以看出，三個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全的等級(jí)都處于最低的等級(jí)，即極差，這與前面對(duì)指標(biāo)的定性分析結(jié)果基本一致，說(shuō)明本文模型具有合理性。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文模型的性能，將本文模型與TOPSIS法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)表4。

圖1 各個(gè)指標(biāo)綜合權(quán)重

表3 改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 各個(gè)模型綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從表4可以看出，本文模型與TOPSIS法的計(jì)算結(jié)果一致，進(jìn)一步說(shuō)明本文模型在水生態(tài)安全評(píng)價(jià)中具有適用性與合理性。同時(shí)也可以看出3個(gè)研究區(qū)的水生態(tài)安全形勢(shì)并不樂(lè)觀，進(jìn)而說(shuō)明漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的水生態(tài)安全形勢(shì)具有需要改進(jìn)的地方。因此，在將來(lái)的規(guī)劃中，應(yīng)該適當(dāng)考慮該流域的水生態(tài)安全問(wèn)題。

3 結(jié) 論

本文以專家打分法計(jì)算主觀權(quán)重，以離差法計(jì)算客觀權(quán)重，并結(jié)合兩者的權(quán)重，求主客觀結(jié)合的綜合權(quán)重，以該權(quán)重結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)法，提出改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)研究區(qū)3個(gè)區(qū)域(潞城市、新鄉(xiāng)縣、德州市)的水生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后得出3個(gè)區(qū)域的水生態(tài)安全等級(jí)都為極差。同時(shí)本文的評(píng)價(jià)結(jié)果與TOPSIS法的評(píng)價(jià)結(jié)果完全一致，說(shuō)明本文提出的評(píng)價(jià)方法具有一定適用性，可以為我國(guó)水生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究提供一定的參考依據(jù)。