基于三標度AHP法的河道治理效果模糊綜合評價研究

鄧景柳

(廉江市水利綜合服務中心，廣東 廉江 524400)

近年來，隨著城鎮化建設的不斷深入，城市水環境問題日益凸顯，河道淤積、水體污染、河湖生態功能退化等問題日益成為制約我國經濟社會高質量發展的瓶頸。2022年1月國家發改委印發了《“十四五”重點流域水環境綜合治理規劃》，明確到2025年，基本形成較為完善的城鎮水污染防治體系，城市生活污水集中收集率力爭達到70%以上，基本消除城市黑臭水體。針對河道治理效果評價的研究目前尚不多見，不同領域的專家和學者從各自的研究領域對這一問題提出不同的見解，王耀建[1]等人根據對玉符河近3年的近自然綜合治理，從安全性、水文結構與功能、生態環境、親水性和景觀效果等方面對玉符河治理效果進行了定性評價。劉向陽[2]結合《河流健康評估指標、方法與標準》，首次提出了城市河道生態景觀治理效果評價標準5 大體系，包含河流形態自然化結構體系、河流生態環境功能體系、資源再生、循環利用體系、人本體系、智能監測體系。徐玉萍[3]利用浮游植物完整性指數和底棲動物完整性指數分別對萬平河、東上澳塘、李腰涇河等7條河道進行河流健康評價，為生態河道的治理與管理工作提供重要理論和實踐依據。徐建昌[4]利用ADCP技術對近幾年京杭運河壁虎河口段航道水文數據進行定期監測，通過對比分析整治前后航道水流流速分布情況，對航道整治效果進行評價。尚文凱[5]等人以孫祖河綜合治理工程為例，從生態環境和社會經濟兩方面，考慮21項指標構建起FAHP 模型，計算D 層指標的總排序和總權重向量矩陣，綜合評價孫祖河綜合治理工程效果的后評價結果較好。對項目實施效果進行客觀評價對于提高項目區水環境治理成效具有重要的理論和現實意義，為實現這一目標，本文從實際出發，綜合考慮城市河道治理所產生的工程效益、社會效益、經濟效益及生態效益等，提出一套系統的河道治理效果評價體系，以期為有關部門進行項目考核提供技術參考。

1 評價指標體系的確立

在進行項目評價時，指標的選取至關重要，在很大程度上決定著評價結果的正確與否，必須充分考慮指標體系的系統性、代表性、可操作性及科學性，從中選取最能夠反映項目主要特征的指標。根據層次分析法“目標層-準則層-指標層”的評價體系構建思路，首先確立“河道治理效果評價”作為目標層，準則層又可視為評價對象的一級指標層，通常也認為是目標層的概述性指標，主要是從宏觀的角度對目標層可能產生的效益進行評價，本文中通過實施河道治理工程，將會產生直接的工程效益和生態效益，其次是社會效益和經濟效益，因此本文將河道治理過程中產生的工程效益、生態效益、社會效益和經濟效益作為評價指標的準則層[6-7]。指標層則為評價對象的二級指標，是對準則層的進一步細化，指標層的選取是整個評價體系的關鍵，必須充分考慮所選取指標的系統性、代表性、科學性和可操作性。至此，項目評價指標體系構建完成。

1.1 工程效益

河道最重要的功能首先是防洪排澇，實施河道治理工程，主要也是為了保證河道通暢，能夠宣泄多余洪澇水，在確定工程效益所屬指標層時，可采用河道治理標準、過流能力、河流水系通達率等指標進行評價[8]。河道治理標準直接決定著河道整治工作的品質，一般要求河道治理標準最少應不低于河道的行洪排澇標準，河道治理標準越高，則抵御洪水能力越強，相應治理成效也就越好。其次，過流能力是更能反映河道洪水標準的另一重要指標，通過實施河道清淤疏浚主要就是為了增大過流斷面，從而提高河道過流能力，根據設計洪水標準不同，每條河道都有規定的設計流量，實施河道治理工程后，應保證河道過流能力不低于設計值。最后河流水系通達率則是考察河道是否通暢的重要指標，經過治理后的河道應破除沿河主要阻水建筑物及斷頭浜，保證河流水系正常的連通性[9-10]。

