紀(jì) 毅，付 強(qiáng)，邢貞相，姚 巍

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與建筑學(xué)院，哈爾濱 150030）

0 引 言

水基系統(tǒng)是指在一定水文尺度和空間范圍內(nèi)，水及與其相關(guān)的涉水介質(zhì)和涉水工程共同構(gòu)成的基礎(chǔ)生境承載系統(tǒng)，對(duì)流域而言，它涵蓋了流域內(nèi)水、氣、生物、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等諸多內(nèi)容［1－2］。水基系統(tǒng)將與水有關(guān)聯(lián)的事物綜合到一個(gè)巨系統(tǒng)內(nèi)，然后研究該系統(tǒng)的狀態(tài)和承載力，這使得評(píng)價(jià)更具全面性、科學(xué)性和系統(tǒng)性。但是，目前對(duì)水基系統(tǒng)的研究尚處于初級(jí)階段，相關(guān)研究較少并且很少有人應(yīng)用于實(shí)例當(dāng)中。周惠成等［3－4］基于水基系統(tǒng)概念提出了城市水基系統(tǒng)，證明了水基系統(tǒng)在進(jìn)行健康綜合評(píng)價(jià)時(shí)具有很好的效果。富錦市位于黑龍江省三江平原地區(qū)，是全國(guó)重要的產(chǎn)糧基地，近年來(lái)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的環(huán)境破壞，對(duì)地區(qū)健康產(chǎn)生了影響，因此，本文應(yīng)用水基系統(tǒng)對(duì)富錦市進(jìn)行健康評(píng)價(jià)。

1 基于水基系統(tǒng)的地區(qū)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)水基系統(tǒng)的定義，評(píng)價(jià)水基系統(tǒng)健康狀態(tài)時(shí)，以3個(gè)特征屬性來(lái)表征水基系統(tǒng)的狀態(tài)：穩(wěn)定性、和諧性、演進(jìn)性，并分別用穩(wěn)定態(tài)、和諧度和演進(jìn)率對(duì)這3個(gè)特征屬性加以描述。由于研究區(qū)域主要以農(nóng)業(yè)為主，參考相關(guān)規(guī)范及文獻(xiàn) ［3～5］并結(jié)合研究地區(qū)的自然和社會(huì)特點(diǎn)，制定了穩(wěn)定態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) （表1）、和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) （表2）。演進(jìn)率是對(duì)穩(wěn)定態(tài)及和諧度的動(dòng)態(tài)描述，因此，將演進(jìn)率分為穩(wěn)定態(tài)演進(jìn)率及和諧度演進(jìn)率，利用歷年穩(wěn)定態(tài)及和諧度的特征值繪制穩(wěn)定態(tài)折點(diǎn)圖和和諧度折點(diǎn)圖，將過(guò)程線上點(diǎn)的斜率作為演進(jìn)率特征值，演進(jìn)率標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表3。

表1 穩(wěn)定態(tài)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Index and standard value of steady state

表2 和諧度指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Index and standard value of harmonious degree

表3 演進(jìn)率標(biāo)準(zhǔn)值Table 3 Index and standard value of evaluation rate

2 水基系統(tǒng)健康的綜合評(píng)價(jià)

Topsis模型是一種常用的有限方案多目標(biāo)決策分析法［6－7］，又稱逼近理想解排序法，它根據(jù)指標(biāo)性質(zhì)和數(shù)據(jù)，以一組最優(yōu)指標(biāo)數(shù)據(jù)作為虛擬正理想方案 （1），以一組最劣指標(biāo)數(shù)據(jù)作為虛擬負(fù)理想方案 （2）：

式中Zij為加權(quán)歸一化矩陣中的元素，J、J′分別代表越大越優(yōu)型指標(biāo)集和越小越優(yōu)型指標(biāo)集。

通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)點(diǎn)距正、負(fù)理想點(diǎn)的歐氏距離，通常采用歐幾里德距離系數(shù)計(jì)算每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)到理想解的距離S＊i和到負(fù)理想解的距離S－i：

在運(yùn)用Topsis模型進(jìn)行水基系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)時(shí)，首先應(yīng)該確定水基系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)及和諧度的特征值，然后通過(guò)兩者的特征值求得演進(jìn)率，最終通過(guò)穩(wěn)定態(tài)、和諧度、演進(jìn)率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2．1 確定指標(biāo)權(quán)重

目前，計(jì)算多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中各指標(biāo)權(quán)重的方法很多，如特爾菲法、層次分析法、均方差法、隸屬頻度法、主成分分析法等。熵權(quán)法能根據(jù)熵的概念和性質(zhì)，充分挖掘數(shù)據(jù)本身所攜帶的信息，從而確定指標(biāo)權(quán)重［8－9］，盡可能地避免主觀意識(shí)帶來(lái)的誤差。通過(guò)熵權(quán)法計(jì)算得到穩(wěn)定態(tài)指標(biāo)及和諧度指標(biāo)權(quán)重向量。

