基于序關系-物元可拓模型的澧水幸福度綜合評價

喬祺 石林 趙麗子 吳子涵 李代軍

摘要：為貫徹落實新時代治水思路，推進湖南省幸福河建設，選取湖南省“四水”之一的澧水為對象，從“防洪保安全”“優質水資源”“宜居水環境”“水生態健康”“先進水文化”“綠色水產業”“文明水管護”7個方面共篩選出21個指標建立了指標體系，基于序關系分析方法和物元可拓理論，構建了體系完整、操作性強、符合實際的序關系-物元可拓模型，對澧水幸福度進行了綜合評價。評價結果表明：澧水的綜合幸福度屬于向優秀轉化等級。

關鍵詞：幸福河評價; 評價指標體系; 序關系分析法; 物元可拓模型; 澧水

中圖法分類號：X82 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.04.020

文章編號：1006 - 0081（2022）04 - 0118 - 05

0 引 言

2019年9 月18 日，習近平總書記在黃河流域生態系統保護和高質量發展座談會上，第一次提出了“幸福河”概念[1]，為新時代生態文明條件下的黃河流域乃至全國河湖治理與發展提出了新的目標和方向。2020年全國水利工作會議上明確提出要建設造福人民的“幸福河”，必須做到防洪保安全、優質水資源、健康水生態、宜居水環境、先進水文化一個都不能少。幸福河湖是生態保護需求與經濟社會發展需求維持平衡的最佳狀態，具有動態性、主觀性、區域性。幸福河湖要滿足人的生態安全需要、經濟發展需要、民生福祉需要、文化積淀需要等，進而實現人水和諧共生，這既是幸福河湖深刻內涵的系統表述，也是建設幸福河湖的方向指引。建立科學合理的評價準則與評價方法，致力于打造湖南省幸福河典型示范案例，對新時代水利事業發展意義重大。

澧水位于湖南省西北部，流域跨越湘鄂兩省邊境，是湖南省“湘資沅澧”四水之一，沿途接納溇水、渫水、道水和涔水等支流，至津市小渡口注入洞庭湖。干流全長407 km，流域面積16 959 km2，流經張家界、常德兩市。澧水流域河網復雜、水能資源豐富、涉河水利工程眾多，且上、下游經濟社會發展不均衡，沿河各地存在的水問題也不盡相同。自湖南省推行河長制工作以來，澧水流域各地積極開展工作，河流生態環境與群眾滿意度均明顯提升。

本文選取澧水為評價對象，建立了符合湖南省河湖水域特征的評價體系，采用序關系分析方法確定指標權重，基于物元可拓模型完成綜合評價。

1 澧水幸福度評價指標體系

幸福河評價[2]是超越傳統河湖生態環境評價范疇，具有主觀性、地域性以及動態性的研究工作。目前，中國各地對于幸福河內涵的定義不盡相同，相關研究有待進一步深入完善。本文從保持河流的自然結構和滿足人類社會合理需求的二元平衡性出發，參考國內現有較為成熟的評價體系和評價指標研究[3-4]，以防洪保安全、優質水資源、宜居水環境、水生態健康、先進水文化、綠色水產業、文明水管護等7個方面建立準則層，并考慮湖南省河流的典型特征與流域經濟生態協同發展目標，共篩選出21個指標建立指標層。具體指標如表1所示。

由于原始數據量綱不同，判別標準不一，在進行整體評價之前，對所有指標數據進行等級劃分，統一采用百分制評分。本文將幸福河評價標準劃分為五個等級，各級評價指標取值范圍和含義如表2所示。

2 序關系-物元可拓模型

考慮幸福河評價具有多層次、多指標、定性與定量共存、指標獲取的時空復雜性等特點，本文選用序關系法確定評價指標的權重，在此基礎上建立物元可拓模型對澧水綜合幸福度進行評價。

2.1 指標權重確定

序關系分析法（ G1 法）[5]通過建立指標間的序關系并構造具有一致性的判斷矩陣，解決了層次分析法中判斷矩陣很難達到一致性的問題。G1法過程簡單清晰、操作性強，且無須進行一致性檢驗，具有較好的實用性。

（1） 根據重要性程度對各級指標進行排序。若評價指標bi相對于評價標準的重要性程度不小于bj，記為bi>bj。如果各評價指標對于評價準則具有關系b1>b2>…>bn，則 b1，b2，…，bn之間按照“>”確定指標間的序關系。

（2） 確定重要性標度。重要性標度即為序關系列表中相鄰評價指標bk與bk-1的重要程度之比，記為 hk，且有

[hk=ωk-1ωk]（k=m，m-1，…，3，2）? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：[ωk]為第k個指標的指標權重;m為指標的數量;hk∈[1.0，2.0），且 hk 越大，表示指標 bk相對于bk-1越重要。

