趙 珊

(沈陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，沈陽(yáng) 110015)

河流是連接自然生態(tài)環(huán)境與水資源系統(tǒng)的重要媒介，直接關(guān)系著水生態(tài)文明建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)于河道整治方案的合理評(píng)價(jià)可為提升城市品味、增強(qiáng)流域競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)造宜居環(huán)境和實(shí)現(xiàn)人水和諧等提供重要保障。河道治理工程涉及到的領(lǐng)域廣、參數(shù)多，對(duì)其方案的優(yōu)選屬于一個(gè)多目標(biāo)、多要素的復(fù)雜問(wèn)題，其中方案優(yōu)選結(jié)果與權(quán)重系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算密切相關(guān)。目前，權(quán)重系數(shù)計(jì)算的常用方法有基于差異驅(qū)動(dòng)理論和功能驅(qū)動(dòng)理論的賦權(quán)法，前者具有較為完善的理論體系和運(yùn)算流程，且以客觀環(huán)境為載體獲取初始數(shù)據(jù)信息，然而該方法未考慮決策者的主觀判斷使得評(píng)價(jià)結(jié)果往往存在較大的偏差；后者體現(xiàn)了評(píng)判者的個(gè)人偏好與知識(shí)結(jié)構(gòu)，這也是導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在偏差的主要原因。為了能夠體現(xiàn)指標(biāo)信息更加合理的求解權(quán)重值，綜合集成以上方法能夠避免單一方法存在的弊端。目前，涉及綜合權(quán)重計(jì)算的現(xiàn)有研究方法存在兩方面不足：其一，對(duì)于綜合權(quán)重比重的確定缺乏各類賦權(quán)法的判別依據(jù)；其二，綜合權(quán)重的計(jì)算存在計(jì)算量大、過(guò)程冗長(zhǎng)等問(wèn)題。鑒于此，文章對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重利用綜合賦權(quán)法求解，該方法具有客觀性墻、精準(zhǔn)度高、運(yùn)算量少、理論清晰等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于治理方案的優(yōu)選分析具有廣泛的應(yīng)用前景[1-4]。

1 綜合集成賦權(quán)法

1.1 G1序關(guān)系法

主觀賦權(quán)法是以功能驅(qū)動(dòng)原理和決策者主觀判斷為理論依據(jù)，對(duì)各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)按照相對(duì)重要程度確定，當(dāng)前較為常用的方法有G1序關(guān)系法、G2法和AHP法等。較AHP法，G1序關(guān)系法可不必檢驗(yàn)矩陣一致性，由此大大提升了運(yùn)算效率和速度，并且不受同一層次中參評(píng)指標(biāo)數(shù)的限制，保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的系統(tǒng)性和客觀性。因此，文章將評(píng)估指標(biāo)主觀權(quán)重系數(shù)利用G1法求解，然后對(duì)河道整治方案綜合評(píng)估值按照計(jì)算的權(quán)重系數(shù)確定。采用G1序關(guān)系法求解指標(biāo)主觀權(quán)重流程如下：

步驟二：參評(píng)因子xi的權(quán)重wi計(jì)算。設(shè)wk-1/wk為河道整治方案評(píng)價(jià)因子xk-1與xk的相對(duì)重要度，rk為河流治理領(lǐng)域評(píng)判專家的理性判斷，其中k=m,m-1,…,2。Ri值在m較大時(shí)可取1，專家理性判斷的參考依據(jù)如表1。

表1 rk參考賦值及含義

采用下述公式求解河道整治方案評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重wm，即：

(1)

wk-1=rkwk；k=m，m-1,…,2

(2)

步驟三：依據(jù)權(quán)重系數(shù)值確定各參評(píng)方案評(píng)估值，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(3)

