基于熵權綜合健康指數法的沂河健康評價研究

趙江輝　沈國浩　秦　偉

(太倉市水利局， 江蘇 太倉　215400)

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基于熵權綜合健康指數法的沂河健康評價研究

趙江輝沈國浩秦偉

(太倉市水利局， 江蘇 太倉215400)

【摘要】本文選取10項河流健康綜合評價指標，引入信息熵理論確定指標權重，建立河流健康綜合評價模型，運用綜合健康指數法對沂河健康狀況進行綜合評價。結果表明：沂河目前綜合健康指數為0.582，處于亞健康狀態。評價結果基本切合實情，可見該方法是可靠的及適用的。評價結果也為沂河綜合治理和科學管理提供了參考依據。

【關鍵詞】河流健康評價； 熵權綜合健康指數； 沂河

健康河流不僅具有良好的生態系統，還應兼備水資源開發利用、水能利用、防洪排澇、休閑娛樂等合理的社會服務功能，是維系人類生存的基礎和社會發展的保障。為了解河流健康狀態，提高其管理質量，引入評價機制是有助且必要的。國外對河流健康評價研究起步較早，具有代表性的有RBP、RCE、ISC、GRS等多指標評價方法[1]。國內對黃河與珠江流域河流、城市河流等健康評價也進行了相應研究。層次分析、模糊評價等方法確定指標權重計算繁瑣，且受人為干擾，可能致使評價結論與實際有偏差，引致河流管理決策失誤。為此，筆者以沂河為研究對象，引入信息熵理論確定指標權重，選用綜合健康指數法進行河流健康評價，以供河流進行全面科學“治管”參考。

1熵權綜合健康指數法

1.1建立評價指標體系

評價指標的科學合理確定十分必要，對河流有效治理和長效管理具有重要的導向作用。評價指標不但應易于描述、理解與監測，同時還應便于考核管理及擬策應對[1-2]。此外，鑒于河流水質具有時空差異性，在評價過程中為使評價結論更加契合河流實情，明確時空尺度是首要前提。綜上要求，結合沂河自身特點，筆者采用文獻[1]中提出的7個評價對象、10項評價指標分別作為一級指標、二級指標建立河流健康評價指標體系，見表1。

表1　河流健康評價指標體系

1.2計算指標歸一化值

河流健康是相對的，自然健康河流現今難覓，因此需建立基準點，在參照比對的基礎上進行河流健康狀況評估。選取并無量綱化處理某一時間序列，即歸一化處理序列中某一指標相對最佳值為1，則其余歸一化后值為其與最佳值之比或其倒數。具體就是，若相對最佳值為序列各時間點中的最大值，則其余值歸一化后值為其與最大值之比值；反之，若相對最佳值為序列各時間點中的最小值，則其余值歸一化后值為其與最小值比值之倒數。

1.3確定指標權重

多指標評價重點在于權重確定。采用熵值法確定指標權重，該法屬客觀賦權法，可避免主觀賦權法易受專家主觀意識影響所招致的偏差。對于n個樣本m個指標構成的初始判斷矩陣，運用熵值法確定指標權重，計算步驟如下[3-4]：

a.構建初始判斷矩陣R=(xji)n×m。

b.對R進行歸一化處理，得歸一化判斷矩陣B，B中元素的表達式為

(1)

或

(2)

式中xmin，xmax——同指標不同樣本中最不佳者或最佳者。

c.指標的熵為

(3)

d.確定評價指標熵權，其計算公式為

(4)

1.4計算熵權綜合健康指數

為綜合評判河流健康狀況，不妨界定熵權綜合健康指數(以下簡稱EWCHI)取值范圍為[0，1]，EWCHI=0為最差，EWCHI=1為最佳。為不失一般性，現將反映河流健康狀態的EWCHI劃成以下5個健康等級：?健康，0.8

EWCHI計算公式為

(5)

