基于BWM-CRITIC-TOPSIS的幸福河湖綜合評價模型

朱 潔，馮建剛，高玉琴，郭子琛，鄭 航

(1.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098；2.河海大學農業科學與工程學院，江蘇 南京 210098；3.江蘇蘇邑設計集團有限公司，江蘇 南京 210012)

2019年，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上，發出了讓黃河成為造福人民的幸福河的偉大號召，為新時期河湖治理保護指明了方向[1]。許多學者對幸福河湖的概念、內涵等基礎問題進行了研究與探索，并開展了幸福河湖評價等方面的研究。左其亭等[2]認為幸福河就是造福人民的河流。胡瑋[3]認為幸福河湖是讓人賞心悅目、心情愉悅，能滿足國民經濟高質量發展、人民高端需求的健康河湖，其實質是人與自然和諧，實現治水新格局，關鍵在于河流湖泊保護與治理。陳茂山等[4]認為要從人的角度、河流的角度、人與河流的關系3方面把握幸福河內涵。幸福河研究課題組[5]將幸福河定義為能夠維持河流自身健康，支撐流域和區域經濟社會高質量發展，體現人水和諧，讓流域內人民具有高度安全感、獲得感與滿意度的河流。韓宇平等[6]從流域自然屬性、社會經濟屬性、人水和諧關系3方面出發，選取26項指標構建幸福河評價指標體系，并基于需求層次論對黃河流域進行評價；左其亭等[7]以安全運行、持續供給、生態健康、和諧發展4大判斷準則為框架構建幸福河評價指標體系，采用“單指標量化-多指標綜合-多準則集成”方法，定量計算黃河流域幸福河指數；程常高等[8]以河流狀態、河流壓力、河流管理、經濟服務4個方面作為準則層，選取20項指標構建幸福河湖評價指標體系，并將其應用于太湖流域；貢力等[9]針對幸福河湖建設目標，建立了包含23個核心指標和27個備選指標的指標體系，并基于ERG需求模型對幸福河湖進行綜合評價；陳隆吉等[10]構建河流健康性和宜居性兩方面協調發展的幸福河建設評價模型，并利用該模型評估了飛云江幸福河建設狀況。現階段幸福河湖研究主要從概念、內涵方面進行理論探索，關于建立符合研究區河湖與區域社會經濟環境協調發展特點的評價指標體系及評價方法仍欠缺。

TOPSIS模型是根據評價對象與理想方案的相對接近程度對評價對象整體排序，以確定相對優劣的評價方法，其具有對原始數據利用充分、計算簡單易行、評價結果較為可靠的優點，被廣泛應用于河長制績效[11]、水資源承載力[12]、城市防洪體系[13]和河流健康[14]等生態文明建設領域的效益評價，幸福河湖作為新時代河湖治理的新目標，是生態文明建設理念的重要體現。本文以幸福河湖概念及內涵為基礎，從安全河湖、健康河湖、富民河湖及文化河湖4個方面構建幸福河湖綜合評價指標體系，構建BWM-CRITIC-TOPSIS評價模型，并應用于浙江省某市幸福河湖綜合評價，以期為幸福河湖評價與建設提供技術支撐。

1 幸福河湖的概念及內涵

幸福河湖的研究對象是河流湖泊系統，主體是河流湖泊，客體是河湖載體及其相關事物。在新時代的江河治理需求下，幸福河湖已經不是純粹的包含河湖生態環境保護的范疇，而是更加具有主觀性、區域性與動態性，需要綜合安全、環境、生態、文化、經濟等多方面協調發展的新概念[7]。結合心理學中幸福的概念，幸福河湖應是能夠讓居民獲得幸福感的河湖。在心理基礎需求和發展需求兩方面，一方面通過人水關系提供群眾心理滿意度，另一方面需要通過人類的主觀能動性，尤其是先進的河湖治理措施，保證河湖服務功能持續提供的能力[15]。

