基于改進物元分析法的岸線開發利用風險評估

方國華，陸洋洋，葉曉晶，廖 濤

(1.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098； 2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司南京分院，江蘇 南京 210029)

岸線是一定水位下的水域和陸域空間，是不可再生的戰略性自然資源，具有可開發利用的土地資源屬性，同時具有行洪、調節水流和維護河道健康的生態功能屬性[1-3]。然而，隨著我國經濟社會的快速發展和城市化進程的加快，人們對岸線的開發利用程度越來越高，尤其是長江中下游地區經濟發展迅速、人口稠密、土地資源稀缺，對岸線資源的開發需求旺盛[4]，港口碼頭、工業、跨江通道、濱河景觀等開發利用項目密集[5]。岸線利用的不合理布局和無序開發導致了生態環境的嚴重破壞，河勢和運輸航道被破壞，濱岸帶災害頻發，岸線開發利用風險形勢不容樂觀[6]。為保障岸線生態資源的可持續利用和社會經濟的可持續發展，黨的十八屆五中全會明確提出要“構建科學合理的自然岸線格局”；2016年12月，我國全面推行河長制，河長制的主要任務之一就是加強岸線管控，建立健全河流岸線管理體制機制，統籌推進岸線管理保護；2018年4月，習近平總書記在武漢召開的深入推動長江經濟帶發展座談會上更是強調“長江病了”，要治好“長江病”；2019年6月，為學習貫徹習近平總書記“共抓大保護、不搞大開發”的戰略思想，長江保護與綠色發展研究院成立，長江岸線保護、利用與修復便是其重要的研究課題之一。開展岸線開發利用風險評估研究，將有助于管理者掌握岸線開發利用風險現狀，進而合理地開發利用岸線，對岸線生態環境保護、經濟增長方式轉變及經濟社會的可持續發展，具有重要意義。

目前，關于岸線的研究主要集中于岸線資源價值、岸線演變、岸線生態敏感性評估以及岸線開發適宜性評價[7-10]等，對岸線開發利用風險評估研究較少。為此，本文構建岸線開發利用風險評估指標體系，基于灰關聯改進物元分析法建立岸線開發利用風險評估模型，并以長江南京段為研究實例，評估長江南京段岸線開發利用風險水平，以期為岸線的開發利用與保護提供決策依據。

1 岸線開發利用風險評估指標體系

1.1 岸線開發利用風險評估的內涵及要求

風險評估是項目管理中的重要工作，其是在特定的時間和范圍內，管理者結合實際情況和行業標準確定評估指標體系和風險評估標準，對風險程度進行劃分，通過定性或定量方法，估算風險發生的概率和可能導致的損失大小，為項目管理提供科學理論依據。通常情況下，岸線開發風險主要來自不合理的人為活動，如高強度港口和工業岸線開發，將會造成水質污染和生態環境破壞等問題，岸線開發利用風險評估的實質就是對識別的各風險因子量化的過程。

2016年9月，水利部、國土資源部聯合印發了由長江水利委員會牽頭編制完成的《長江岸線保護和開發利用總體規劃》。根據該規劃，岸線開發利用應重點滿足四點要求：防治水質污染風險，嚴格控制排污口水質達標排放和污染負荷總量，清退或調整水源保護地及生態保護區內影響居民飲水和生態安全的岸線開發利用項目；保證“發展決不能犧牲生態環境為代價”，對不符合相關規劃、不滿足生態環保相關要求以及利用效率低的岸線開發項目，應堅決予以騰退，大力推進岸線生態保護與修復，提高生態岸線比例；對于新規劃建設的水利工程項目，要做到統籌規劃、未雨綢繆，加強對洪澇的合理防治，提高水利工程的質量，同時加強已建水利工程運行管理技術標準體系建設、堤防工程風險評估、水文預警等非工程措施建設，確保其具有更高的安全性與可靠性；堅持政府的主導地位，落實河長制考核機制，健全岸線管理保護機制和相應的法律法規體系，完善突發事件應急管理機制，組織企業開展風險評估和應急預警建設，以加強應對突發性事故的應急處理處置能力。通過對岸線開發利用風險評估內涵及要求的研究，結合岸線本身的自然屬性、社會屬性及其對應的功能特性，本文提出從水質污染、生態環境退化、工程運行狀況不良、管理應急系統不健全等方面分析岸線開發利用存在的常見風險。

