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        基于博弈論組合賦權(quán)的水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)

        2019-01-04 05:18:28魯佳慧唐德善
        關(guān)鍵詞:效果環(huán)境評(píng)價(jià)

        魯佳慧,唐德善

        (河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098)

        隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及人們對(duì)身邊美好水環(huán)境的向往,加之全國(guó)全面推行河長(zhǎng)制,水環(huán)境治理受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,投入力度也越來(lái)越大。但國(guó)內(nèi)有關(guān)水環(huán)境綜合整治效果評(píng)價(jià)的研究較少,類似研究多側(cè)重于評(píng)價(jià)某一地區(qū)的河道或具體某條河流水體理化性質(zhì)的改善。隨著治理理論的逐步完善和治理實(shí)踐的不斷深入,評(píng)價(jià)方法從定性慢慢發(fā)展為定性定量相結(jié)合,單因素、單目標(biāo)發(fā)展為多因素、多目標(biāo)、多功能的綜合評(píng)價(jià)[1]。建立一個(gè)能反映水環(huán)境綜合治理效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并給出合理可行的評(píng)價(jià)方法,將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái),才能系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)水環(huán)境綜合治理效果,從而為鞏固治水效果及今后的綜合整治工作提供依據(jù)和指導(dǎo)[2]。

        1 水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

        評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建主要遵循以下幾個(gè)原則:①科學(xué)性原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)必須含義明確,具有一定的科學(xué)內(nèi)涵,能夠客觀反映水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系;②可行性原則。水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及面較廣,應(yīng)盡可能選擇有代表性和可操作性的評(píng)價(jià)指標(biāo)以便計(jì)算和分析;③層次性原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)考慮到各個(gè)層次上的影響因素,能反映整個(gè)系統(tǒng)的主次關(guān)系;④全面性原則。指標(biāo)體系應(yīng)能相對(duì)全面和完整地反映水環(huán)境綜合治理效果各個(gè)方面的影響;⑤動(dòng)態(tài)性原則。水環(huán)境綜合治理效果是變化的,指標(biāo)體系需要全面反映時(shí)空維度的動(dòng)態(tài)變化。

        1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        圖1 水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of comprehensive water environmental governance

        隨著水環(huán)境治理實(shí)踐的不斷深入以及治理理論的完善,在水環(huán)境整治過(guò)程中不僅僅注重對(duì)河流本身的保護(hù),在改善水質(zhì)的基礎(chǔ)上,同時(shí)注重河流功能性建設(shè)與生態(tài)修復(fù),關(guān)注水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)自身健康及其可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)綜合治理[3]。從水體改善效果、景觀效果、生態(tài)效果、功能效果和社會(huì)民生效果5個(gè)方面選取了17項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建水環(huán)境治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其指標(biāo)體系如圖1。水環(huán)境綜合治理的效果主要體現(xiàn)在水體改善,選取了水質(zhì)指數(shù)、透明度和色度3個(gè)能直觀反映水質(zhì)變化的指標(biāo);水環(huán)境綜合治理改變了自然景觀和人文景觀,選取綠化率、景觀多樣性和河道清潔度3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)景觀效果;選取了林帶寬度、魚(yú)類多度、浮游動(dòng)物多樣性和浮游植物多樣性4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)水環(huán)境綜合治理對(duì)河岸帶環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的改善效果;水環(huán)境綜合治理首先要確保河道的行洪安全,但單一的基本功能已經(jīng)無(wú)法滿足生活日益發(fā)展的需要,還需要增加其他功能以及可利用的方式保證水資源的充分利用,選擇中水回用率、灌溉保證率、防洪安全指數(shù)和水系聯(lián)通率4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)功能效果;水環(huán)境綜合治理應(yīng)充分考慮對(duì)人類生活的影響,選取人居滿意度和部門滿意度2個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)對(duì)社會(huì)民生的效果。

        1.3 指標(biāo)描述與分級(jí)

        參照水質(zhì)評(píng)價(jià)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及研究[4]、各指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(河道生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[5])、綜合國(guó)內(nèi)研究成果[6-7]、咨詢專家意見(jiàn),對(duì)水環(huán)境綜合治理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)劃分,分為:優(yōu)(0.7)、良(0.5)、中(0.3)、差(0.1)4個(gè)等級(jí),具體見(jiàn)表1。

