付寶路

（清原滿族自治縣水利事業(yè)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113300）

生態(tài)河道建設(shè)主要是通過少量的人為措施，在維持河道基本水利功能的情況下依靠自然作用促進(jìn)生物多樣性和生態(tài)平衡，其目的是實現(xiàn)河流生態(tài)、水量與水質(zhì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[1]。工程中應(yīng)重視生態(tài)保育功能的完善和生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮，以良好的環(huán)境條件維持河道生態(tài)功能，更好地服務(wù)于自然和人類社會；此外，還要突出強(qiáng)調(diào)生態(tài)結(jié)構(gòu)完整性，發(fā)現(xiàn)干擾問題時及時恢復(fù)河道原生態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，科學(xué)合理的創(chuàng)建評價指標(biāo)體系以及準(zhǔn)確定義生態(tài)河道具有重要研究意義。

目前，中國許多學(xué)者研究探討了生態(tài)河道建設(shè)的評價方法和指標(biāo)體系，如熊坤楊等[2]創(chuàng)建了包含水利功能、河內(nèi)物種、河道水質(zhì)、河道管理、生態(tài)需水量、河道環(huán)境等指標(biāo)的生態(tài)河道評價體系；曹文彪等[3]對崇明島河流生態(tài)利用模糊層次分析法進(jìn)行評價；左倬等[4]結(jié)合城市河流特征，從特征指標(biāo)群、河床生物群落、河床生態(tài)環(huán)境、濱岸帶生物群落和生境的角度篩選出23項指標(biāo)，應(yīng)用河道生態(tài)符合指數(shù)定量評價城市河道生態(tài)狀況；高曉琴等[5]提出自然型和生態(tài)型河道治理的兩個階段，認(rèn)為河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)兼顧生態(tài)健康、河道安全、河岸帶和河床水體生態(tài)修復(fù)的各種功能；陳平等[6]提出恢復(fù)原有生物群落應(yīng)作為生態(tài)河道建設(shè)的重點，并構(gòu)建了較為系統(tǒng)全面的生態(tài)河道評價體系。

云模型是以模糊數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)發(fā)展而成的一種定性、定量轉(zhuǎn)換模型，數(shù)字特征能夠兼顧事物的隨機(jī)性、模糊性反映定性概念的定量特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于低影響開發(fā)措施綜合效益分析、河長制考核評價、水資源保護(hù)效果以及流域綜合評價等水利領(lǐng)域[7-12]。然而，采用云模型評價河道生態(tài)建設(shè)的研究還鮮有報道，故有必要探討生態(tài)河道建設(shè)評價中云模型的適用性與可行性。

1 生態(tài)河道建設(shè)評價體系

1.1 評價指標(biāo)體系

河道生態(tài)建設(shè)以傳承弘揚(yáng)水文化、永續(xù)利用水資源、有效保障水安全、保持水生態(tài)系統(tǒng)健康和水環(huán)境優(yōu)美整潔為總體目標(biāo)，具體措施主要有：①完善和落實水資源管理制度、防洪減災(zāi)體系，維護(hù)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和水資源的高效利用；②加快產(chǎn)業(yè)布局的優(yōu)化調(diào)整，減少環(huán)境自凈符合和污染排放，徹底治理河湖亂拍、亂建、亂占現(xiàn)象；③通過水源涵養(yǎng)、溝通水系等措施，有效解決黑臭水體問題，加快河湖生態(tài)修復(fù)；④充分挖掘和保護(hù)水文化，豐富其內(nèi)涵，有序利用河湖資源，進(jìn)一步完善長效管護(hù)機(jī)制。

生態(tài)河道建設(shè)評價涉及范圍廣、需考慮的因素多，加之不同河道的功能、結(jié)構(gòu)和類型存在一定差異，應(yīng)考慮生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、水質(zhì)水量等因素選擇可操作性強(qiáng)、便于觀測、易于理解的代表性指標(biāo)，更加真實全面地反映河道生態(tài)狀況。文章結(jié)合撫順市生態(tài)文明建設(shè)有關(guān)要求，參照《清原滿族自治縣水資源管理中長期規(guī)劃(2019-2030年)》，從水環(huán)境治理、水資源保護(hù)、水工程管護(hù)、水安全保障、水制度創(chuàng)新、水文化建設(shè)、水生態(tài)修復(fù)和水污染防治等方面選擇30項指標(biāo)創(chuàng)建生態(tài)河道建設(shè)評價體系，生態(tài)河道建設(shè)評價體系與等級劃分，見表1。除底泥污染程度利用5分制描述外，其它指標(biāo)都選用百分制，以定量數(shù)據(jù)來計算。