1.2 岸線開發利用風險評估指標體系構建

岸線是一個復雜并具有開發性的動態系統，是人類活動、環境和自然資源與機構的復合體。為全面評估岸線開發利用風險狀況，本文采用理論分析與實際調查的方法，在科學界定岸線開發利用風險內涵和要求的基礎上，遵循科學性、系統性、整體性與層次性相結合、定性與定量相結合和可操作性等原則，從水質污染、生態環境、工程安全、管理與應急能力4個方面(結構關系見圖1)分析、比較、綜合選擇出針對性較強的指標，最后通過咨詢專家意見，對指標進行優選，構建岸線開發利用風險評估指標體系如圖2所示，體系包括目標層(岸線開發利用風險)、準則層(一級指標B1～B4)和指標層(二級指標C1～C20)。

圖1 水質污染-生態環境-工程安全-管理與應急能力風險系統結構

圖2 岸線開發利用風險評估指標體系

2 岸線開發利用風險評估模型

2.1 組合權重法確定指標權重

進行岸線開發利用風險評估時，需要根據不同評估指標的貢獻大小確定各評估指標的權重。常用的指標權重確定方法包括主觀賦權法和客觀賦權法，主觀賦權法是決策者依據對研究對象的經驗儲備和個人喜好做出的決策，具有主觀性，難以反映事物的真實本質；客觀賦權法是對研究對象多年的統計數據進行分析，雖然數據來源非常客觀，但是無法體現決策者的個人喜好[11]。本文綜合考慮決策者偏好和客觀情況，采取主客觀結合的方法，運用層次分析法(AHP)確定指標的主觀權重，運用熵權法確定客觀權重，并通過最小相對信息熵原理得到組合權重，使所得結果在貼近原來各自權重的基礎上差異最小，結果更加科學合理[12]。

層次分析法計算主觀權重向量W′的步驟：建立層次結構，目標層-準則層-指標層；構造兩兩比較的判斷矩陣；利用判斷矩陣計算各指標的權重，并對判斷矩陣進行一致性檢驗[13]。

熵權法計算客觀權重向量W″的步驟如下：

步驟1構建n個方案m個評估指標的判斷矩陣R=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

步驟2數據歸一化處理，得到標準矩陣B=(bij)m×n。 對于指標量化值越大，岸線開發利用存在的風險越大和越小的指標，分別采用式(1)和式(2)進行歸一化處理。

bij=(xij-xij，min)/(xij,max-xij，min)

(1)

bij=(xij,max-xij)/(xij,max-xij，min)

(2)

式中：xij為第j個方案的第i個評估指標；bij為xij歸一化后的值；xij,min、xij,max分別為第j個方案的第i個評估指標的最小值和最大值。

步驟3確定評估指標的熵:

(3)

式中：Ei為各方案中第i個評估指標的熵；fij為第j個方案第i個指標在該方案中的比重。

步驟4計算評估指標的熵權:

(4)

(5)

2.2 改進物元分析評估模型構建

岸線開發利用風險評估指標體系涉及多指標、多層次，屬于定性與定量相結合的評價問題，且單項指標的評價結果具有不相容性[14]。如何解決指標之間的不相容問題，是建立科學合理岸線風險評估模型的關鍵[15]。物元分析法由我國學者蔡文提出，是專門研究求解不相容問題的一種方法[16-17]。將物元分析法引入到岸線開發利用風險評估中，可有效處理評估過程中的不相容問題，使得評估結果更合理。