        表1 水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系描述及分級(jí)Tab.1 Description and classification of evaluation index system of comprehensive water environmental governance

        2 基于博弈論的組合賦權(quán)法

        2.1 AHP法權(quán)重的確定

        AHP(層次分析法)是對(duì)存在相互聯(lián)系和相互制約的多因素復(fù)雜事物進(jìn)行分析的一種方法,通過(guò)層次的劃分使之有序,并對(duì)每一層次因素的相對(duì)重要性進(jìn)行對(duì)比,建立判斷矩陣。通過(guò)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值以及對(duì)應(yīng)的正交化特征向量,最終將系統(tǒng)確定為權(quán)值和措施優(yōu)劣的排序[10-11]。AHP法權(quán)重確定的步驟如下:

        (1)評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩比較構(gòu)建判斷矩陣,評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci和Cj兩兩比較得出相對(duì)重要數(shù)值aij,aji=1/aij,其具體數(shù)字及含義見(jiàn)表2,通過(guò)比較得到判斷矩陣A。

        A=(Aij)n×n

        (2)計(jì)算特征向量,由式(1)進(jìn)行歸一化最終得到權(quán)重向量u1=(w1,w2,CR,wn)

        (1)

        (3)一致性檢驗(yàn),當(dāng)ICR<0.10時(shí),則認(rèn)為該判斷矩陣的一致性是可以接受的,否則就需對(duì)判斷矩陣的取值進(jìn)行修正。

        (2)

        ICR=ICI/IRI

        (3)

        式中:IRI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo),可通過(guò)查AHP法平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值表得到。

        表2 指標(biāo)相對(duì)重要度Tab.2 Relative importance of index

        2.2 熵值法權(quán)重的確定

        熵值是對(duì)信息無(wú)序化的量度,熵值越大,則系統(tǒng)所蘊(yùn)含的信息量就越小,系統(tǒng)某項(xiàng)屬性的變異程度就越??;反之,系統(tǒng)的熵值越小,蘊(yùn)含的信息量就越大,系統(tǒng)某項(xiàng)屬性的變異程度就越大[12]。熵值法就是根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的觀測(cè)值提供信息量的大小來(lái)確定指標(biāo)的權(quán)重,某項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)序列的變異程度越大,它相應(yīng)的權(quán)重就越大。熵值法確定權(quán)重的步驟如下:

        (1)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的熵值:

        (4)

        (2)計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)wi,最后得到權(quán)重向量u2=(w1,w2,…,wn)。

        (5)

        2.3 基于博弈論確定組合權(quán)重

        博弈論是分析決策主體行為相互影響時(shí)的理性行為及其決策均衡的問(wèn)題,是研究具有競(jìng)爭(zhēng)性事物的理論和方法[13-15]。博弈論組合賦權(quán)的基本思想是在不同權(quán)重之間尋找妥協(xié)或一致,最小化各個(gè)權(quán)重與最優(yōu)權(quán)重之間的偏差,從而得到一個(gè)相對(duì)均衡和協(xié)調(diào)的組合權(quán)重向量[16]。

        (6)

        3 水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)模型

        為消除指標(biāo)體系中各數(shù)據(jù)單位不同所造成的差異,需要對(duì)其歸一化處理。為了便于歸一化處理,將指標(biāo)分為兩類,一類是正向指標(biāo),即越大越優(yōu)型;另一類是逆向指標(biāo),即越小越優(yōu)型[17]。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的歸一化處理,得到指標(biāo)的歸一化矩陣R=(rij)m×n。

        正向指標(biāo):

        (7)

        逆向指標(biāo):

        (8)

        式中:rij為歸一化后的數(shù)據(jù)。

        根據(jù)基于博弈論的組合權(quán)重法,計(jì)算得到綜合權(quán)重u*=(w1,w2,w3,…,wn)T,建立線性加權(quán)水環(huán)境治理效果綜合評(píng)價(jià)模型為:

        (9)

