基于熵权综合健康指数法的沂河健康评价研究

赵江辉　沈国浩　秦　伟

(太仓市水利局， 江苏 太仓　215400)



基于熵权综合健康指数法的沂河健康评价研究

赵江辉沈国浩秦伟

(太仓市水利局， 江苏 太仓215400)

【摘要】本文选取10项河流健康综合评价指标，引入信息熵理论确定指标权重，建立河流健康综合评价模型，运用综合健康指数法对沂河健康状况进行综合评价。结果表明：沂河目前综合健康指数为0.582，处于亚健康状态。评价结果基本切合实情，可见该方法是可靠的及适用的。评价结果也为沂河综合治理和科学管理提供了参考依据。

【关键词】河流健康评价； 熵权综合健康指数； 沂河

健康河流不仅具有良好的生态系统，还应兼备水资源开发利用、水能利用、防洪排涝、休闲娱乐等合理的社会服务功能，是维系人类生存的基础和社会发展的保障。为了解河流健康状态，提高其管理质量，引入评价机制是有助且必要的。国外对河流健康评价研究起步较早，具有代表性的有RBP、RCE、ISC、GRS等多指标评价方法[1]。国内对黄河与珠江流域河流、城市河流等健康评价也进行了相应研究。层次分析、模糊评价等方法确定指标权重计算繁琐，且受人为干扰，可能致使评价结论与实际有偏差，引致河流管理决策失误。为此，笔者以沂河为研究对象，引入信息熵理论确定指标权重，选用综合健康指数法进行河流健康评价，以供河流进行全面科学“治管”参考。

1熵权综合健康指数法

1.1建立评价指标体系

评价指标的科学合理确定十分必要，对河流有效治理和长效管理具有重要的导向作用。评价指标不但应易于描述、理解与监测，同时还应便于考核管理及拟策应对[1-2]。此外，鉴于河流水质具有时空差异性，在评价过程中为使评价结论更加契合河流实情，明确时空尺度是首要前提。综上要求，结合沂河自身特点，笔者采用文献[1]中提出的7个评价对象、10项评价指标分别作为一级指标、二级指标建立河流健康评价指标体系，见表1。

表1　河流健康评价指标体系

1.2计算指标归一化值

河流健康是相对的，自然健康河流现今难觅，因此需建立基准点，在参照比对的基础上进行河流健康状况评估。选取并无量纲化处理某一时间序列，即归一化处理序列中某一指标相对最佳值为1，则其余归一化后值为其与最佳值之比或其倒数。具体就是，若相对最佳值为序列各时间点中的最大值，则其余值归一化后值为其与最大值之比值；反之，若相对最佳值为序列各时间点中的最小值，则其余值归一化后值为其与最小值比值之倒数。

1.3确定指标权重

多指标评价重点在于权重确定。采用熵值法确定指标权重，该法属客观赋权法，可避免主观赋权法易受专家主观意识影响所招致的偏差。对于n个样本m个指标构成的初始判断矩阵，运用熵值法确定指标权重，计算步骤如下[3-4]：

a.构建初始判断矩阵R=(xji)n×m。

b.对R进行归一化处理，得归一化判断矩阵B，B中元素的表达式为

(1)

或

(2)

式中xmin，xmax——同指标不同样本中最不佳者或最佳者。

c.指标的熵为

(3)

d.确定评价指标熵权，其计算公式为

(4)

1.4计算熵权综合健康指数

为综合评判河流健康状况，不妨界定熵权综合健康指数(以下简称EWCHI)取值范围为[0，1]，EWCHI=0为最差，EWCHI=1为最佳。为不失一般性，现将反映河流健康状态的EWCHI划成以下5个健康等级：ⓐ健康，0.8

EWCHI计算公式为

(5)

式中m——指标数；

Ii——第i个指标之归一化值，0≤Ii≤1；

wi——第i指标的权重。

2沂河健康综合评价

沂河为沂沭泗水系中较大的河流，位于鲁南与苏北，曾为古淮河最大支流泗水之支流，源出鲁山，流经沂源、沂水等鲁6县市，至苏邳州市入新沂河，抵燕尾港入黄海。近年来，随着经济社会快速发展，在水资源开发利用过程中，水环境安全形势愈显严峻，因此沂河引入健康评价愈显必要。

2.1指标归一化处理

根据河流健康评价有关原则及要求，同一空间尺度条件下，选取1992年、2003年和2014年组成时间序列，对沂河健康状况进行综合评价，各指标值均参照文献[1]以及文献[5]提出的方法进行计算(本文不再赘述)，各指标及其归一化值见表2。

表2　沂河健康评价指标值及其归一化值

2.2确定指标权重

首先构建沂河健康综合评价初始判断矩阵R：

然后归一化处理判断矩阵R，得归一化判断矩阵B:

再根据式(3)，计算确定评价指标的熵H：

最后根据式(4)，计算确定评价指标熵权w：

2.3计算沂河EWCHI

对照表2，由式(5)计算出沂河1992年、2003年和2014年的EWCHI，以及与之对应的健康等级，见表3。

表3　沂河EWCHI及健康等级

2.4评价结果与分析

由表3可见，1992年、2003年及2014年沂河熵权综合健康指数处于递减走势，健康等级也由健康状态逐步过渡至亚健康状态，这也就进一步说明，沂河健康状况总体上正呈现下坡趋势。评价结果基本契合实情。20世纪90年代以来，人类活动对沂河生态环境干扰较大。评价结果应该引起有关部门高度重视，通过采取工程性措施、生物性措施及非工程性措施等对沂河进行综合治理，并加强管理，建立一套行之有效的长效管理机制。

3结语

根据国内外有关河流健康的定义、评价指标确定思路及时空尺度要求，建立文中表1所列河流健康评价指标体系，引入信息熵理论确定指标权重，可有效防止人为主观干扰，使评价结果更符实际。本文计算结果与沂河实际情况基本符合，可见用熵权综合健康指数法进行河流健康评价是可靠及适用的。这也为河流科学“治管”提供了依据，以促河流健康发展。

参考文献

[1]蔡守华,胡欣.河流健康的概念及指标体系和评价方法[J].水利水电科技进展,2008,28(2):23-27.

[2]刘瑛,高甲荣,崔强,等.4种国外河溪健康评价方法述评[J].水土保持通报,2009,26(3):40- 44.

[3]邱菀华.管理决策与应用熵学[M].北京:机械工业出版社,2001:32-86.

[4]戈锋,叶春,冯冠宇,等.基于熵权综合健康指数法的太湖湖滨带水生态系统研究[J].内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),2010,39(6):623- 626.

[5]李瑞金.沂河健康评价与生态修复对策[D].扬州大学,2009.

Research on Yihe River health evaluation based on entropy weight comprehensive health index method

ZHAO Jianghui, SHEN Guohao, QIN Wei

(TaicangWaterConservancyBureau,Taicang215400,China)

Abstract：In the paper, 10 river health comprehensive evaluation indicators are selected. Information entropy theory is introduced to determine index weight. Comprehensive evaluation model of river health is established. Comprehensive health index method is utilized for comprehensive evaluation on Yihe River health condition. The results show that current comprehensive health index of Yihe River is 0.582, which is in the state of sub-health. The evaluation results are basically consistent with actual condition, and it is obvious that the method is reliable and applicable. The evaluation results also provide reference basis for Yihe River comprehensive control and scientific management.

Key words：river health evaluation; entropy weight comprehensive health index; Yihe River

中图分类号：TV214

文献标志码：A

文章编号：1005- 4774(2016)01-0049-04

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.01.014