表1 生態(tài)河道建設(shè)評價體系與等級劃分

1.2 評價等級劃分

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[13-15]和具體數(shù)值大小，將生態(tài)河道建設(shè)劃分成優(yōu)秀、良好、中等、合格和不合格5個等級。

2 生態(tài)河道建設(shè)評價方法

2.1 云模型

依據(jù)不同的計算原理，可以將云模型分為條件云、正向云(FCG)和逆向云(BCG)發(fā)生器，按照不同的隸屬函數(shù)形式還可以劃分成多種類型。自然界中的大樣本統(tǒng)計量一般都近似服從正態(tài)分布，由于能夠反映不確定性和模糊性正態(tài)云模型得到了廣泛應(yīng)用。

正態(tài)云模型的特征值主要有熵En、超熵He、期望Ex，其中熵En、超熵He反映了云滴的離散程度以及熵的不確定程度，期望Ex反映了云滴平均值。該模型主要是利用云發(fā)生器實現(xiàn)云滴與特征的轉(zhuǎn)換計算，其中條件云計算隸屬度的規(guī)則為特定的X或Y條件，正向云(FCG)就是定性向定量的轉(zhuǎn)化，可利用云數(shù)字特征計算云滴及其隸屬度；逆向云(BCG)正好相反，可利用確定度(μ)、定量樣本(x)反映其定性概念(Ex，En，He)。

2.2 權(quán)重計算

根據(jù)專家賦予的指標(biāo)權(quán)重值，通過逆向云(BCG)、正向云(FCG)計算補(bǔ)充每個樣本的特征(Ex，En，He)和云滴，指標(biāo)Pi的權(quán)重計算值取最大確定度μ所對應(yīng)的x值。然后，歸一化處理指標(biāo)隸屬度，考慮到依據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則確定的指標(biāo)權(quán)重會導(dǎo)致信息缺失，從而對評價效果造成影響，故選用級別特征值法判定評價等級，特征值取95、85、75、65、50時所對應(yīng)的評價等級為優(yōu)秀、良好、中等、合格、不合格，確定最終的評分和等級。

2.3 評價流程

在云模型中輸入專家打分結(jié)果，將逆向云(BCG)生成的云數(shù)字特征輸入正向云(FCG)中有效補(bǔ)充云滴，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)生態(tài)河道建設(shè)狀況的評價，云模型評價流程，見圖1。

圖1 云模型評價流程

3 實例應(yīng)用

3.1 清原縣河道治理現(xiàn)狀

清原縣地處撫順市東部，位于E124°20”6”～125°28”58”，N41°47”52”～42°28”25”之間，轄9鎮(zhèn)5鄉(xiāng)，總面積3921km2。清原是渾河、清河、柴河、輝發(fā)河4條河流的發(fā)源地，在境內(nèi)四大水系中，河長10km以上的大小支流45條，10km以下的山間溪流達(dá)300余條。清原縣山川秀美，森林植被良好，是下游大伙房水庫、清河、柴河、海龍4座水庫重要的水源涵養(yǎng)地及綠色屏障。

截至2020年，清原縣已完成10余條骨干河道整治，建設(shè)完成生態(tài)示范河道5條，啟動水環(huán)境治理和規(guī)劃方案編制等工作。近年來，清原縣大力推進(jìn)生態(tài)河道和重點水利工程建設(shè)，進(jìn)一步增強(qiáng)區(qū)域防洪排澇能力，先后開展多輪“三亂”專項督查，有效解決了河湖歷史問題，為改善民生、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和水生態(tài)文明建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。

3.2 指標(biāo)權(quán)重云模型

針對生態(tài)河道建設(shè)評價指標(biāo)邀請領(lǐng)域內(nèi)10位專家進(jìn)行打分，從而確定一級指標(biāo)初始權(quán)重，然后利用逆向云(BCG)、正向云(FCG)計算補(bǔ)充每個樣本的特征值(Ex，En，He)和云滴，模擬計算1000位專家的權(quán)重值，最終的權(quán)重取計算結(jié)果的平均值，一級指標(biāo)權(quán)重值及云數(shù)字特征，見表2。重復(fù)以上流程，可以求出各二級指標(biāo)權(quán)重子權(quán)重和綜合權(quán)重二級指標(biāo)權(quán)重值及云數(shù)字特征，見表3。