1.2 生態效益

近年來，河道生態功能越來越受到重視，根據習近平總書記生態文明思想，綠水青山就是金山銀山，在統籌經濟社會發展的同時要更加關注生態文明建設。對河道整治生態效益的界定，本文認為可采用河道生態流量、河流生物多樣性指數、河流水質等指標進行判斷[11]。對于生態流量的概念，目前尚無定論，我國現有的有關文件或技術標準中對這一概念也未給出標準表述。我國水利和生態環境部門出于生態流量監測考慮提出“生態流量”的概念，是指為保障河流環境生態功能，維持水資源可持續開發利用，而不至于發生生態環境惡化所必須保證下游河道的最小流量，對生態流量的計算方法概括起來主要有4類：水文學法、水力學法、生境模擬法和整體分析法[12-14]，對生態流量的確定宜化繁為簡，可直接采用現有規劃成果。生物多樣性指數是指生物群落中種類與個體數的比值，是物種豐富度和均勻度的函數，是用來描述一個群落的多樣性的統計量，其常用的測度方法通常有3種：物種豐富度指數、優勢度指數和信息指數(香農-維納指數)。河流水質指標也是能較為可靠地反映河道整治效果的重要指標，《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)采用不同的指標對地表水質類別進行了劃分，可作為判斷河流水質的重要依據。

1.3 社會效益

從項目性質來看，河道治理工程屬于公益類項目，除傳統的防洪除澇，改善生態等功能外，還存在一定的社會效益，所謂的社會效益是指項目實施后為社會所作的貢獻。對社會效益的度量可采用文化生活的提升率和群眾滿意度指標。文化生活提升率指標主要是反映項目實施后通過增加親水步道、景觀平臺等文化設施來提升群眾文化生活質量的程度。群眾滿意度指標則是反映群眾對河道整治效果的滿意程度，和文化生活提升率指標類似，上述指標主要是通過公眾調查法進行分析判斷。

1.4 經濟效益

河道整治項目實施后通常還會帶來一定的經濟效益，最直接的體現通常表現為土地、房價等的增值，在考慮通貨膨脹影響的情況下，土地增值量通常以土地價格上漲幅度差來計算，即：

土地增值量=Pi-P0(1+f1)(1+f2)…(1+fi)

式中：

Pi——土地現價；

P0——土地基價；

fi——第i年的通貨膨脹率[15]。

其次，項目實施后，通過提升整體環境，對周邊經濟發展也會形成一定的帶動作用，有助于提升周邊經濟整體水平，從這個層面來看，河道整治經濟效益的評價也可用對周邊影響力來度量。

2 河道整治效果評價體系構建

2.1 確定評價指標體系

根據評價指標選取的主要原則，本文從工程效益、生態效益、社會效益、經濟效益四個層面構建了河道治理效果評價指標體系，并選取了10項二級指標作為河道治理效果評價指標層，河道治理效果評價指標體系見表1所示。

表1 河道治理效果評價指標體系

2.2 改進層次分析法計算指標權重

本文采用改進的三標度法代替傳統的九標度法，在指標重要性判定中只考慮“A比B重要”、“A與B同等重要”、“A沒有B重要”三種情況，并分別以“1”、“0.5”、“0”進行等效替代，改進的三標度法較大程度上降低了計算量，同時提高了判斷矩陣收斂速度，在實踐中具備較強的操作性，具體計算方法如下[16]：

1)三標度法構建判斷矩陣

根據評價指標的重要性排序，利用三標度法構建互補性判斷矩陣F=(fij)n×n。

(1)

式中：

fij——指標C(i)、C(j)的重要性判斷。

將互補性判斷矩陣F=(fij)n×n轉換為判斷矩陣R=(Rij)n×n，轉換方法如下：

(2)

(3)

2)計算權重向量

① 計算初始權重。采用行和歸一法計算初始權重向量，具體公式如下：

W(0)=(w1，w2，…，wn)T

(4)

② 構造互反型矩陣。采用式(5)將矩陣R=(Rij)n×n轉換為互反矩陣P=(Pij)n×n，公式如下：

(5)

③ 求解更高精度向量。從初始向量開始進行循環迭代計算，即令Tk+1=P·Tk，直至‖Tk+1‖∞-‖Tk‖∞<ε(ε≤10-5)時，此時計算得到的‖Tk+1‖∞即為最大特征值，將此時的Tk+1做歸一化處理，即可得到指標權重系數，至此權重計算結束。

2.3 模糊綜合評價法構建隸屬度矩陣

河道治理效果評價是一項涉及多因素綜合評價的復雜課題，在多目標決策中由于部分指標通常具有較強的不確定性，容易影響最終評價結果。模糊綜合評價法特有的模糊變換理論在某些模糊性強、難于量化的問題中具有較強的適用性。為此，本文選取模糊綜合評價法對河道治理效果進行綜合評價[17]。在確定指標隸屬度時，考慮到評價指標體系中多數指標難以直接量化，本文采用專家賦分法對指標體系進行綜合評價，根據項目目標層確定河道整治效果依次為很好、較好、中等、一般、較差共計5個等級，由各位專家依次對準則層中各項指標實現情況進行評定。對評定結果進行整理，即可形成各指標的判斷矩陣，結果如下：

(6)

