基于模糊数学的河道健康综合评价方法研究

单红喜

（大丰区小海水利管理服务站，江苏 盐城 224100）

1 概述

目前，许多国内外学者已经开展了一些研究工作[1]，但是关于河道健康评价问题较为复杂和抽象，还没有形成一套完整的评价方法。河道健康评价大都停留在河道生态系统健康的基础上[2-3]，但河道健康的指标众多，缺少系统的综合评价。本文采用模糊数学原理，结合多项指标，研究河道健康综合评价方法。并且基于VS平台，结合上述河道健康评价方法，开发河道健康评价软件。河道健康综合评价方法能够克服以往评价方法的片面性，充分反映河道各项指标的健康程度，对河道健康治理提供了有力的支持。

2 河道健康评价指标体系

2.1 评价指标体系的构建

确立河道健康评价指标体系是以修复河道功能为目标，使其达到河道健康的要求。河道健康不仅表现在生态多样性、自净功能等自然功能方面，还应该具有社会涵义，即维持河道对人类社会提供的各种功能。因此，构建河道健康指标体系的总体原则是科学性、代表性、可行性和可操作性[4]。

（1）生态功能

生态功能是河道健康的重要指标，生态系统所有生命系统最基本因素就是依水而生。河流是一个完整的连续体，上下游、左右岸构成一个完整的体系，依赖于河流径流丰枯而兴衰的河流生态系统健康，是河流生机和活力的重要体现。

（2）社会经济价值

河流的社会经济价值，是指河流的服务功能，是河流对流域内社会经济的支撑和贡献。河流的开发利用是保障社会经济发展的重要基础，对河道的合理利用是可持续发展的重要体现，必须要在开发中保护，在保护中开发，实现发展和保护双赢的目的。

（3）物理化学指标

(2)解决脱模平台四角不平问题。①安排技术人员采用支垫方式对脱模平台四角进行调平，保证脱模时模具四角同时接触脱模台，使模具受力均匀，轨枕同步脱出。②对脱模平台四角水平情况进行定期复检，发现异常及时整改。通过对脱模平台四角进行调平，双块式轨枕脱出后挡肩位置的黑色印迹得到了有效控制，外力对轨枕挡肩的撕拉大为减小。

河道的物理化学指标是表征河道健康的最基础的标准，能够反映河流结构形态和水循环的完整以及功能的完备性。河流的健康状态对现代发展有着不可替代的作用，河道的物理化学指标是河流修复能力、纳污能力和净化能力的体现。

（4）人类健康指标

河道的环境是人类赖以生存的自然条件组成部分。河流不仅给人类生存和发展提供必要的水和其他生产原料，而且给人类生存提供不可缺少的环境功能和服务功能。因此，人类健康指标包括供水能力指标、河道服务功能指标等。

在设计河流健康评价指标体系时，将河流的健康评价指标体系分为3个层次：目标层、准则层和指标层。目标层为单一总目标，总目标即为维护河流健康，促进人水和谐。准则层为上述4点，分别为生态功能、社会经济价值、物理化学指标和人类健康指标。但是由于河道健康指标过多，因此，需挑选指向明确的，且相互间较为独立的河流健康指标为本文河流健康评价体系的指标层。河流健康评价指标筛选结果见表1。

表1 河流健康评价指标筛选结果

2.2 河流健康评价方法

针对河流健康的评价大多都停留于生态功能、水质情况等单项指标的评价上，缺乏系统的综合评价。另外，河流健康评价中部分指标非常抽象，因此，拟采用模糊数学原理[5]，结合多项河流健康指标，研发河流健康评价方法。

2.2.1 指标权重确定

准则层分为4个一级指标，包括：生态功能、社会经济价值、物理化学指标、人类健康指标，并细化为17个二级指标。本文根据实际经验和推理[6-8]，加上凸显河道评价的优劣原则，制定如表2的权重分配。

2.2.2 评分值确定

表2 各项指标权重分配

建立符合实际情况的隶属划分是应用模糊数学的关键步骤。本文对各层次的评价因子按照“病态、不健康、亚健康、健康、很健康”5级健康状况评价等级划分。为了合理确定各评价因子隶属于各评价等级的隶属度[9-11]，定义各评价等级对应的评分值为 0、0.2、0.5、0.7、1，详见表 3。

对于处于第1、5级，隶属度评分值为1、0，对于2、3、4级利用线性差值法来获取评分值。

表3 各项指标评价标准

其中：U（x）为指标当前评分值，xu、x1为指标值下、上界，U（xu）为下界评分值。

2.2.3 分层模糊评价方法

参数体系的评判是一个多目标、多层次、多约束的决策问题，用凸模糊规划原理来计算每个试验的评判值。表达式为：

其中：AT、AR、Au、MfE 分别表示生态功能、社会经济功能、物理化学指标和人类健康指标的综合评判，bj、aj分别是小项目隶属度和权数。根据模糊判决有：

其中：BNi表示第i个河道健康的总评判，α、β、δ、γ分别表示生态功能、社会经济功能、物理化学指标和人类健康指标的权数。

3 河流评价实例

以江苏省盐城市大丰区某河道为例，采用本文所研发的河道健康评价软件，对所选的河道进行健康评价，详见表4。

将上述评分值输入到软件内，可得到各准则层的健康程度，图1为准则层中各指标评价得分，根据各准则层的评分值综合可得河道健康总评价值，图2为河道健康综合得分。为了让河道健康评分更加简明，图表展示采用百分制。

从图2可以看出该河道健康综合评分处于亚健康、健康之间，整体健康程度一般；图1看出河道4个二级指标评分，可知物理化学指标和人类健康指标跟综合评价相似；社会经济价值指标评分较好，但生态功能评分较差。因此，该河道的生态状况应该是今后治理工作的重点，特别是要调

整河道生态环境，满足流域区域生态良性循环。同时，还需要做好防洪非工程措施，完善河道景观功能，进一步提高河道健康程度。

表4 大丰区某河道健康指标值

图1 准则层各指标评价

图2 河道健康综合评价

4 结论

河道健康评估由于评价指标的众多性和复杂性，一直是众多学者研究的热点。本文通过对河道健康指标分析和评价方法研究，可得如下结论：

（1）本文将河道评价分为3个层次：目标层、准则层和指标层，并从众多指标中挑选出具有代表性和独立性的17个指标，用于评价河流健康。

（2）采用模糊数学方法，建立河道健康评价方法，从生态功能、社会经济价值、物理化学指标和人类健康指标评价河道健康程度，并根据上述4个指标评估河道综合健康程度。

（3）基于VS平台，采用上述评价方法，研发河道健康评估软件，可以高效评估河道健康，简洁明了地分析出河道健康薄弱点，为河道治理措施提供有力的技术支撑。

参考文献：

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[2]吴阿娜，杨凯，李越，等.河流健康状况的表征及其评价 [J].水科学进展，2005，16（7）：602-608.

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[4]孙雪岚，胡春宏.河流健康评价指标体系初探[J].泥沙研究，2008（4）：21-27.

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[10]高永胜，王浩，王芳 ．河流健康生命评价指标体系的构建 [J] ．水科学进展，2007，18（2）：252-257.

[11]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（1）：23-26.