王 松

(海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

1 研究方法

1.1 評(píng)價(jià)體系

生態(tài)護(hù)坡是在滿足邊坡安全穩(wěn)定的條件下，維持生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展和自我良性運(yùn)行的統(tǒng)一整體[1]，必須考慮以下內(nèi)容開展綜合評(píng)價(jià)：(1)采用通航、排澇、防洪、供水等指標(biāo)衡量其基本水利功能。(2)從防洪排澇、抗沖刷能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等角度評(píng)價(jià)護(hù)坡安全性。(3)通過水環(huán)境修復(fù)、涵養(yǎng)地下水源、物種多樣性、系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)等指標(biāo)評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境性。(4)以自然性、整體協(xié)調(diào)性、親水性等指標(biāo)評(píng)價(jià)景觀適宜性。(5)根據(jù)社會(huì)公眾認(rèn)可度、管理維護(hù)、工程年費(fèi)用等指標(biāo)評(píng)價(jià)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)生態(tài)護(hù)坡必須滿足水利工程的基本條件，從生態(tài)環(huán)境性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)性、護(hù)坡安全性和景觀適宜性的角度綜合評(píng)價(jià)生態(tài)護(hù)坡[2]。本文遵循可預(yù)測(cè)性、獨(dú)立性、層次性、科學(xué)性、可操作性、系統(tǒng)性以及定性與定量結(jié)合等原則，選擇能夠反映河流生態(tài)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照梯階層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系，如表1。

采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式求解定量指標(biāo)值，以呈線性關(guān)系的指標(biāo)值與評(píng)分值獲取每個(gè)參數(shù)的分值；然后利用德爾菲法計(jì)算定性指標(biāo)分值。該方法是一種普遍應(yīng)用于具體指標(biāo)確定過程和評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的主觀定性分析法[3]。德爾菲法的實(shí)現(xiàn)流程：邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)的專家組成評(píng)判小組，對(duì)參評(píng)指標(biāo)按照專家直覺和經(jīng)驗(yàn)給予評(píng)分，統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)調(diào)查問卷的分布特征，并將結(jié)果反饋至專家，估計(jì)值明顯偏離平均值時(shí)邀專家適當(dāng)修正；經(jīng)多次反復(fù)論證獲取符合收斂要求的分值，并以平均值作為最終的評(píng)分。

1.2 評(píng)價(jià)方法

目前，比較常用的生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)法有灰色關(guān)聯(lián)度法、模糊綜合法、主成分分析和層次分析法等[4-5]。其中，模糊綜合法主要利用隸屬度等級(jí)和多因素模糊關(guān)系，通過合成運(yùn)算綜合評(píng)價(jià)待評(píng)樣本；評(píng)價(jià)分析多因素系統(tǒng)時(shí)，定量與定性相結(jié)合的層次分析法也比較常見。然而，將兩者優(yōu)點(diǎn)相集成的模糊層次法，通常難以明確關(guān)鍵性指標(biāo)，無法客觀揭示不同因素間的相互關(guān)系。以參評(píng)因子實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的主成分分析法，主要利用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)高維數(shù)據(jù)降維，從而確定關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。實(shí)際上，特征向量法是主成分法計(jì)算每個(gè)因子權(quán)重的根本依據(jù)，并以相同的權(quán)重分配所有的參評(píng)樣本，其權(quán)重值具有較強(qiáng)主觀性且難以準(zhǔn)確計(jì)算。本文利用客觀分析的主成分法與主觀分析的模糊層次法綜合評(píng)價(jià)生態(tài)護(hù)坡，在有效解決均一性權(quán)重可能帶來非公正性問題的同時(shí)，考慮不同參評(píng)因子間的相互關(guān)系，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性。生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)流程如下。