式中m——指標數；

Ii——第i個指標之歸一化值，0≤Ii≤1；

wi——第i指標的權重。

2沂河健康綜合評價

沂河為沂沭泗水系中較大的河流，位于魯南與蘇北，曾為古淮河最大支流泗水之支流，源出魯山，流經沂源、沂水等魯6縣市，至蘇邳州市入新沂河，抵燕尾港入黃海。近年來，隨著經濟社會快速發展，在水資源開發利用過程中，水環境安全形勢愈顯嚴峻，因此沂河引入健康評價愈顯必要。

2.1指標歸一化處理

根據河流健康評價有關原則及要求，同一空間尺度條件下，選取1992年、2003年和2014年組成時間序列，對沂河健康狀況進行綜合評價，各指標值均參照文獻[1]以及文獻[5]提出的方法進行計算(本文不再贅述)，各指標及其歸一化值見表2。

表2　沂河健康評價指標值及其歸一化值

2.2確定指標權重

首先構建沂河健康綜合評價初始判斷矩陣R：

然后歸一化處理判斷矩陣R，得歸一化判斷矩陣B:

再根據式(3)，計算確定評價指標的熵H：

最后根據式(4)，計算確定評價指標熵權w：

2.3計算沂河EWCHI

對照表2，由式(5)計算出沂河1992年、2003年和2014年的EWCHI，以及與之對應的健康等級，見表3。

表3　沂河EWCHI及健康等級

2.4評價結果與分析

由表3可見，1992年、2003年及2014年沂河熵權綜合健康指數處于遞減走勢，健康等級也由健康狀態逐步過渡至亞健康狀態，這也就進一步說明，沂河健康狀況總體上正呈現下坡趨勢。評價結果基本契合實情。20世紀90年代以來，人類活動對沂河生態環境干擾較大。評價結果應該引起有關部門高度重視，通過采取工程性措施、生物性措施及非工程性措施等對沂河進行綜合治理，并加強管理，建立一套行之有效的長效管理機制。

3結語

根據國內外有關河流健康的定義、評價指標確定思路及時空尺度要求，建立文中表1所列河流健康評價指標體系，引入信息熵理論確定指標權重，可有效防止人為主觀干擾，使評價結果更符實際。本文計算結果與沂河實際情況基本符合，可見用熵權綜合健康指數法進行河流健康評價是可靠及適用的。這也為河流科學“治管”提供了依據，以促河流健康發展。

參考文獻

[1]蔡守華,胡欣.河流健康的概念及指標體系和評價方法[J].水利水電科技進展,2008,28(2):23-27.

[2]劉瑛,高甲榮,崔強,等.4種國外河溪健康評價方法述評[J].水土保持通報,2009,26(3):40- 44.

[3]邱菀華.管理決策與應用熵學[M].北京:機械工業出版社,2001:32-86.

[4]戈鋒,葉春,馮冠宇,等.基于熵權綜合健康指數法的太湖湖濱帶水生態系統研究[J].內蒙古師范大學學報(自然科學漢文版),2010,39(6):623- 626.

[5]李瑞金.沂河健康評價與生態修復對策[D].揚州大學,2009.

Research on Yihe River health evaluation based on entropy weight comprehensive health index method

ZHAO Jianghui, SHEN Guohao, QIN Wei

(TaicangWaterConservancyBureau,Taicang215400,China)

Abstract：In the paper, 10 river health comprehensive evaluation indicators are selected. Information entropy theory is introduced to determine index weight. Comprehensive evaluation model of river health is established. Comprehensive health index method is utilized for comprehensive evaluation on Yihe River health condition. The results show that current comprehensive health index of Yihe River is 0.582, which is in the state of sub-health. The evaluation results are basically consistent with actual condition, and it is obvious that the method is reliable and applicable. The evaluation results also provide reference basis for Yihe River comprehensive control and scientific management.

Key words：river health evaluation; entropy weight comprehensive health index; Yihe River

中圖分類號：TV214

文獻標志碼：A

文章編號：1005- 4774(2016)01-0049-04

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.01.014