江蘇省城市水生態文明評價研究

仇凱峰

(上海環境衛生工程設計院有限公司，上海 200232)

1 引言

江蘇省位于我國東部沿海地區，是我國綜合發展水平最高的省份。近年來，隨著江蘇省城市化進程的快速推進，城市水資源緊缺、水環境承載力下降[1～3]等問題已成為制約全省經濟社會健康發展的重要因素。本文以江蘇省為研究區域，構建江蘇省城市水生態文明評價指標體系，基于改進物元可拓模型構建江蘇省城市水生態文明評價模型，并選取鎮江市進行實例應用，為江蘇省城市水生態文明建設提供理論基礎與技術支持，具有重要的理論意義與實際應用價值。

2 指標體系框架的構建

2.1 指標體系的構建

基于江蘇省實際，遵循全面性、代表性、可操作性、特色性等指標體系構建基本原則，本文從水資源安全、水資源節約、水環境治理、水生態修復、水文化培育及水資源管理等6個方面，構建由3個層次，32項指標構成江蘇省城市的水生態文明評價指標體系，見表1。

2.2 評級指標分級標準

本文將評價指標分級標準列為優、良、中、差等4個等級，見表1，遵循以下原則：

①如有國家或者地區明確的適用標準與行業規范，則優先參考國家或者地區標準、規范；②借鑒國內外相關研究成果；③如均無明確數據的，則采用查閱地方相關發展規劃，參考地方發展規劃值，或通過專家咨詢等方法確定分級標準。

表1 江蘇省城市水生態文明評價標準

續表1

目標層準則層指標層分級優良中差15鹽水入侵強度(沿海地區)/%0～1010～2525～4545～6016點源污水處理率/%省轄市100～9393～8585～7575～60縣(市、區)100～8484～7575～6565～5017點源工業廢水達標排放率/%100～9797～9090～8080～6018面源 COD、氨氮排放年削減率/%10～4.54.5～33～1.51.5～0水生態19水系連通率/%100～7575～6060～4545～20修復20生態岸坡率/%100～7070～5050～3030～1021生態基流保障率/%100～9090～8080～7070～022水生生物多樣性指數/%100～9090～8080～6060～4023水域面積率和濕地面積增長率/%1～0.20.2～0.10.1～00～-124水土保 平原沙土化治理率(平原地區)100～8585～7575～6565～45持/(%) 水土流失治理率(丘陵地區)100～8585～7575～6565～4525地下水控制(超采區)/%100～9696～9494～9292～60地下水控制(非超采區)/%100～9595～9090～8585～60水文化26涉水風景區/個25～4 4～2 2～1 1～0 培育27水工程景觀率/%100～7575～6565～5555～3028水生態文明宣傳教育/%100～83.383.3～66.766.7～5050～0水資源29用水總量控制/%90～9393～96.596.5～100100～105管理30水利工程設施完好率/%100～9090～8080～7070～5031監測能力/%100～8080～6060～4040～032管理水平/%100～8080～6060～4040～0

3 評價模型的構建

物元可拓模型能夠將多目標決策問題轉化為單目標決策問題，且定量化地表示評價結果。傳統物元可拓評價模型建立過程一般包括以下6個步驟：物元的確定、事物經典閾與節閾的確定、指標權重的確立、關聯函數的確定、關聯度的確定、評價等級的確定等。

然而傳統物元可拓方法并未為對數據進行預處理，當評價指標數值超出節閾時，計算關聯度的關聯函數的分母會出現零值。另一方面，傳統物元可拓方法采用最大隸屬度原則對事物進行等級評價，而文獻[4]論證了在某些情況，在運用最大隸屬原則進行事物等級評定時，不能反映實物本身界限的模糊性，容易損失信息，有效程度不高的問題。

針對以上問題，本文嘗試性的將傳統的物元可拓方法進行改進，在基于貼近度的擇近原則進行等級評判時，使用非對稱貼近度，避開最大隸屬原則的缺陷[5，6]。因此，本文將文獻[7]中提出綜合關聯度計算方法進行改進，在綜合考慮貼近度折近原則與最大隸屬度原則進行水生態文明程度等級評價時，采用非對稱貼近度函數。改進過程如下。