（3） 計算指標權重。根據各指標間的重要性標度，得出權重的計算公式為

[ωk=1+k=2mi=kmhi-1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

[ωk-1=hkωk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

由此可以得出每一指標的權重[ω=ω1，ω2，…，ωm]。

2.2 指標體系評價

物元分析是中國學者蔡文教授于20世紀80年代提出的一種研究物元、解決矛盾或不相容問題的方法，即把研究對象用帶有信息的3個要素組成基本元來描述，從而分析研究基本元及其變化規律[6]。本文將物元分析理論應用于幸福河指標體系評價中，不僅能夠評價河流“幸福河湖”建設綜合水平，還能得到每個單項指標的發展水平，具有明顯的科學性和合理性。

2.2.1 物元矩陣構建

將評價對象（描述事物）M、評價對象的指標C及指標數值x結合起來，構成一組描述事物的基本單元，即稱為物元。表示為物元R=（M，C，x）。模型應用公式為

[R=R1?Rn=C1?CnMx1?xn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：Ci 為待評價對象M的第i個評價指標（i=1，2，…，n）;xi為M關于第i項評價指標對應的量值。

2.2.2 幸福河建設經典域和節域確定

幸福河建設的經典域物元Rj如下所示：

[Rj=Mj，C，Xj=C1?CnXj1?Xjn=C1?Cn（aji，bj1）?（ajn，bjn）]? ? ? ?（5）

式中：Mj（ j = 1，2，…，m） 為所劃分的第j個幸福河建設評價等級; 區間 Xji = （ aji，bji ） 為Mj 對應指標Ci的取值范圍，即經典域。

幸福河建設的節域物元Rp可表示為

[Rp=Mp，C，Xp=C1?CnXp1?Xpn=C1?Cn（api，bp1）?（apn，bpn）]? ? ? ?（6）

式中：Mp為評價等級全體;區間 Xpi = （ api，bpi ） 為Mp 關于Ci的取值范圍，即節域，[Xji∈Xpi]。

2.2.3 單指標關聯函數和關聯度確定

關聯函數表示待評價物元符合某一等級的程度。令有界實區間X0 =[a，b]的模為| X0 | = | b-a |，則某一點xi到區間x0的距可表示為

[ρxi，X0=xi-12a+b-12b-a]? ? ?（7）

由式（7）得到某點xi到經典域區間Xji的距[ρxi，Xji]和到節域區間Xpi的距[ρxi，Xpi]，則幸福河評價M關于等級j的單指標關聯度Kj（xi）的計算公式為

[Kjxi=-ρxi，XjiXji， xi∈Xjiρxi，Xjiρxi， Xpi-ρxi， Xji， xi?Xji]? ? ? （8）

式中：[Xji=aji-bji]。若[Kji=maxKj（xi）]，則待評對象第i項指標隸屬于評價等級 j。

2.2.4 綜合關聯度計算與評價等級確定

幸福河建設Mx隸屬于某一等級j的程度Kj （Mx）稱為綜合關聯度，表示為

[KjMx=i=1nωiKjxi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

式中：[ωi]為各評價指標的權重。若Kjx =max[Kj （Mx）]，則待評對象Mx屬于評價等級 j。當 0≤Kj （Mx）<1 時，表示Mx符合標準等級要求;當 -1≤Kj （Mx）<0 時，表示Mx不符合標準等級要求，但具備轉化為該標準等級的條件，且數值越大，越容易實現轉化;當 Kj （Mx）<-1時，表示Mx不符合該標準等級要求，且不具備轉化成標準等級的條件。

3 實例應用

3.1 指標原始分值

通過查閱分析《湖南省澧水干流“一河一策”實施方案（2018-2020年）》《湖南省“一河（湖）一策”（2018-2020年）實施評估》《湖南省水功能區限制納污紅線控制指標核算報告》《湖南省主要河流控制斷面最小流量方案報告》《湖南省統計年鑒》《湖南省水資源公報》等資料，實地調研及走訪澧水沿線居民，并邀請多位專家對各項指標打分，經統計處理得到澧水各評價指標分值（百分制），具體如表3所示。

3.2 權重確定

首先確定準則層指標間的序關系，將防洪保安全B1、優質水資源B2、宜居水環境B3、水生態健康B4、先進水文化B5、綠色水產業B6、文明水管護B7準則層指標按重要性從大到小排序為：B1，B2，B3，B4，B6，B7，B5。通過資料查閱、咨詢專家確定重要性標度為{1.25，1.00，1.00，1.00，1.20，1.50}。根據式（2）～（3）得到準則層權重如表4所示。

再對每個準則層下的指標層建立序關系。以防洪保安全層為例，包括兩個評價指標，對其按照重要性排序，依次為防洪標準達標率C1、河流流動暢通性C2。根據湖南省情與澧水防洪特點， C1指標相對C2指標比較重要，重要性標度C1/C2設為1.7，代入式（2）和式（3），得出防洪保安全指標層的相對權重。各指標最終權重=指標層相對權重×準則層權重。同理確定其他指標的權重，具體計算結果如表4所示。