式中：bij為不同治理方案中各評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)。

1.2 熵值法

客觀賦權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)的主要依據(jù)為差異驅(qū)動(dòng)理論和各參數(shù)包含信息量的大小，該方法考慮了不同指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)特性，能夠克服人為主觀判斷對(duì)權(quán)重計(jì)算的干擾，保證了治理方案優(yōu)選的客觀性。目前，比較常用的方法有均方差法熵值法、、拉開(kāi)檔次法和極差法等，文章對(duì)不同治理方案的總體評(píng)價(jià)值和客觀權(quán)重系數(shù)考慮選用熵值法確定。

熵值法求解權(quán)重系數(shù)的重要條件是各項(xiàng)指標(biāo)提供的數(shù)據(jù)信息量不同，設(shè)第j項(xiàng)指標(biāo)在第i個(gè)決策方案或評(píng)價(jià)對(duì)象中的數(shù)值為xij，其中i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。給定評(píng)價(jià)因子j，數(shù)值xij的差異越大則用于比較決策方案或參評(píng)樣本的作用越高，此參數(shù)能夠傳遞的信息和包含的有效數(shù)據(jù)也越多，在方案決策或目標(biāo)評(píng)價(jià)中賦予的權(quán)值越大。評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重利用熵值法求解的流程如下：

步驟一：因子特征比重的求解，設(shè)評(píng)價(jià)因子j關(guān)于參評(píng)樣本i的特征為pij，其表達(dá)式為：

(4)

步驟二：采用公式(5)求解評(píng)價(jià)指標(biāo)j的的熵值ej，即：

(5)

步驟三：評(píng)價(jià)指標(biāo)xj差異性系數(shù)的計(jì)算。給定評(píng)價(jià)因子j，數(shù)值xij的差異性越低則ej越大，該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠比較決策方案的程度越小；反之，xij的差異性越高則ej越小，該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠比較決策方案的程度越大。采用下述公式確定差異系數(shù)gj，即：

gj=1-ej

(6)

(7)

(8)

1.3 綜合賦權(quán)法

w=αw′+βw″

(9)

根據(jù)公式(9)可知，運(yùn)用綜合集成賦權(quán)法的核心環(huán)節(jié)是確定待定系數(shù)α和β。單位化約束條件下α與β應(yīng)滿足關(guān)系式：

α2+β2=1

(10)

整治方案綜合評(píng)估目標(biāo)值ui采用決策分析的加權(quán)法則求解，其數(shù)學(xué)計(jì)算式為：

(11)

一般情況下，決策方案的優(yōu)劣程度與ui值的大小正相關(guān)，因此盡可能的增大決策方案綜合評(píng)價(jià)值之和為權(quán)重計(jì)算的約束條件，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造的最優(yōu)化模型如下：

(12)

上述最優(yōu)化模型屬于多目標(biāo)、多因素系統(tǒng)性決策問(wèn)題，而河道整治方案之間不存在明顯的偏好特征，因此可選用單目標(biāo)最優(yōu)化模型和加權(quán)線性求和法作等價(jià)轉(zhuǎn)換，最優(yōu)化模型可轉(zhuǎn)化為對(duì)下式的求解問(wèn)題：

(13)

模型的求解公式選用Lagrange函數(shù)，通過(guò)歸一化處理運(yùn)算結(jié)果獲取最優(yōu)化單目標(biāo)模型的理想解α*、β*，計(jì)算公式如下：

(14)

(15)

(16)