        式中:i=1,2,…,m。

        4 實(shí)例研究

        宣城市為大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),圍繞水安全、水生態(tài)、水管理、水環(huán)境、水文化等方面開(kāi)展了水環(huán)境綜合治理采取了控源截污、清淤疏浚、生態(tài)修復(fù)等一系列措施。指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于《宣城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《宣城市水資源公報(bào)》、水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告和相關(guān)政府部門工作年報(bào)等,主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)宣城市水環(huán)境綜合治理效果的1 000份問(wèn)卷中得出,并廣泛聽(tīng)取了專業(yè)人士的意見(jiàn),具體數(shù)值見(jiàn)表3。

        表3 宣城市水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)值Tab.3 Value of assessment index

        計(jì)算步驟:①計(jì)算指標(biāo)的綜合權(quán)重。根據(jù)上述AHP法的主觀賦權(quán),由專家對(duì)同一層次元素的相對(duì)重要性打分,篩選整合專家意見(jiàn),運(yùn)用Matlab編程,計(jì)算得到各指標(biāo)的主觀權(quán)重u1=(0.351 2,0.070 3,0.070 3,0.012 4,0.013 6,0.044 8,0.039 4,0.047 6,0.037 9,0.018 3,0.031 6,0.084 7,0.063 5,0.044 5,0.024 7,0.037 7,0.007 6);運(yùn)用熵值法計(jì)算步驟得到客觀權(quán)重u2=(0.099 5,0.074 1,0.076 6,0.060 4,0.062 8,0.060 9,0.049 8,0.049 3,0.049 3,0.049 3,0.037 7,0.037 2,0.036 9,0.037 7,0.037 1,0.100 4,0.081 1);可以看出兩種方法得到的權(quán)重賦值有差異,基于得到的主觀權(quán)重集和客觀權(quán)重集{u1,u2},運(yùn)用博弈論競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)調(diào)的關(guān)系式(6)計(jì)算組合系數(shù),得到綜合權(quán)重u=(0.364 1,0.070 1,0.069 9,0.009 9,0.011 1 ,0.044 0,0.038 8,0.047 5,0.037 3,0.016 7,0.031 3,0.087 1,0.064 9,0.044 9,0.024 0,0.034 5,0.003 8)。

        ②指標(biāo)歸一化處理。依據(jù)式(7)、式(8)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,具體結(jié)果見(jiàn)表4。

        ③水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)。根據(jù)建立的水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)模型,將綜合權(quán)重和歸一化后的指標(biāo)值代入式(9),得到宣城市2015—2017年水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)結(jié)果。

        表4 歸一化后的指標(biāo)值Tab.4 Normalized assessment index

        由評(píng)價(jià)結(jié)果可知,2015年宣城市水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)結(jié)果為0.529 2,等級(jí)為中;2016年評(píng)價(jià)結(jié)果為0.560 2,等級(jí)為良;2017年評(píng)價(jià)結(jié)果為0.620 8,等級(jí)為良,說(shuō)明宣城市2015—2017年水環(huán)境綜合治理取得了一定的效果。2016年和2017年評(píng)價(jià)等級(jí)都為良,但后者分值高于前者,說(shuō)明在同一評(píng)價(jià)等級(jí)中,2017年的治理效果比2016年顯著。從分值來(lái)看,2015—2017年綜合評(píng)價(jià)得分呈逐漸增大的趨勢(shì),說(shuō)明宣城市水環(huán)境綜合治理效果在不斷提高。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        一直以來(lái),我國(guó)缺少針對(duì)水環(huán)境綜合治理效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,結(jié)合科學(xué)性、可行性、層次性、全面性和動(dòng)態(tài)性原則,構(gòu)建了水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,由AHP法確定主觀權(quán)重,熵法確定客觀權(quán)重,基于博弈論組合賦權(quán)建立了水環(huán)境綜合治理效果評(píng)價(jià)模型,通過(guò)直觀明確的得分值對(duì)水環(huán)境綜合整治效果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。通過(guò)結(jié)合實(shí)例研究,宣城市2015—2017年水環(huán)境治理效果等級(jí)為良或優(yōu),且治理效果逐年提高,證明了模型的可行性。水環(huán)境綜合治理是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程,該模型可在后續(xù)管理中為評(píng)價(jià)水環(huán)境綜合治理效果以及科學(xué)制定水環(huán)境整治措施提供參考。

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