本文認為幸福河湖是指能夠防御災害、提供穩定安全供水、水環境優美、人水關系和諧，讓人民具有高度安全感與滿意感的安全河湖、健康河湖、富民河湖和文化河湖的集合與統稱。幸福河湖是基于可持續發展框架進行的，其內涵主要包括以下4個方面：

a.幸福河湖是安全河湖。河流湖泊在調蓄洪水、供給水源等方面為人類社會提供安全穩定的發展條件。幸福河湖既需要維持洪澇災害影響可控，又能夠為人類提供安全的水資源。

b.幸福河湖是健康河湖。河流湖泊生態系統不僅能夠凈化污染物，又能夠為附近居民提供良好宜居的生活環境，而保證河湖健康、生態系統良性循環是持續提供服務功能的前提。

c.幸福河湖是富民河湖。河流湖泊提供豐富的水資源支撐經濟社會發展，但對河湖開發利用應有一定限度，做到人與河湖和諧發展，托底經濟健康長效發展。

d.幸福河湖是文化河湖。河流湖泊有其獨特的自然景觀與河湖文化，幸福河湖的水文化能夠使公眾獲得滿足感，同時積極推進水文化建設，以增強人們保護河湖的意識，傳承水文化。

綜上，幸福河湖內涵可表述為：保障河湖安全及水資源供需平衡、維持河湖生態系統健康穩定、持續滿足人類社會發展需求、承載豐富河湖文化，實現人與河湖和諧相處。

2 幸福河湖綜合評價指標體系

幸福河湖評價是評估幸福河湖建設成果的標尺，其指標體系科學與否直接影響到綜合評價的結論。本文依據幸福河湖概念及內涵，遵循完整性與簡潔性并重、科學性與可操作性并重、通用性與針對性并重的原則，以安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖4方面內涵作為準則層，構建包括目標層、準則層和指標層的3層評價指標體系。綜合運用文獻閱讀法和理論分析法初選指標，采用專家咨詢法進行指標優選，最終確定17項指標，構建幸福河湖綜合評價指標體系，如圖1所示。

3 幸福河湖評價模型

3.1 確定評價指標集

依據評價指標體系(圖1)，分層次建立評價指標集，包括目標層、準則層、指標層。

圖1 幸福河湖綜合評價指標體系

3.2 確定評價標準集

參考國內外評價標準，結合有關河長制、河湖健康以及幸福河湖相關文獻，將幸福河湖評價標準劃分為5個等級：Ⅰ級(優)、Ⅱ級(良)、Ⅲ級(中)、Ⅳ級(差)和Ⅴ級(極差)。具體分級標準如表1所示。

表1 評價指標分級標準

3.3 確定指標權重

3.3.1最優最劣法確定主觀權重

最優最劣法(BWM)是荷蘭學者Rezaei[16]提出的一種確定指標主觀權重的方法，其通過從一系列指標中選出最優和最劣兩種指標，分別與其余指標進行比較，能夠簡化煩瑣過程，減少數據量，降低由于數據過多而導致的失誤，更易通過一致性檢驗，提高可靠性[17-18]。具體步驟如下：

步驟1在準則層中根據專家組意見選取最優(最重要)指標DB和最差(最不重要)指標DW。

步驟2采用1～9分制確定最優指標相對于其他指標的重要性。通過最優指標和其他指標相對重要度的兩兩比較，分別得到對應的標度，表示為比較向量AB=(aB1,aB2,…,aBn)。aBj表示最優指標DB相對于指標Dj的重要性，1表示兩者同等重要，9表示最優指標相對后者極端重要，顯然aBB=1。

步驟3采用1～9分制確定其他指標相對于最差指標的重要性。通過其他指標和最差指標相對重要度的兩兩比較，分別得到對應的標度，表示為比較向量AW=(a1W,a2W,…,anW)T。ajW表示指標Dj相對于最差指標DW的重要性，1表示兩者同等重要，9表示前者相對最差指標極端重要，顯然aWW=1。

步驟4采用線性BWM模型，得出最優指標權重：

(1)

(2)

minξ

(3)

(4)

(5)

3.3.2CRITIC法確定客觀權重

CRITIC法是由Diakoulaki等[19]提出的一種客觀權重賦值法。該方法基于評價指標的對比強度與指標之間的沖突性反映指標信息量，對比強度與沖突性越大則反映信息量越多，相應指標權重越大[20]。該方法結合了相關性權數和信息權數，具有顯著的優越性。

步驟1假設有m個待評價樣本，n項評價指標，建立幸福河湖綜合評價的原始數據矩陣為A=(aij)m×n。

步驟2為消除各指標量綱不同、數量級不同等因素對數據分析的影響，對數據進行標準化處理，得到標準化矩陣X=(xij)m×n。對于指標取值越大越優的正向指標和指標取值越小越優的逆向指標，標準化處理公式分別為

(6)

(7)