2 滿堂河整治方案優(yōu)選

滿堂河屬于渾河的一級(jí)支流，發(fā)源于上木匠村，流經(jīng)沈陽(yáng)市渾南區(qū)、沈河區(qū)后于王家灣橡膠壩處匯入渾河，河流全長(zhǎng)23.5km，控制面積62.73km2。滿堂河綜合整治工程主要治理沈河段，起點(diǎn)為繞城高速，終點(diǎn)為王家灣橡膠壩，治理段長(zhǎng)8.972km，治理目標(biāo)為綠化河岸、美化環(huán)境、加固護(hù)岸、清淤疏通，保證河流的順暢及提升河道的生態(tài)景觀。根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)和工程情況，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇防洪，現(xiàn)狀滿堂河沈河區(qū)段大部分河道均無(wú)法滿足該標(biāo)準(zhǔn)，按照防洪標(biāo)準(zhǔn)要求需要拓寬或加高河道。該工程項(xiàng)目建設(shè)的目是為解決河道淤積，險(xiǎn)工及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，由于河道沿線兩側(cè)堤岸靠近岸邊有大量的房屋、菜地大棚、現(xiàn)有的道路等不允許被占用，應(yīng)業(yè)主要求項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮防洪標(biāo)準(zhǔn)。樁號(hào)17+500—18+731段河道寬度不滿足6m處按6m拓寬，超過(guò)6m處按現(xiàn)有河道寬度清淤整形、清除垃圾；14+500-17+500段、18+731-23+472段河道寬度不滿足8m處按8m拓寬，超過(guò)8m處按現(xiàn)有河道寬度清淤整形、清除垃圾、護(hù)岸整治、河堤的綠化等[5-9]。

河道整治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是合理的選擇護(hù)岸形式及河道斷面，考慮河道生態(tài)景觀、農(nóng)田灌溉、城市防洪等功能要求擬定了四個(gè)整治方案。①方案Ⅰ：治理河段全部選用干砌石護(hù)坡和單槽斷面形式；②方案Ⅱ：治理河段全部選用砂漿砌石護(hù)坡，洪水槽與清水槽雙槽斷面形式；③方案Ⅲ：治理河段為中間洪水槽、兩邊清水槽斷面形式，為混凝土護(hù)坡；④方案Ⅳ：治理河段下游選用干砌石護(hù)坡、單槽方案，治理段中游為漿砌石護(hù)坡、中間洪水槽、兩邊清水槽、方案，治理段上游為綜混凝土護(hù)坡、雙槽斷面方案。從土地增值效益x6、洪水資源利用率x5、占地面積x4、環(huán)境協(xié)調(diào)性x3、親水性x2、投資成本x1等6個(gè)方面評(píng)價(jià)分析河道整治方案產(chǎn)生的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，從而確定最優(yōu)方案。

2.1 主、客觀權(quán)重

1)主觀賦權(quán)法。采用專家打分法獲取環(huán)境協(xié)調(diào)性和親水性等定性指標(biāo)數(shù)值，各河道整治方案中6項(xiàng)指標(biāo)值計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 河道治理工程評(píng)估指標(biāo)值

2)客觀賦權(quán)法。采用正向化和無(wú)量綱化公式處理表2中各治理工程初始數(shù)值如表3，并以此作為河道整治方案評(píng)估樣本值。根據(jù)熵值法運(yùn)算流程和計(jì)算公式(4)-(7)得到客觀權(quán)向量為：w″=(0.077，0.114，0.261，0.006，0.313，0.229)。

表3 河道治理工程各評(píng)估指標(biāo)無(wú)量鋼化數(shù)值

2.2 綜合權(quán)重

3 結(jié) 論

1)對(duì)滿堂河沈河區(qū)段河道整治方案選用綜合集成賦權(quán)法優(yōu)選，將主客觀權(quán)重法相耦合確定綜合權(quán)重。該方法考慮了初始有效信息且能夠反映評(píng)判者的主觀判斷，各方案利用計(jì)算的綜合權(quán)重評(píng)估具有運(yùn)算量少、理論清晰等優(yōu)點(diǎn)，最終確定滿堂河沈河區(qū)段最佳整治方案。

2)根據(jù)綜合集成法、主觀與客觀賦權(quán)法確定的河道整治方案優(yōu)劣排序結(jié)果，不同方法的排序結(jié)果存在一定差異，綜合集成法兼顧了單一法的優(yōu)點(diǎn)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確，在多要素、多目標(biāo)方案決策和綜合評(píng)價(jià)中具有較好的應(yīng)用價(jià)值及應(yīng)用前景。