傳統物元分析法采用歐式“貼近度”描述待評對象與標準對象的相近程度。然而，歐式“貼近度”僅考慮了待評對象與標準對象向量終點之間的距離，會導致多個待評對象的區分度不高[18]。為此，本文基于灰關聯改進物元分析法建立岸線開發利用風險評估模型，充分反映待評對象與標準對象之間的一致性程度。基于灰關聯改進物元分析法的基本步驟如下:

步驟1構建物元矩陣。岸線開發利用風險評估指標體系中有多個評估指標，記為m個特征，P為待評單元；Ci(i=1,2,…,m)為待評單元中第i項評估指標；Vi(i=1,2,…,m)為對應評估指標Ci的量值，待評單元的物元矩陣為

(6)

步驟2確定經典域、節域。將岸線開發利用風險劃分為r個評估等級，記作Nr(r=1,2,…,t)，Vr=(ari,bri)為Nr關于Ci的量值范圍，即經典域，經典域物元為

(7)

所有評估等級的Nr構成岸線開發利用風險的標準對象Np，Vp=(api,bpi)為Np關于Ci的量值范圍，即節域，節域物元為

(8)

步驟3計算綜合關聯度。待評物元的指標i對評估等級r的灰關聯度的計算為

(9)

步驟4評定等級。若Kq(P)=max{Kr(P)}，則待評物元P屬于q等級。

3 實例應用

將灰關聯改進物元分析法模型運用到長江南京段岸線開發利用風險評估研究中，對長江南京段岸線風險現狀進行評估。

3.1 長江南京段岸線開發利用概況

長江南京段是長江下游進入江蘇境內的首段，上接蘇皖交界的和尚港，下迄寧鎮交接的大道河口，干流長81 km，岸線總長度275.5 km，其中南岸岸線長約100.1 km，北岸長約90 km，江心洲島岸線長約85.4 km[19]。長江南京段岸線分布見圖3。近年來，長江南京段岸線從開發利用為主轉向以管理保護為重，南京市政府加大岸線整治力度，開展了整治非法碼頭、清理三無船舶、騰退重點行業岸線等行動，生產岸線占比由27.7%降為19.4%，生產岸線長度大幅度降低，生態岸線占比由57.7%上升到65.7%，岸線開發利用風險持續減少。

圖3 長江南京段岸線分布

然而，由于經濟發展定位以及歷史遺留問題，長江南京段部分岸線開發利用仍存在諸多問題。目前，長江南京段岸線共分布416個碼頭，已利用岸線約占總岸線長的40%，岸線開發利用強度大，生產型岸線占比過高；局部岸線開發利用布局不合理，部分污染企業布置在水源保護地和生態保護地，威脅居民飲水和生態安全；在長江南京段，列入國家清理整治項目的岸線共有21.8 km，清理整治任務較重，部分違建項目時間久遠，歷史遺留問題多，清理整治難度較大。

3.2 評價標準及長江南京段岸線開發利用風險現狀水平

以長江南京段為評估對象，用AHP-熵權法綜合計算指標組合權重，基于灰關聯改進物元分析法進行綜合評價。根據長江南京段岸線開發利用各指標現狀實際水平，參考國內外已有相關評價標準，結合專家咨詢意見，將風險評估標準劃分為低、較低、一般、較高、高5個等級。對定性指標按照風險評估標準進行評分，相應分值為[0.9,1.0]、[0.8,0.9)、[0.7,0.8)、[0.6,0.7)、[0.4,0.6)，其中各指標對應分值即為該指標的現狀水平值[20]。各定量指標根據其實際現狀值與對應目標值之間的比值作為現狀水平值，其中部分定量指標的目標值及實際現狀值計算方法如表1所示。

表1 部分指標目標值

基于2019年南京市岸線已有數據資料、《南京市2019年水資源公報》《江蘇省長江岸線保護利用規劃》，定量指標與定性指標經歸一化處理后得到現狀水平標準值，長江南京段岸線開發利用各評估指標風險現狀水平見表2。