3.1 數據的歸一化

歸一化后的數值Vi，具體如下：

(1)

式(1)中，Xi為未歸一化的指標值或評價標準值，Xmin、Xmax分別為未歸一化的最小指標值或評價標準值及最大指標值或評價標準值。

3.2 待評物元的確定

用n維物元R描述待評價對象，即：

(2)

式(2)中，N為待評價的江蘇省城市水生態文明程度，Ci為江蘇省城市水生態文明評價指標，Vi為江蘇省城市水生態文明程度關于評價指標Ci的量值。

3.3 經典域與節域的確定

設江蘇省城市水生態文明評價的定性指標n個，將江蘇省城市水生態文明評價指標定量分為j個等級，進行歸一化，得到經典域Rj及節域Rp：

(3)

(4)

式(3)、(4)中，j=1,2, …，m；Nj為城市水生態文明程度為j等級；Ci為Nj的評級指標，Vij為Nj關于Ci確定的量值范圍，也就是水生態文明程度為第j級時第i個指標Ci的量值范圍，即經典域(aij，bij)。Up為城市水生態文明程度等級的全體，Vip為Up關于Ci所選取的量值范圍，即為R的節域(aip，bip)。

3.4 指標權重的確立

本文研究涉及到兩層指標的權重確定，即各指標層相對于對應準則層的權重Wti以及各準則層相對于目標層的權重Wt，主要運用層次分析法對水生態文明評價指標體系各個指標進行權重確定。

3.5 關聯函數與關聯度的確定

使用非對稱貼近度，并綜合考慮貼近度折近原則與最大隸屬度原則。改進后的綜合關聯度Kj(Gi)：

(5)

W=Wti×Wt

(6)

(7)

式(5)～(7)中，n為評價指標個數，W為各指標之間的相對權重，Dij為物元R與歸一化后經典域Rj的距離。

3.6 評價等級的確定

若Kj(G)=max{Kj(Gi)}，則待評價城市水生態文明程度屬于等級j。

4 實例應用-以鎮江市為例

4.1 數據來源

本文主要采用 2013 年鎮江市數據，數據主要參閱江蘇省水利現代化進程監測報告、國控重點污染源監督監測報告、2014 年鎮江市統計年鑒，相關水利、水系、生態文明、環境保護、水資源綜合規劃，相關湖庫水環境、水生態監測數據等，結合實際相關數據進行合理取舍。按照本文所建立的評價指標體系，將整理后的數據列入表2。

4.2 待評價物元、經典域及節域確定

待評價物元歸一化：

(10)

經典域經歸一化：

(11)

(12)

4.3 指標權重確定

根據步驟(4)，確定各評價指標權重，見表2。

表2 鎮江市水生態文明建設評價指標值及權重

4.4 指標關于評價等級關聯度確定

利用公式 5、6、7，計算鎮江市水生態文明評價指標體系目標層與準則層綜合關聯度，結果見表3。

4.5 等級與等級特征值確定

由Kj(G)=max{Kj(Gj)}，則 2013 年鎮江市水生態文明程度等級描述為“中”。對各準則層分析可知，鎮江市在水資源安全及水環境治理方面的等級描述也為“中”，而水資源節約、水生態修復及水文化培育方面等級描述則為“良”。因此，在水生態文明建設過程中，需加強水資源安全保障建設、提升水環境質量，加強水生態文明建設。

表3 目標層與準則層的綜合關聯度

5 結語

(1)本文從水資源安全、水資源節約、水環境治理、水生態修復、水文化培育及水資源管理等六個方面，構建一套共3個層次，32個指標的江蘇省城市水生態文明評價指標體系，該指標體系可全面地評價江蘇省各城市水生態文明建設程度。同時綜合確定評價指標分級標準。

(2)針對傳統物元可拓模型的局限性，在進行綜合關聯度計算時，綜合考慮貼近度折近原則與最大隸屬度原則，并采用非對稱貼近度函數對綜合關聯度進行計算，改進傳統方法中單一使用最大隸屬度原則所存在的局限性。

(3)選取鎮江市進行評價體系實例應用，結果表明該市2013年水生態文明程度等級描述為 “中”等級，較為客觀地反映了2013年鎮江市水生態文明狀況，所構建的評價模型具有一定的可行性與適用性。