表1 生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)體系

(1)主觀權(quán)重的計(jì)算。將各指標(biāo)初始數(shù)據(jù)利用Z-Score法歸一化處理[6]，并利用模糊層次賦權(quán)模型逐項(xiàng)確定各個(gè)指標(biāo)主觀權(quán)重。兩個(gè)因素的相對(duì)重要度利用0.1～0.9標(biāo)度法衡量，設(shè)相鄰等級(jí)的中間狀態(tài)為0.2、0.4、0.6、0.8的標(biāo)度值。經(jīng)一系列的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，可以構(gòu)造模糊一致矩陣，初步解決生態(tài)護(hù)坡的一致性問題。

(3)綜合評(píng)分值計(jì)算。每個(gè)主成分各自指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)利用主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根和主成分荷載矩陣中的數(shù)據(jù)來確定，然后確定標(biāo)準(zhǔn)化出具與特征向量的乘積值，從而獲取主成分的數(shù)學(xué)公式[7]。依據(jù)所提取主成分總的特征值之和以及每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值，經(jīng)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化確定權(quán)重，并構(gòu)造生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)模型，其表達(dá)式如式(1)：

(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)

(1)

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

本文以海城市河道治理工程為例，對(duì)3種不同生態(tài)護(hù)坡利用主成分與模糊層次相耦合的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，河道護(hù)坡有坡式、墻式兩種類型，從工程的角度上坡式較墻式護(hù)坡存在工程投資多、挖填土方量大、整體作業(yè)面積大等因素；從生態(tài)環(huán)境的角度上，坡式護(hù)坡對(duì)現(xiàn)狀地形擾動(dòng)面大，在挖填方量相同的情況下，坡式護(hù)坡比墻式護(hù)坡的永久占地、臨時(shí)占地更多。根據(jù)治理河段水流速度大、比降大的特點(diǎn)，墻式護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式選取要充分考慮抗沖刷的特點(diǎn)，因此選擇生態(tài)砌塊直立擋墻、生態(tài)混凝土護(hù)坡和多孔生態(tài)磚護(hù)坡共3種護(hù)坡進(jìn)行比選。

2.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

(1)主觀權(quán)重。將定性、定量指標(biāo)利用德爾菲專家調(diào)查法和相關(guān)公式計(jì)算，從而獲取初始數(shù)據(jù)；然后采用標(biāo)準(zhǔn)化公式對(duì)各初始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并利用模糊數(shù)學(xué)模型確定每個(gè)指標(biāo)的隸屬度，建立模糊關(guān)系矩陣求解相應(yīng)的綜合權(quán)重，將權(quán)重值與打分值進(jìn)行計(jì)算處理獲取最終評(píng)分值，如表2。

表2 生態(tài)護(hù)坡的加權(quán)賦分值

由表2可知，多孔生態(tài)磚護(hù)坡的維護(hù)成本和工程投資相對(duì)較低，其景觀性、生態(tài)性以及安全性相對(duì)較好；由于施工繁雜工藝技術(shù)要求較高，生態(tài)混凝土護(hù)坡具有較高的成本；較其他2種護(hù)坡的生態(tài)環(huán)境性，生態(tài)砌塊直立擋墻具有明顯優(yōu)勢(shì)，但還需進(jìn)一步提高其景觀美感度和安全性。

(2)主成分的提取。借助SPSS19.0軟件和表2中的數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理加權(quán)后的樣本數(shù)據(jù)求解特征值的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，并導(dǎo)出分析表，如表3。

表3 主成分提取分析表

第1、2項(xiàng)的特征值依次為8.681和4.323，其所對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率依次為66.756%和33.244%；所以，生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)指標(biāo)可以選擇前兩項(xiàng)主成分，其所對(duì)應(yīng)的荷載矩陣如表4。

表4 主成分荷載矩陣

從表4可知，第1主成分中荷載較高的有公眾認(rèn)可度、水環(huán)境修復(fù)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、親水性、生物多樣性指標(biāo)。可見，公眾認(rèn)可度、水環(huán)境修復(fù)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、親水性和生物多樣性對(duì)生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)的影響較高。

