邢海燕，張　浩，周緒申，繆萍萍

（1.海河水利委員會(huì)引灤工程管理局，河北 唐山　064309；2.海河流域水資源保護(hù)局，天津　300170；3.海河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津　300170；4.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津　300250）

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基于改進(jìn)熵權(quán)法的濕地水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

邢海燕1，張浩2，周緒申3，繆萍萍4

（1.海河水利委員會(huì)引灤工程管理局，河北 唐山064309；2.海河流域水資源保護(hù)局，天津300170；3.海河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津300170；4.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

摘 要：濕地水體富營(yíng)養(yǎng)化形勢(shì)日益嚴(yán)峻，引入距離函數(shù)將主觀權(quán)重與客觀權(quán)重結(jié)合，改進(jìn)了傳統(tǒng)的熵權(quán)法。根據(jù)白洋淀12個(gè)水域2015年5月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由改進(jìn)熵權(quán)法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果表明：圈頭水域輕度富營(yíng)養(yǎng)化；郭里口、大張莊、留通、棗林莊、光淀張莊、關(guān)城、前塘和采蒲臺(tái)8個(gè)水域?yàn)橹卸雀粻I(yíng)養(yǎng)化；王家寨、安新橋和端村3個(gè)水域?yàn)橹囟雀粻I(yíng)養(yǎng)化。

關(guān)鍵詞：富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)；熵權(quán)法；距離函數(shù)；白洋淀濕地

濕地是地球三大生態(tài)系統(tǒng)之一，是重要的生態(tài)資源，具有涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、固碳釋氧和維護(hù)生物多樣性等功能。海河流域［1-3］濕地類型較多、分布較廣，生物種類繁多。然而，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類生活、社會(huì)發(fā)展等各類人為活動(dòng)，都向濕地水體環(huán)境中排放大量的廢物，含有氮磷的廢物會(huì)破壞原有的水體環(huán)境。如果排入水體的氮磷量過(guò)大，超出水體降解、緩沖能力，便會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象［4］。筆者選取水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)常用的4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：總磷、總氮、葉綠素α和高錳酸鹽指數(shù)，采用改進(jìn)的熵權(quán)法對(duì)白洋淀濕地水體12個(gè)采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。

1　熵權(quán)法［5-6］

熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的度量，可用于度量已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量和確定權(quán)重。富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)值相差較大時(shí)，熵值較小，則該評(píng)價(jià)指標(biāo)提供的有效信息量較大，其權(quán)重也應(yīng)較大；反之則其權(quán)重較小。采用熵權(quán)法確定富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

（1）構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣。根據(jù)m個(gè)采樣點(diǎn)的n個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)建矩陣：

式中：x為指標(biāo)值；m為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；n為監(jiān)測(cè)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。將矩陣X按照如下規(guī)則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中：bij為標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)值；xmax，xmin分別為各指標(biāo)的最大和最小值。

（3）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)熵H。根據(jù)熵的定義，m個(gè)評(píng)價(jià)數(shù)列、n個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)可以確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵為：

式中：Hj為評(píng)價(jià)指標(biāo)熵；m為評(píng)價(jià)樣本數(shù)；bij為標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)值。

（4）計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)上述熵值，可以得到權(quán)重值W：

式中：Wj為指標(biāo)權(quán)重；Hj為評(píng)價(jià)指標(biāo)熵；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2　熵權(quán)法的改進(jìn)

熵權(quán)法作為確定客觀權(quán)重的代表性方法，突出了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息特征，計(jì)算的權(quán)重具有客觀性。由于主客觀權(quán)重之間評(píng)定權(quán)重原理存在差異，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要與體現(xiàn)人為經(jīng)驗(yàn)的主觀權(quán)重相結(jié)合，以兼顧主觀經(jīng)驗(yàn)和客觀數(shù)據(jù)，得到更為科學(xué)和易于接受的指標(biāo)權(quán)重。為了使指標(biāo)權(quán)重與不同方法計(jì)算權(quán)重的分配系數(shù)相符合，筆者引入距離函數(shù)對(duì)熵權(quán)法進(jìn)行改進(jìn)，得到組合權(quán)重。