表2 長江南京段岸線開發利用風險現狀水平

3.3 長江南京段岸線開發利用風險評估

根據AHP確定準則層和指標層的權重進而得到主觀權重，根據熵權法計算得到指標層客觀權重，將主客觀權重耦合得到各指標對應于目標層的組合權重(表3)。

表3 各項指標權重計算結果

按照低、較低、一般、較高、高5個風險等級，則經典域為[0.9，1.0]、[0.8，0.9)、[0.7，0.8)、[0.6，0.7)、[0.4，0.6)，節域為[0.4，1.0]。根據式(9)計算待評物元指標對評估等級的灰關聯度，結果見表4。

表4 待評物元各指標對評估等級的灰關聯度

通過計算得出長江南京段岸線開發利用評估等級的綜合關聯度為

因為K2(P)=max{Kr(P)}，表明長江南京段岸線開發利用風險評估等級為“較低”，岸線管護效果良好。在長江南京段岸線開發利用風險單指標評估中，水質污染風險有6個指標，其中僅有突發事故水污染概率C5指標風險等級為一般，其余指標風險等級均為低或者較低。對長江南京段1990—2020 年發生的水污染事故進行調查統計顯示，突發水污染事故時有發生，2020年南京市中級人民法院更是對某水務公司故意偷排高濃度廢水直入長江開出了天價罰單。由此可見，南京市應加大經濟轉型和第三產業發展，吸引人才和高科技企業落戶，大力發展綠色經濟，同時加強水環境監管治理和污水處理項目的提標改造，嚴格控制排污口水質達標排放和削減污染排放總量，降低突發事故水污染發生概率。

目前生態環境風險指標是控制風險水平的短板，在生態環境風險的5個指標中，港口碼頭分布C8和排污口分布C9為一般風險等級，岸線開發利用率C11為較高風險等級，表明長江南京段岸線開發利用強度大、生產型岸線占比過高等問題仍然突出。為降低岸線生態環境風險水平，有關部門應嚴格岸線管控，清理整頓不符合“長江大保護”等相關規劃的岸線，優化利用效率偏低的岸線，推進岸線生態環境保護和修復。

工程安全風險和管理與應急能力風險的9個指標均為低或者較低。說明長江南京段岸線防洪、供水等工程管護效果良好，管理機構完善，責任明確，管理人員素質過硬，水源地保護區劃分合理，應急響應能力強，上游風險企業制定了應急預案，備用水源地建設完善，一旦遇到突發性污染事件，可以及時妥善處理。

本文評估結果符合長江南京段實際情況，具有較高的可信度。“長江大保護”戰略提出后，南京市政府先后開展了非法碼頭整治、長江干流岸線開發利用項目清理騰退等系列專項整治，取得了階段性成效，長江南京段岸線狀況有所改善，岸線開發利用風險持續減少。

4 結 語

在科學界定岸線開發利用風險內涵和要求的基礎上，從水質污染、生態環境、工程安全和管理與應急能力4個方面，構建了岸線開發利用風險評估指標體系。運用層次分析法確定指標的主觀權重，熵權法確定客觀權重，應用最小相對信息熵原理確定組合權重，得到科學合理的指標權重。基于物元分析法建立岸線開發利用風險評估模型，解決指標間的不相容問題，并且結合灰關聯，對傳統物元分析法中的歐式“貼近度”進行改進，使評估結果更加明確可信。

將改進物元分析法風險評估模型應用于長江南京段岸線，得到其風險評估等級為“較低”，評估結果與實際情況相符，表明該評估模型合理適用。長江南京段岸線在水質污染風險、工程安全風險和管理與應急能力風險控制上，成效顯著，基本維持在低風險水平。但在生態環境風險控制上仍有較大提升空間，需加強管控措施，可通過優化港口碼頭布局、壓減化工產能、優化船舶岸線布局以及重構鋼鐵發展格局等方式降低岸線開發利用風險水平。本文研究方法也可以應用于黃河、珠江等岸線開發利用風險評估，具有普適性。