(3) 綜合評(píng)分值。采用兩個(gè)主成分的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其對(duì)應(yīng)的特征值占比，構(gòu)造城市河道生態(tài)護(hù)坡主成分綜合模型，如式(2)：

F=λ1/(λ1+λ2)F1+λ2/(λ1+λ2)F2=

0.667F1+0.332F2

(2)

式中：F為綜合評(píng)分值；F1為主成分1的評(píng)分值;F2為主成分2的評(píng)分值；λ1為主成分1的荷載短陣特征值，λ2為主成分2的荷載短陣特征值。λ1=8.681,λ2=4.323,主成分1、主成分2的方差貢獻(xiàn)率為66.756%、33.244%。

河道生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)分值利用以上公式計(jì)算確定，并按照優(yōu)劣程度排序，如表5。

表5 生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)值

從表5可以看出，綜合評(píng)價(jià)最好、最差的為多孔生態(tài)磚護(hù)坡和生態(tài)混凝土護(hù)坡，而生態(tài)砌塊直立擋墻的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果居中。研究表明，多孔生態(tài)磚護(hù)坡不僅能夠融入城鎮(zhèn)生態(tài)、水文化、城鎮(zhèn)景觀等因素，而且可以兼顧保持水土、防洪排澇、減少?zèng)_刷等傳統(tǒng)功能，為實(shí)現(xiàn)人水和諧相處和水生態(tài)文明建設(shè)提供支持，實(shí)踐表明該護(hù)坡的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。

為進(jìn)一步探究耦合方法的可行性、適用性，將其評(píng)價(jià)結(jié)果與主成分法和模糊層次法對(duì)比分析。采用模糊層次法、主成分法和表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)，綜合評(píng)價(jià)河道不同生態(tài)護(hù)坡，結(jié)果顯示其排序結(jié)果與耦合方法保持較好的一致性。將城市河道生態(tài)護(hù)坡利用客觀分析的主成分法與主觀分析的模糊層次法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，有效解決了主成分法、模糊層次法存在的問題，在規(guī)避均一性權(quán)重可能引起的非公正性問題的同時(shí)，全面考慮了不同參評(píng)因素間的差異性及相互關(guān)系，保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀真實(shí)性。此外，通過降維處理減少了綜合評(píng)價(jià)的復(fù)雜性，減少了多重相似指標(biāo)的相關(guān)性，有利于準(zhǔn)確識(shí)別關(guān)鍵性影響因子，為進(jìn)一步提高和改善生態(tài)護(hù)坡的建設(shè)水平提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié) 論

(1)綜合評(píng)價(jià)河道生態(tài)護(hù)坡時(shí)，要結(jié)合河道水文水質(zhì)、周邊環(huán)境、地理位置、河道類型、護(hù)坡功能，以及土壤等情況，遵循一定原則構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。對(duì)于指標(biāo)數(shù)量的要求，模糊層次法和主成分法存在一定差異：前者在較多指標(biāo)賦權(quán)時(shí)存在一定困難，后者需要有一定數(shù)量的指標(biāo)才能保證科學(xué)性。所以選擇指標(biāo)時(shí)要綜合考慮具體情況，以此保證評(píng)價(jià)的客觀準(zhǔn)確性。

(2)對(duì)于參評(píng)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，要結(jié)合各種指標(biāo)特性確定相應(yīng)的量化方法。在提取參評(píng)數(shù)據(jù)時(shí)采用主成分與模糊層次相耦合的方法，首先結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度，利用模糊層次法賦予相應(yīng)的權(quán)值，然后利用主成分法識(shí)別出關(guān)鍵性因子，由此解決了主成分法評(píng)價(jià)時(shí)權(quán)重相同的問題。

(3)此外，要根據(jù)不同方法的適用性及其優(yōu)缺點(diǎn)，通過充分的比較分析選擇合適的方法，從而保證生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)的真實(shí)可靠性。