對于雙向指標，指標取值在某一范圍[a,b]時最佳：

(8)

式中：aij為指標原始數據值；ajmax為指標j的最大值；ajmin為指標j的最小值。

步驟3計算指標變異性Sj。指標變異性以標準差的形式來表現：

(9)

步驟4計算指標沖突性Rj：

(10)

式中rij為指標i和指標j之間的相關系數。

步驟5計算信息量Gj：

Gj=SjRj

(11)

(12)

3.3.3組合權重

(13)

通過拉格朗日乘子法，得到組合權重為

(14)

3.4 TOPSIS法綜合評價

TOPSIS法又稱優劣解距離法，通過計算評價對象與最優解、最劣解之間的歐氏距離，獲得評價對象與理想解的貼近度，對評價對象進行相對優劣評價[11]，其評價結果可靠，常用于生態文明建設領域等效益評價。計算步驟如下：

步驟1計算加權決策矩陣Z。將組合權重值wj與標準化矩陣X相乘，計算得到加權標準化矩陣Z=(zij)m×n，其中zij=wjxij。

步驟2確定正理想解和負理想解：

(15)

(16)

步驟3計算各年份中評價指標的向量值到正、負理想解之間的歐氏距離：

(17)

(18)

步驟4計算相對貼近度：

(19)

貼近度表示各年份幸福河湖建設綜合評價水平與最佳水平的靠近程度，取值區間為[0,1]，Ci越大，幸福河湖綜合評價水平越高；Ci越小，幸福河湖綜合評價水平越低。

為更加科學地分析評價結果，參考幸福河湖綜合評價相關資料文獻[7,9,22]，將幸福河湖綜合評價水平劃分為5個等級，具體分級標準如表2所示。

表2 幸福河湖評價等級標準

3.5 障礙度模型

在幸福河湖評價基礎上，引入障礙度模型，用于診斷影響幸福河湖評價水平的主要障礙因子，有利于發現制約幸福河湖建設的關鍵因素，提出改善措施，進而完善幸福河湖建設。具體計算公式為

(20)

其中

Ij=1-xj

式中：Oj為障礙度，即各指標對幸福河湖綜合評價水平的影響程度；Ij為指標偏離度，即各指標標準值xj與幸福河湖最佳目標之間的差距。

4 實例驗證

4.1 研究區概況

某市位于浙江省中部，市域內江河分屬3大水系，集雨面積在50 km2以上的江溪有76條?！笆濉币詠恚撌惺冀K堅持“綠水青山就是金山銀山”的發展戰略，推進全市生態文明建設，不斷深化以河長制為抓手的環境綜合治理工作機制，持續推動該市水生態環境改善。截至2020年8月，該市已創建省、市美麗河湖18條(個)，成為全國首批黑臭水體消除比例100%的地市之一，治水工作走在前列。

4.2 數據來源

選取17個代表性指標對2015—2019年該市幸福河湖狀況進行綜合評價。研究指標數據來源于《浙江省自然資源與環境統計年鑒》《浙江省水資源公報》、市水資源公報及水利局、統計局等相關單位官網公開的信息，文化河湖層指標數據采用問卷調查法獲得。對以上資料信息進行計算整理得到評價指標原始數據，即可得到原始數據矩陣A=(aij)5×17。

4.3 權重確定

根據BWM法分別確定準則層和指標層的權重從而得到主觀權重，根據CRITIC法運算公式計算得到客觀權重，最后根據式(14)將主客觀權重耦合得到組合權重。指標權重計算結果如表3所示。

表3 指標權重計算結果

4.4 TOPSIS評價

首先根據標準化矩陣及各指標的組合權重得到加權決策矩陣Z，再根據式(15)(16)確定各指標的正理想解和負理想解，然后采用式(17)(18)計算出各年份中評價指標值到正、負理想解之間的歐氏距離，最后計算各年份幸福河湖評價指標值與理想解的貼近度(表4)。將貼近度定義為幸福河湖綜合評價水平。

表4 幸福河湖綜合評價貼近度

為了深入分析某市2015—2019年的幸福河湖變化特點及原因，進一步計算安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖4個子系統的相對貼近度，據此分析該市幸福河湖及各子系統的變化特征，幸福河湖及各子系統相對貼近度見圖2。