表2 一級指標(biāo)權(quán)重值及云數(shù)字特征

表3 二級指標(biāo)權(quán)重值及云數(shù)字特征

一級指標(biāo) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8評估權(quán)重專家3 0.14 0.14 0.11 0.13 0.12 0.10 0.10 0.16專家4 0.16 0.14 0.13 0.13 0.13 0.11 0.10 0.10專家5 0.15 0.15 0.14 0.12 0.15 0.11 0.11 0.07專家6 0.14 0.15 0.15 0.12 0.11 0.11 0.11 0.11專家7 0.14 0.14 0.3 0.13 0.12 0.10 0.10 0.14專家8 0.16 0.15 0.15 0.11 0.12 0.10 0.12 0.09專家9 0.15 0.15 0.13 0.13 0.13 0.11 0.14 0.06專家10 0.13 0.14 0.15 0.11 0.12 0.12 0.11 0.12 Ex 0.1536 0.1485 0.1342 0.1250 0.1232 0.1070 0.107 0.1015 En 0.0150 0.0062 0.0115 0.0104 0.0106 0.0070 0.0135 0.0102 He 0.0015 0.0006 0.0008 0.0010 0.0010 0.0011 0.0022 0.0016

3.3 評價結(jié)果與分析

充分考慮清原縣生態(tài)河道建設(shè)現(xiàn)狀，利用條件云發(fā)生器計算各參評指標(biāo)隸屬度，并利用級別特征值法計算指標(biāo)評價值，指標(biāo)評價值與等級隸屬度，見表4。

表4 指標(biāo)評價值與等級隸屬度

二級指標(biāo) C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20指標(biāo)評價值 90.5 85.1 85.1 90.5 95.0 88.6 95.0 92.0 95.0 90.5等級隸屬度不合格 0.0005 0 0 0 0 0.0005 0 0.0003 0 0合格 0.0061 0 0 0 0 0.0070 0 0.0012 0 0中等 0.0630 0 0.0002 0 0 0.0846 0 0.0150 0 0良好 0.3496 0.9984 0.9996 0.4815 0.0087 0.4601 0 0.2630 0.0060 0.5050優(yōu)秀 0.5808 0.0016 0.0002 0.5185 0 0.4478 1 0.7205 0.994 0.495二級指標(biāo) C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30指標(biāo)評價值 88.5 90.2 75.0 85.0 74.3 90.0 90.5 95.4 95.4 95.0等級隸屬度不合格 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0合格 0.0002 0 0.0212 0.0012 0 0 0 0 0 0中等 0.0041 0 0.9426 0.0455 0 0 0 0 0 0良好 0.6764 0.4752 0.0340 0.9105 0.1265 0.4902 0.4924 0 0 0.0078優(yōu)秀 0.3193 0.5248 0.0022 0.0428 0 0.5098 0.5076 1.0000 1.0000 0.9922

根據(jù)各指標(biāo)評價值(表4)和云模型指標(biāo)權(quán)重(表3)，經(jīng)計算計算確定2020年清原縣生態(tài)河道建設(shè)綜合評價值為88.69，達(dá)到良好等級；同理，一級指標(biāo)P1～P8的綜合評分值依次為94.65、80.74、87.50、92.15、87.88、79.88、92.27、95.00，其 中水資源保護(hù)P2最低只有80.74，其它一級指標(biāo)均處于85～95范圍。究其原因是清原縣的地下水和地表水較少，水資源開發(fā)利用程度遠(yuǎn)高于國際警戒線40%，各行業(yè)用水主要依靠上游來水。此外，為進(jìn)一步改善河湖治理現(xiàn)狀，必須加強(qiáng)面源污染治理，從源頭上有效控制污染物排放，切實增強(qiáng)水生態(tài)和水環(huán)境承載力。

4 結(jié) 論

文章利用云模型評價了撫順市清原縣生態(tài)河道建設(shè)情況，通過創(chuàng)建評價體系、劃分評價等級和計算指標(biāo)權(quán)重，并利用級別特征值法確定生態(tài)河道建設(shè)評價結(jié)果，保證了評價結(jié)果合理性。

正態(tài)云模型能夠有效解決等級邊界隸屬度問題，通過計算隸屬于不同等級的程度綜合判定最終的結(jié)果，實現(xiàn)了等級邊界的自然過渡和隸屬度的模糊化，具有廣泛的應(yīng)用前景和較高的實用價值。采用云模型計算權(quán)重時具有一定的主觀性，為增強(qiáng)初始權(quán)重的客觀性需要專家深刻的了解實際情況，以防評價結(jié)果受主觀意愿的影響。