3 實例應用

3.1 研究區概況

廉江河發源于石城鎮流沙埇，經高垌、那良、五里、東蓮塘、廉城、西瓜坡、北埇仔、鎮江村、三叉灣，至新民平塘匯入九洲江，其為九洲江左岸的一級支流。 廉江河全流域河長為26.7 km，集雨面積為161.1 km2，河道平均比降為 0.80‰。廉江河現狀防洪排澇標準偏低，河道彎曲狹窄，淤積嚴重，泄洪不暢，導致沿岸地區常遭洪水侵襲，同時廉江河沿岸地區由于歷史原因，城市建設缺少控制，生態污染嚴重，無法承擔廉江城市中心的功能。為了保護人民生命財產安全，完善城市服務功能、提升城市空間品質，本次按照50年一遇防洪標準對廉江河自青年運河至北部灣大道河段共計16.92 km范圍內進行綜合整治，重點解決河道行洪通暢，提高廉江河綜合防災減災能力，改善廉江河水體水質；恢復河道功能，美化綠化河道兩岸環境，完善沿河景觀網絡，為附近居民提供親水休閑場所，將廉江河上游段打造成河暢、水清、堤固、岸綠、景美的自然生態景觀河，支持廉江經濟社會可持續發展。

3.2 指標權重計算

根據改進的層次分析法，綜合考慮各項指標相對重要性判斷結論，按照相應步驟依次計算廉江河綜合治理效果評價指標各項權重，計算結果見表2所示。

表2 廉江河治理效果評價指標權重

3.3 構建隸屬度矩陣

本項目涉及的部分評價指標具有模糊性強、難以量化的特點，同時個別指標還需要結合實際工程經驗方能做出準確的判斷，因此本文采用專家賦分法進行隸屬度判定。結合本項目的實施，邀請了行業內多位專家對廉江河治理效果進行現場賦分。為便于后期統計，對各項指標的評價結果設置了良好、較好、中等、一般、較差共5個等級，由各位專家對各項指標評價結果進行選擇，最后統計各等級所對應的專家人數，并核算百分比作為各指標的隸屬度值。

表3 廉江河治理效果評價指標隸屬度

根據各評價指標隸屬度計算結果，經整理后得到河道整治工程效益、生態效益、社會效益、經濟效益等評價指標的隸屬度矩陣，依次為S1、S2、S3、S4，其中：

3.4 河道治理效果綜合評價

3.4.1多級效果評價

根據改進層次分析法確定的各項指標權重W1、W2、W3、W4及相應隸屬度矩陣依次對廉江河治理工程效益、生態效益、社會效益、經濟效益進行多級評價，結果如下：

1)工程效益

C1=W1·S1=(0.385，0.332，0.283)·

=(0.038 5，0.520 0，0.384 9，0.056 6，0)

2)生態效益

C2=W2·R2=(0.404，0.315，0.281)·

=(0.080 8，0.615 8，0.303 4，0，0)

3)社會效益

C3=W3·R3=(0.642，0.358)·

=(0，0.335 8，0.364 2，0.300 0，0)

4)經濟效益

C4=W4·R4=(0.588，0.412)·

=(0，0.158 8，0.306 0，0.535 2，0)

按照最大隸屬度原則，廉江河治理效果評價各指標中工程效益、生態效益、社會效益、經濟效益評價等級依次為較好、較好、中等、一般。

3.4.2廉江河治理效果綜合評價

根據廉江河多級評價矩陣可進行最終的綜合評價，其中綜合評價的隸屬度矩陣：

U=(C1，C2，C3，C4)=

綜合權重W=(0.401，0.315，0.202，0.082)，據此計算廉江河治理效果綜合評價隸屬度矩陣：

C=W·U=(0.401，0.315，0.202，0.082)·

=(0.041，0.483，0.349，0.127，0)。

從綜合評價結果來看，約有4.1%的專家認為廉江河綜合治理效果為良好，48.3%的專家認為廉江河綜合治理效果為較好，34.9%的專家認為廉江河綜合治理效果為中等，12.7%的專家認為廉江河綜合治理效果為一般，0%的專家認為廉江河綜合治理效果為較差，根據最大隸屬度原則，廉江河綜合治理效果應評價為較好，87.3%以上的專家認為廉江河綜合治理效果達到中等以上水平。

4 結語

河道治理項目的實施能有效地改善城市水環境，對項目實施效果進行客觀評價對于解決好城市水環境治理問題具有重要的現實意義。本文以廣東省廉江河綜合治理項目為例，引用改進層次分析法對廉江河治理效果進行綜合評價。根據評價結果，廉江河治理產生的工程效益、生態效益、社會效益、經濟效益評價等級依次為較好、較好、中等、一般，廉江河治理效果綜合評價為較好，評價結論整體上肯定了廉江河治理成效，同時也指明了今后在治理過程中應進一步強化其在社會效益和經濟效益方面的作用，使項目在保證工程效益和生態效益的同時兼顧社會功能和經濟功能。