圖2 2015—2019年某市幸福河湖及各子系統綜合評價

由表4和圖2可知，該市幸福河湖建設水平持續上升，近幾年河湖治理工作取得明顯成效。近年來，該市投入專項資金高標準推進河湖長制建設、美麗河湖建設、農村水系激活工程等，以“河長制”為抓手，探索“四化”管理模式，以“安全、美麗”為標準，推進美麗河湖建設，以“幸福城”為目標，打造綠色生態廊道等，這些措施對河湖安全、環境、區域經濟發展以及人民群眾幸福河湖滿意度均有所貢獻，提高了幸福河湖綜合水平。

安全河湖子系統評價值總體呈上升趨勢。2015年安全河湖狀況最差，為Ⅴ級，地區河湖安全形勢較嚴峻。2016年，因洪澇預警能力提高、洪澇損失占GDP比例較上年明顯下降，河湖安全狀況有所改善，達到Ⅱ級。2017年供水保障率與水利工程設施完好率雖繼續提升，但由于洪澇損失占GDP比例相對2016年增長20.63%，安全河湖水平下降為Ⅲ級。2017—2019年安全河湖各項指標均向好發展，其貼近度在2018年、2019年保持在0.9以上，達到Ⅰ級。這說明近年來該市注重防御自然災害、保障供水安全，安全河湖水平得以提升。

健康河湖與富民河湖子系統評價值總體呈上升趨勢，但較為波動，這說明保持河湖生態環境健康與促進經濟社會可持續發展的困難性。濕地占地比例2015—2016年下降較大，此后基本保持穩定，水土流失治理率穩步提升，萬元GDP用水量持續降低，說明該市注重河湖生態系統的良好運轉與經濟社會可持續發展。

文化河湖子系統評價值2015—2019年持續提升，自Ⅴ級提升至Ⅰ級。歷史河湖文化遺產保護程度、公眾河湖治理參與度、河湖法律法規建設程度、公眾幸福河湖滿意度呈穩步增長態勢。

4.5 障礙度因子診斷

采用式(20)計算2015—2019年某市幸福河湖綜合評價17項指標的障礙度，結果見圖3。統計出各年障礙度排序前5名的指標如表5所示。

從圖3和表5可以看出，總體而言，不同年份影響該市幸福河湖綜合評價水平的障礙因子有差異，可以發現前期障礙指標數量較多且在4個準則層均有分布，后期障礙指標數量減少至5個，集中在健康河湖與富民河湖準則層上，尤其在2019年，水資源開發利用率(C12)與濕地占地比例(C8)的障礙度之和超過了70%。究其原因是該市濕地資源本身相對匱乏，且2019年濕地占地比例與2015年相比下降了14.74%，今后需采取多種措施保護與恢復濕地，改善河湖生態環境。水資源開發利用率過低會阻礙經濟社會發展，過高則會導致水資源短缺等問題，不利于經濟社會可持續發展，2019年該市水資源開發利用率過低阻礙了富民河湖水平的提升。為進一步提高幸福河湖水平，力求在保護河湖生態環境的同時合理開發利用河湖水資源，協調好健康河湖與富民河湖的關系。

圖3 2015—2019年某市幸福河湖障礙度

表5 2015—2019年某市幸福河湖主要障礙因子排序

綜上所述，某市幸福河湖狀況持續向好，但仍有較大提升空間，在健康河湖和富民河湖準則層上有所欠缺，水資源、經濟發展、生態環境保護三者之間存在矛盾。今后應更加注重人水和諧，合理利用水資源，提高水資源利用效率，促進河湖系統與社會系統、經濟系統協調發展，支撐區域經濟社會高質量發展；進一步提高河湖管理與現代化建設水平以保障河湖安全，提升河湖保護宣傳與公眾參與度來推進先進水文化建設，積極促進安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖四位一體建設，打造幸福河湖。

5 結 論

a.以幸福河湖概念及內涵為基礎，建立幸福河湖建設評價指標體系，構建BWM-CRITIC-TOPSIS模型并應用于2015—2019年浙江省某市幸福河湖評價。評價結果表明該市幸福河湖建設水平持續上升，自Ⅳ級提升至Ⅱ級。

b.BWM-CRITIC-TOPSIS模型適用于幸福河湖綜合評價，通過評價浙江省某市2015—2019年幸福河湖建設水平對模型進行了驗證。

c.濕地占地比例、水資源開發利用率等指標制約某市幸福河湖等級的提升，提出了合理利用水資源，促進河湖系統與社會系統、經濟系統協調發展，提高水資源利用效率等方面建議。