設(shè)主觀權(quán)重與客觀權(quán)重之間的距離函數(shù)可表示為：

對(duì)主觀權(quán)重w1與客觀權(quán)重w2進(jìn)行線性加權(quán)，得組合權(quán)重為：

式中：α、β分別為w1與w2的分配系數(shù)。

如果使不同權(quán)重之間的差異程度與分配系數(shù)之間的差異系數(shù)一致，那么存在：

根據(jù)上述公式，可求得不同權(quán)重的分配系數(shù)，進(jìn)而求得指標(biāo)的組合權(quán)重。

3　實(shí)例應(yīng)用

3.1研究區(qū)概況

白洋淀是華北平原最大的湖泊型濕地，是我國(guó)重要淡水水產(chǎn)品生產(chǎn)基地之一，是大清河河系重要的蓄水樞紐，承擔(dān)著緩洪、治澇、蓄水等任務(wù)，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)小氣候、維護(hù)河北平原的生態(tài)平衡起著不可忽視的作用。本次評(píng)價(jià)在淀區(qū)內(nèi)布設(shè)采樣點(diǎn)12個(gè)，同時(shí)采用泰森多邊形將白洋淀劃分為12個(gè)水域（如圖1所示），于2015年5月進(jìn)行了采樣和監(jiān)測(cè)。

圖1　白洋淀采樣點(diǎn)位及水域劃分示意

3.2富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

根據(jù)白洋淀12個(gè)水域的監(jiān)測(cè)結(jié)果和湖庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化（見(jiàn)表1）?？陀^權(quán)重采用熵權(quán)法計(jì)算；主觀權(quán)重采用專家評(píng)分法，由水文、水生態(tài)領(lǐng)域的專業(yè)人員打分確定；通過(guò)引入距離函數(shù)的改進(jìn)熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重（見(jiàn)表2），進(jìn)而對(duì)12個(gè)水域的富營(yíng)養(yǎng)化情況進(jìn)行評(píng)分（見(jiàn)表3）。

表1　白洋淀各采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化成果

表2　熵權(quán)法和改進(jìn)熵權(quán)法計(jì)算的指標(biāo)權(quán)重

表3　白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)分成果

圈頭水域輕度富營(yíng)養(yǎng)化；郭里口、大張莊、留通、棗林莊、光淀張莊、關(guān)城、前塘和采蒲臺(tái)8個(gè)水域?yàn)橹卸雀粻I(yíng)養(yǎng)化；王家寨、安新橋和端村3個(gè)水域?yàn)橹囟雀粻I(yíng)養(yǎng)化，具體情況如圖2所示。

圖2　白洋淀不同水域富營(yíng)養(yǎng)化程度示意

4　結(jié)論與建議

通過(guò)距離函數(shù)和主觀權(quán)重對(duì)熵權(quán)法的修正，將主客觀權(quán)重合理地結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于白洋淀12個(gè)水域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，圈頭水域輕度富營(yíng)養(yǎng)化；郭里口、大張莊、留通、棗林莊、光淀張莊、關(guān)城、前塘和采蒲臺(tái)8個(gè)水域?yàn)橹卸雀粻I(yíng)養(yǎng)化；王家寨、安新橋和端村3個(gè)水域?yàn)橹囟雀粻I(yíng)養(yǎng)化。

保護(hù)白洋淀水環(huán)境，防治水體富營(yíng)養(yǎng)化，要嚴(yán)厲打擊淀區(qū)環(huán)境違法行為，嚴(yán)禁工業(yè)企業(yè)排水入淀；妥善解決淀區(qū)群眾生活垃圾、污水污染問(wèn)題；清理非法

中圖分類號(hào)：X832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-7328（2016）01-0036-03

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.01.013

收稿日期：2015—11—18

作者簡(jiǎn)介：邢海燕（1974—），女，高級(jí)工程師，主要從事水資源保護(hù)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作。

Eutrophication Evaluation of Wetland Based on Improved Entropy Weight

XING Hai-yan1，ZHANG Hao2，ZHOU Xu-shen3，MIAO Ping-ping4
（1.The Administration of Luanhe Diversion Project HRCM W.R.，Tangshan 064309，China；2.Water Resources Protection Bureau of HaiHe River Basin，Tianjin 300170，China；3.Haihe River Water Environmental Monitoring Center，Tianjin 300170，China；4.Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

Abstract：Wetland eutrophication situation was increasingly serious.The integration of subjective and objective weights was achieved and the traditional entropy weight method was improved with the distance function.According monitoring data in may，2015，12 areas of Baiyangdian wetland，the evaluation results showed：Quantou was light eutrophication；Guolikou、Dazhangzhuang、Liutong、Zaolinzhuang、Guangdianzhangzhuang、Guancheng、Qiantang and Caiputai were moderate eutrophication；Wangjiazhai、Anxinqiao and Duancun were severe eutrophication.

Key words：evaluation of eutrophication；entropy weight method；distance function；Baiyangdian Wetland