李 德

(河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德 067000)

1 研究背景

隨著對生態(tài)環(huán)境認識的進一步加強，人們對河流的管理已經(jīng)從單一功能的管理發(fā)展為多功能的管理，特別是對河道生態(tài)健康的管理給予了更大的關(guān)注。河道生態(tài)健康評價作為一種管理手段，能夠給出在自然和人類兩種因素影響下的河道健康程度，能夠?qū)恿鞯墓芾頉Q策提供參考，因此對河道生態(tài)健康評價的研究具有一定的科學(xué)意義[1]。

目前，對河道健康評價的方法一種是預(yù)測法[2-3]，該方法主要是對河流中一些關(guān)鍵指標值(如生物量)進行預(yù)測，并與假設(shè)處于原始狀態(tài)的河流指標進行對比，根據(jù)對比結(jié)果確定河道的健康程度。但是該方法目標是假設(shè)河道處于原始狀態(tài)，這顯然要求太高；同時該方法只是檢測一種指標，并不能對河流的各個方面進行檢測。另一種河道健康評價的方法為多指標評價方法，該方法根據(jù)河流的各個方面選取指標值，并使用評價模型根據(jù)指標值對河道健康進行評價。該方法能夠較為全面地反映河流的健康狀態(tài)，是目前河流健康評價研究的主要趨勢之一[4]。作為多指標評價方法的一種主要代表，灰色關(guān)聯(lián)法對于一個系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢提供了量化的度量，非常適合動態(tài)歷程分析。而河道也處于動態(tài)演變的過程[5]，因此灰色關(guān)聯(lián)法對于河道的健康評價具有一定適用性。

鑒于此，本文提出加權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)法的河道健康評價模型。首先采用綜合權(quán)重法對河段的生態(tài)健康指標值進行賦值，結(jié)合求取的權(quán)重與評價標準，對各個河道的生態(tài)健康進行評價，最后在選定的研究區(qū)內(nèi)，將本文的方法分別與可變模糊集對分析法、集對分析法、模糊綜合評判法進行比較，以驗證模型的合理性。通過本文的研究，以期能夠為我國的河道生態(tài)健康評價提供參考與借鑒。

2 研究方法

2.1 熵權(quán)法計算過程

熵用于衡量系統(tǒng)的有序程度，而熵權(quán)法的賦權(quán)原理為當一個指標對于不同評價對象對應(yīng)的指標值差異越大，該指標的權(quán)重也會越大[6]。

針對本次研究有n個待評價的河段，m個指標，xij表示第i個河段的第j個指標值，則可以得到標準化樣本矩陣X：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：Hij為xij的歸一化值；ej為指標j的熵值；wj為指標j的權(quán)重。

2.2 專家打分法計算過程

專家打分法主要是通過專家已有知識和主觀經(jīng)驗對指標進行賦權(quán)，該方法的具體過程可以參考文獻[7]。專家打分法是一種主觀賦權(quán)法，可以與客觀賦權(quán)法(熵權(quán)法)形成互補。最后分別取主客觀權(quán)重的一半作為最終權(quán)重。

2.3 灰色關(guān)聯(lián)法計算過程

灰色關(guān)聯(lián)法可以衡量兩個序列之間的密切程度[8]，是一種較為優(yōu)秀的評價方法。公式如下：

(5)

其中：kij為方案i的第j個指標與標準序列相應(yīng)指標的的關(guān)聯(lián)度；c為分辨系數(shù)。而方案i與標準序列的關(guān)聯(lián)度ki可以通過下式求得：

(6)

通過將每一個河段的指標序列與各個等級的標準序列進行關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)度最大對應(yīng)的等級為相應(yīng)河段生態(tài)健康程度，其中標準序列為相應(yīng)標準的中值序列。

3 實例計算與應(yīng)用

在選定的研究區(qū)內(nèi)，將河流生態(tài)健康等級分為瀕臨崩潰、病態(tài)、亞健康、基本健康、健康5個等級，指標選取水量指標、水質(zhì)指數(shù)、生物指數(shù)、連通性指數(shù)、防洪標準指數(shù)5個指標，具體標準見表1[1]。

表1 河道生態(tài)健康等級

同時選擇4段河道(北關(guān)閘-牛牧屯、牛牧屯-土門樓、土門樓-筐兒港、筐兒港-屈家店)作為研究對象，具體指標見表2[1]。

表2 各個河段生態(tài)健康指標值

從表2可以看出，從上到下，河段的生態(tài)健康程度在逐漸變好。同時從指標的角度看，4條河道的水量指標、水質(zhì)指數(shù)、生物指數(shù)這3個指標全部處于健康狀態(tài)，而4條河道的連通性指數(shù)、防洪標準指數(shù)這兩個指標處于瀕臨崩潰的等級，可以看出4條河道的連通性和防洪標準比較差。但是河道的生態(tài)健康程度需要綜合各個指標進行評。通過本文綜合權(quán)重-灰色關(guān)聯(lián)法進行評價，即采用專家打分法與熵權(quán)法求得綜合權(quán)重，根據(jù)式(5)-式(6)來計算最終結(jié)果，評價結(jié)果見表3。

表3 河道生態(tài)健康評價結(jié)果

從表3可以看出由于受到連通性指數(shù)、防洪標準指數(shù)這兩個指標的影響，河道的整體評價結(jié)果并沒有達到健康這一等級，而是處于稍微低一級的亞健康等級。

為了檢驗本文模型的評價性能，將本文模型的評價結(jié)果分別與可變模糊集對分析、集對分析、模糊綜合評判法的評價結(jié)果進行比較，結(jié)果見表4。

表4 各個模型評價結(jié)果表

從表4可以看出，4個模型的評價結(jié)果基本一致。特別是本文模型與可變模糊集對分析、集對分析3個模型的評價結(jié)果完全一致，而本文模型與模糊綜合評判法在北關(guān)閘-牛牧屯與牛牧屯-土門樓這兩個河段的評價結(jié)果不一致。從表1與表2可以看出，北關(guān)閘-牛牧屯與牛牧屯-土門樓這兩個河段的大部分指標都處于健康等級，但是考慮連通性指數(shù)、防洪標準指數(shù)這兩個指標的影響，因此河流整體生態(tài)健康程度可向下降低一個等級，降為亞健康狀態(tài)是比較合理的；而模糊綜合評判法將北關(guān)閘-牛牧屯與牛牧屯-土門樓這兩個河段定為病態(tài)則不太合適[1]。

4 結(jié) 論

本文以專家打分法計算主觀權(quán)重，以熵權(quán)法計算客觀權(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，提出加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)法對研究區(qū)4條河道(北關(guān)閘-牛牧屯、牛牧屯-土門樓、土門樓-筐兒港、筐兒港-屈家店)的生態(tài)健康程度進行評價，最后得出4條河道的生態(tài)健康等級都為亞健康。同時本文的評價結(jié)果與可變模糊集對分析、集對分析3個模型的評價結(jié)果完全一致，說明本文提出的評價方法具有一定實用性，可以為我國河道生態(tài)健康評價的研究提供一定的參考依據(jù)。