關于流域水環境生態安全評價模型的探討

王 群

(山東省調水工程運行維護中心煙臺分中心,山東 煙臺 264000)

1 研究方法

1.1 專家打分法賦權過程

專家打分法是一種主觀賦權法，可以與客觀賦權法形成互補，能夠在一定程度補充客觀賦權法賦權與實際不相稱的不足。本文采用的專家打分法主要是通過專家已有知識和主觀經驗對指標進行賦權，可以得到主觀權重wj1(wj1表示第j個指標的主觀權重)，該方法的具體過程可以參考文獻[1]。

1.2 標準離差法賦權過程

標準離差法的賦權原理是指標值的標準差越大，說明該指標的變異程度也就越大，即說明該指標更能對不同指標進行區別，因此該指標能夠提供的信息也就越大。所以該指標在評價中起到的作用也就越大，應賦予較大的權重，反之，應賦予較小的權重[2]。標準離差法的具體計算如式(1)。

(1)

式中：m為指標的總個數；σj為第j個指標的標準離差；wj2為第j個指標的客觀權重。

1.3 組合賦權過程

組合賦權法能夠綜合主客觀賦權法的優點，是一種較為優秀的賦權方法。本文使用組合賦權法求取指標的權重，具體見式(2)。

(2)

式中：wj為第j個指標的組合權重。

1.4 灰色關聯法評價過程

灰色關聯法可以衡量兩個序列之間的密切程度[3]，是一種較為優秀的評價方法，如式(3)所示。

(3)

式中：kij為方案i的第j個指標與標準序列相應指標的關聯度；xij為無量綱化后的指數數據；c為分辨系數，n為方案總數；m為指標總數。而方案i與標準序列的關聯度ki可以通過式(4)求得。

(4)

通過將每一個區域的指標序列與各個等級的標準序列進行關聯分析，關聯度最大對應的等級為相應區域水生態健康程度。其中標準序列為相應標準的中值序列。

通過以上的方法便可將幾個區域的水生態安全進行分級，分級結果可以為未來水利、生態環境、城市建設等規劃提供一定的指導，因此該研究具有一定的前景和實際的應用價值。

2 實例計算與應用

漳衛南運河是京杭大運河的重要組成部分，屬于海河流域五大水系之一，由漳河、衛河、衛運河、漳衛河新和南運河組成，流經山西省、河南省、河北省、山東省，及天津市入渤海，流域面積37 700 km2。本文選取位于漳衛南運河上中下游的潞城市、新鄉縣、德州市為研究區，進行水生態安全評價。

參照流域的實際情況與文獻[4]，得出該流域的水生態安全等級可以分為安全、良好、一般、較差與極差這5個等級，具體的等級劃分標準見表1。

表1 水生態安全評價等級

同時收集3個研究區中各個指標的具體指標值，主要參考文獻[4]，見表2。

表2 漳衛南運河流域3個研究區水生態安全指標數據

從表2可以看出，三個研究區的大部分指標都處于一般這一等級以下，其中大多數處于極差和較差這兩個等級，也存在部分較好的指標，如城鎮居民生活用水定額這一指標在潞城市與新鄉縣則具有較優的表現。但從總體來看，三個研究區的水生態安全指標都偏于中下水平，說明三個研究區的水生態安全水平面臨著一定的挑戰。但為了進一步確定三個研究區的水生態安全等級，需要使用本文模型進行進一步的定量計算與評估。

根據以上基礎數據，使用專家打分法與灰色關聯法對指標進行賦權，并用式(2)進行綜合權重的求解，最終結果見圖1。

根據表1、表2的數據與求取的權重，結合本文的改進的灰色關聯法，對三個研究區的水生態安全進行評價，評價結果見表3。

表3可以看出，三個研究區的水生態安全的等級都處于最低的等級，即極差，這與前面對指標的定性分析結果基本一致，說明本文模型具有合理性。為了進一步驗證本文模型的性能，將本文模型與TOPSIS法的評價結果進行比較，比較結果見表4。

圖1 各個指標綜合權重

表3 改進的灰色關聯法綜合評價結果

表4 各個模型綜合評價結果

從表4可以看出，本文模型與TOPSIS法的計算結果一致，進一步說明本文模型在水生態安全評價中具有適用性與合理性。同時也可以看出3個研究區的水生態安全形勢并不樂觀，進而說明漳衛南運河流域的水生態安全形勢具有需要改進的地方。因此，在將來的規劃中，應該適當考慮該流域的水生態安全問題。

3 結 論

本文以專家打分法計算主觀權重，以離差法計算客觀權重，并結合兩者的權重，求主客觀結合的綜合權重，以該權重結合灰色關聯法，提出改進的灰色關聯法對研究區3個區域(潞城市、新鄉縣、德州市)的水生態安全進行評價。最后得出3個區域的水生態安全等級都為極差。同時本文的評價結果與TOPSIS法的評價結果完全一致，說明本文提出的評價方法具有一定適用性，可以為我國水生態安全評價的研究提供一定的參考依據。