3.3 綜合評價

3.3.1 經典域、節域確定

根據幸福河建設綜合評價的可拓性，將澧水幸福河建設的各評價指標發展階段劃分為5個等級，即Ⅰ級（優） 、Ⅱ級（較優）、Ⅲ級（中等）、Ⅳ級（較差）和Ⅴ級（差），確定各等級每項指標的經典域及節域取值，節域取值空間均為[0，100]，如表2所示。

3.3.2 各指標關聯度計算

將各指標數據分別代入關聯函數公式，得出相應的指標對各等級的關聯度。以C1防洪標準達標率指標為例，將x1=85.6代入式（8），可得該指標對應于Ⅰ～Ⅴ級各評價等級的關聯度分別為-0.234，0.440，-0.280，-0.520，-0.640，可判定該指標水平屬于較優，各幸福河評價指標水平如表5所示。

3.3.3 評價等級

將得到的各項指標對應各等級的關聯度與其對應的權重（表5）代入式（9），得出澧水幸福河評價所有指標的綜合關聯度，如表6所示。

由上表可知[Kjx=maxKj（Mx）=K1（M）=-0.051]，故-1≤Kj（Mx）<0，表明澧水尚不完全符合幸福河建設Ⅰ級的標準，但[-0.051∈[-1，0）]，且非常接近0，說明具備向Ⅰ級轉化的條件，即澧水整體幸福度等級為向優轉化。

分析表5單個指標的關聯度信息，河流流動暢通性、水質達標率、地表水達到或好于Ⅲ類水比例、黑臭水體整治達標率、文化古跡保存程度、河道“清四亂”完成率、河道管理范圍劃定完成率、建立完善評價激勵機制等指標均處于優秀水平，這主要與澧水整體水質較好，河流連通性較好，湖南省河湖管理體制機制日趨完善，大力推動“清四亂”與河道劃界工作等因素相關;美麗宜居鄉村建設達標率、綠道比例、水文化挖掘程度、垃圾分類集中處理率、綠色優質農產品比重等指標處于中等級別，與優秀水平還有一定距離，這主要與澧水上下游經濟發展水平不均衡，自然岸線保有率較高等因素有關。

4 結論與展望

幸福河建設是新時期治水管水的重要任務，本文從防洪保安全、優質水資源、宜居水環境、水生態健康、先進水文化、綠色水產業、文明水管護7個方面優選出21個評價指標構建澧水幸福河評價指標體系，基于層次分析-物元可拓模型，確定各指標權重，并進行各項關聯度和總體關聯度計算。評價結果顯示：澧水整體幸福度雖未完全符合優秀等級但具備向優秀等級轉化的條件，與實際情況基本相符，證明了模型的有效性，為湖南省幸福河湖建設提供了參考依據。基于本文結論，建議澧水沿線各市縣進一步加強堤防達標建設，大力推動美麗鄉村建設，深入挖掘水文明內涵，提升城鄉垃圾分類集中處理率，推進綠色農業發展，最大程度提升澧水幸福度。同時，“幸福河”評價指標體系具有一定主觀性與地域性，湖南省地貌復雜，水系眾多，社會經濟發展水平不均衡，本文選取的研究對象澧水在湖南省具有一定代表性，但對于全省各地更具普適性的科學評價體系仍有待進一步研究。

參考文獻：

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[2] 陳茂山，王建平，喬根平.關于“幸福河”內涵及評價指標體系的認識與思考[J].水利發展研究，2020，20（1）：3-5.

[3] 左其亭，郝明輝，姜龍，等.幸福河評價體系及其應用[J].水科學進展，2021，32（1）：45-58.

[4] 韓宇平，夏帆.基于需求層次論的幸福河評價[J].南水北調與水利科技（中英文），2020，18（4）：1-7，38.

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[6] 張俊華，呂學梅，陳南祥，等.基于物元可拓模型的水資源承載力分析[J].人民黃河，2011，33（5）：33-35.

（編輯：李 晗）

Comprehensive evaluation on happiness of Lishui River based on order relation analysis method and matter-element extension model

QIAO Qi， SHI Lin， ZHAO Lizi， WU Zihan， LI Daijun

（Hunan Institute of Water Resource and Hydropower Research， Changsha? 410007， China）

Abstract：In order to implement the idea of water control and management in the new era and promote the happy river construction in Hunan Province， this paper selected Lishui River， one of the “Four Rivers” in Hunan Province， as the object， based on 21 indexes about “flood control and safety”， “high quality of water resources”， “livable water environment”， “water ecological health”， “advanced water culture”， “green water industry ” and “civilized water management and protection” and established the evaluation system. Based on the order relation analysis method and matter-element extension theory， a complete， easily operated and practical system was established to comprehensively evaluate the happiness degree of Lishui River. The evaluation results showed that the comprehensive happiness of Lishui River belonged to the level of? “development toward excellent”.

Key words： happy river; evaluation indexes system; order relation analysis method; matter-element extension model; Lishui River