TOPSIS法评估模型在河道整治方案优选评估中的应用研究

2018-06-20

地下水 2018年3期

(辽宁省闹德海水库管理局有限责任公司，辽宁阜新 123000)

河道是组成自然环境的重要元素，河道治理工作关系着人与自然生态的和谐统一。河道整治工作俨然已经摆在现代城市环境治理的醒目位置[1]。近些年来，河道治理工作的相关问题越来越多的呈现在世人面前。从河道整治技术方面来说，人们通过对河道进行深挖，对河道进行拓宽、对河床进行清淤等一些基础简单的方法实现了对河道的基本治理。河道的一些一般性功能如通航、蓄水、灌溉、泄洪等逐渐得到了一定程度的恢复，并使周边自然条件取得有效的转变提升。然而，河道整治并非是如此简单的一项工作，尤其是现代社会河道的功能也在悄然发生转变，在河道整治过程中应该以现代社会更加丰富完善的评估指标作为指针。

河道整治方案是一项涉及到复杂评估指标的多因素优选评估问题，解决此类优选评估问题的方法并不少见，例如层次分析法、模糊数学法、神经网络法、遗传算法、灰色系统理论等[2]。上述方法理论虽然被证明在解决特定优选问题中具有强大的功能和广泛的适用性，然而，具体到河道整治方案中，这些方案却存在一定的劣势。原因在于这些方法往往需要深厚的理论知识，并进行复杂的运算。再者就是主观因素对评估结果的影响较大。在河道整治方案优选评估时不仅使用困难，对使用者的能力水平提出了过高的要求，而且所得结果也并不足够令人满意。同时，确定各评估指标权重的方案虽较多，也都存在较多不足，与最终需求相去甚远。鉴于此，本文采用TOPSIS法评估模型对河道整治方案进行优选评估，以期能够以简洁易用的方法得到有价值的结果，为河道整治方案的优选评估带来优势。TOPSIS法于1981年 C.L.Hwang和K.Yoon二人最先提出，是一种常见的优选方法，又称为优劣解距离法，常常用于多目标决策。这种方法的排序方式基于所确定的若干评价指标与理想化目标的接近程度，从而对现有目标进行优劣评估。TOPSIS方法理论简单，计算方便，同时，又能保证在多指标的优选评估中能够综合全面的对对象进行评估优化。基于以上原因，本文将TOPSIS法运用到河道整治优选方案评估体系中，给出特定的优选评估指标，对河道整治方案进行适应度排序，获取最优方案。基于TOPSIS方法对河道治理方案进行优选评估，不仅计算简洁、而且可信度高、可操作性较好，研究结果可为类似城市河道整治优选方案评估提供有益借鉴。

1 TOPSIS法评估模型

1.1 基本原理

TOPSIS法又称多目标决策方法，是Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution的缩写，即逼近于理想解的技术。方法确定了决策问题的理想解和负理想解两个指标，找寻可行方案中距理想解的距离最近及距负理想解的距离最远的个体作为最优方案。负理想解对应的各个属性至少不好于各个个体的最劣值，是设想中最差的方案；相反理想解则是设想最好的方案，方案中的各个属性应均达到最优。

(1)

式中：Zij为第j个目标对第i个方案(解)的规范化加权值。

(2)

某一可行解对于理想解的相对接近度定义为：

(3)

Ci为相对接近度，相对接近度越接近于1，那么方案越优，基于此，通过对 Ci进行排序可以求出最优解。

1.2 应用概况

TOPSIS方法1980年由Yoon博士提出，1981年，Hwang与Yoon出版了专著《多属性决策》，这本书将TOPSIS方法列为多属性决策中较为普遍的一种解决多元质量特性优化问题的适用性方法。1997年Tong与Su基于TOPSIS整理发表了模糊集理论优化方法，但该方法由于其局限性较大，仍然有待进一步改进。Liao于2003年提出了一种方法将以信噪比为基础的过程能力指数与TOPSIS方法相组合。2005年Tong等人提出了改进的TOPSIS方法，其理论基础是主成分分析法，并且决策矩阵元素也未能改进信噪比的依赖作用。2006年Shaman与Savadogo二人想到了一种基于熵确定权重的进化策略。此外，还有人将TOPSIS方法用于解决应用类的问题，该方法只是把众多方案进行排序，比如工厂布局问题等[2]。

1.3 优势与不足

TOPSIS方法在解决诸如多指标河道整治方案优选评估问题时具有得天独厚的优势[3]。首先，TOPSIS方法应用广泛，理论简洁，实用性强，易于掌握。这对于那些受制于时间、现场条件、实践经验乃至于理论水平等因素的技术人员而言，无疑解决了一个巨大的麻烦，TOPSIS方法简单易用的属性对于其推广普及也有巨大的优势。当然，传统TOPSIS方法也并非尽善尽美，在各领域使用中也存在自身的局限性，例如如何能够根据不同需求进行方案优化，如何同时考虑稳健性考虑偏差等方面仍有待提高。根据具体情况考虑是否选择TOPSIS方法以及如何使用TOPSIS方法也是一个十分重要的课题。

2 河道整治方案及评估指标

2.1 河道整治方案

河道整治方案的制定最为重要的一点是河道整治目标的确定，只有合理选定整治目标在河道整治方案选择及优化时才能切中要害，提高效率。河道整治目标必须因时制宜、因地制宜，综合考虑时间、空间、以及社会文化发展等，借助环境变化、经济状况乃至于流域特征等进行决策。缺乏明确的目标，那么河道整治方案将变得无的放矢，而且会使得河道整治工程投资及施工过程难以有效开展，对整治效果的监测评价就更加无从谈起。当前河道整治目标片面单一，往往只是考虑单个因素，不统一，不协调，忽视了生态与人文的一致性。现代社会，河道功能不应该仅仅停留在泄洪、航运等基本功能定位上，还应该综合诸如生态环境建设、旅游资源开发，文化保护等方面。关注河流水文、水质以及流域社会文化发展状况等，密切关注河流现状、问题及其成因。因此，科学合理的确定河道整治功能目标对于河道整治方案的确定具有重要价值。

2.2 评估指标

河道整治基础的目标是防洪排涝、河流航运功能等，当然依托河道治理进行水资源调度，对河道两岸生态环境进行建设，植被恢复等也较为常见。现在随着经济社会的日益发展、公共基础设施的日益完善，河道基础功能正逐渐被弱化，随之而来的，河道功能也开始向着新的方向，如休闲娱乐功能转化。河道整治目标中应该加入景观及休闲娱乐的要求，以保障了河道整治效果的最优化[8]。本文选择河道整治方案中比较具有代表性的四个指标：防洪排涝里程、生态环境建设支出比、水资源调度收益、休闲娱乐收益来进行本溪县某段河道评估方案的优选评估。