穩(wěn)定態(tài)權(quán)重向量：αi＝ ［0．141 5 0．142 9 0．142 9 0．141 9 0．143 3 0．144 9 0．142 2］

和諧度權(quán)重向量：βi＝ ［0．124 3 0．126 1 0．123 8 0．127 6 0．124 7 0．123 9 0．126 2 0．123 3］

2．2 穩(wěn)定態(tài)及和諧度評(píng)價(jià)

2．2．1 穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級(jí)特征值的確定

將表1、表2中的標(biāo)準(zhǔn)值建立矩陣，通過(guò)歸一化處理，然后結(jié)合權(quán)重向量，得到加權(quán)歸一化矩陣，最后計(jì)算得到各等級(jí)的歐式貼近度，即為穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表4。

表4 穩(wěn)定態(tài)及和諧的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值Table 4 Grade standards of steady state and harmonious degree

2．2．2 穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值計(jì)算

將研究區(qū)域的穩(wěn)定態(tài)及和諧度指標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)值組成指標(biāo)特征矩陣，帶入Topsis模型，計(jì)算貼近度可得到富錦市2005～2009年的穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值，然后通過(guò)與穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級(jí)特征值進(jìn)行比較，得到富錦市2005～2009年穩(wěn)定態(tài)等級(jí)及和諧度等級(jí)，見(jiàn)表5。

表5 穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級(jí)結(jié)果Table 5 Grades of steady state and harmonious degree

2．3 演進(jìn)率評(píng)價(jià)

根據(jù)表5中的穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值，計(jì)算2006～2009年的穩(wěn)定態(tài)及和諧度演進(jìn)率，結(jié)合表3中的演進(jìn)率標(biāo)準(zhǔn)值，可以得到2006～2009年富錦市水基系統(tǒng)的演進(jìn)率見(jiàn)表6。

表6 演進(jìn)率等級(jí)結(jié)果Table 6 Grades of evaluation rate

2．4 水基系統(tǒng)健康的綜合評(píng)價(jià)

在分別對(duì)穩(wěn)定態(tài)、和諧度和演進(jìn)率分析的基礎(chǔ)上，可以對(duì)富錦市水基系統(tǒng)的健康狀況做出綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況，對(duì)穩(wěn)定態(tài)、穩(wěn)定態(tài)演進(jìn)率、和諧度、和諧度演進(jìn)率權(quán)重進(jìn)行分配，最終確定權(quán)重分別為0．40、0．10、0．40、0．10。另外，由于上述計(jì)算獲得的演進(jìn)率數(shù)值偏小，不能直接與穩(wěn)定態(tài)、和諧度綜合以獲得評(píng)價(jià)結(jié)果，因此，需要對(duì)演進(jìn)率進(jìn)行歸一化計(jì)算，然后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。若評(píng)價(jià)值≥0．62時(shí)，系統(tǒng)處于健康狀態(tài)；評(píng)價(jià)值在0．42～0．62間屬于較健康狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)果列于表7。

表7 富錦市水基系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Assessment result of Fujin water－based system

2．5 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由表5可見(jiàn)：富錦市的穩(wěn)定態(tài)在2005～2009年間處于Ⅲ級(jí)，造成穩(wěn)定態(tài)較低的主要原因在于研究區(qū)域水量較少，導(dǎo)致飲水安全及用水量得不到有效保證，因此，當(dāng)加大水資源開(kāi)發(fā)力度時(shí)很容易造成水基系統(tǒng)的不穩(wěn)定狀態(tài)；和諧度的等級(jí)優(yōu)于穩(wěn)定態(tài)的等級(jí)，處于Ⅱ級(jí)，這主要是因?yàn)樵撗芯繀^(qū)域主要以農(nóng)業(yè)為主，對(duì)水基系統(tǒng)的改造和破壞相對(duì)較少，和諧度較高；水基系統(tǒng)的綜合健康狀態(tài)處于較健康狀態(tài)，并且在2007年以后出現(xiàn)回升狀態(tài)。

3 結(jié) 論

本文采用基于熵權(quán)法的Topsis模型對(duì)富錦市水基系統(tǒng)進(jìn)行了健康綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示富錦市水基系統(tǒng)的健康狀態(tài)相對(duì)較低，制約系統(tǒng)健康的關(guān)鍵因素是水基系統(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)較弱。富錦市水基系統(tǒng)健康狀態(tài)提高的關(guān)鍵措施在于加大地表水控制力度、增加節(jié)水灌溉面積、提高工業(yè)污水處理率及重復(fù)利用率等。

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