关于流域水环境生态安全评价模型的探讨

王 群

(山东省调水工程运行维护中心烟台分中心,山东 烟台 264000)

1 研究方法

1.1 专家打分法赋权过程

专家打分法是一种主观赋权法，可以与客观赋权法形成互补，能够在一定程度补充客观赋权法赋权与实际不相称的不足。本文采用的专家打分法主要是通过专家已有知识和主观经验对指标进行赋权，可以得到主观权重wj1(wj1表示第j个指标的主观权重)，该方法的具体过程可以参考文献[1]。

1.2 标准离差法赋权过程

标准离差法的赋权原理是指标值的标准差越大，说明该指标的变异程度也就越大，即说明该指标更能对不同指标进行区别，因此该指标能够提供的信息也就越大。所以该指标在评价中起到的作用也就越大，应赋予较大的权重，反之，应赋予较小的权重[2]。标准离差法的具体计算如式(1)。

(1)

式中：m为指标的总个数；σj为第j个指标的标准离差；wj2为第j个指标的客观权重。

1.3 组合赋权过程

组合赋权法能够综合主客观赋权法的优点，是一种较为优秀的赋权方法。本文使用组合赋权法求取指标的权重，具体见式(2)。

(2)

式中：wj为第j个指标的组合权重。

1.4 灰色关联法评价过程

灰色关联法可以衡量两个序列之间的密切程度[3]，是一种较为优秀的评价方法，如式(3)所示。

(3)

式中：kij为方案i的第j个指标与标准序列相应指标的关联度；xij为无量纲化后的指数数据；c为分辨系数，n为方案总数；m为指标总数。而方案i与标准序列的关联度ki可以通过式(4)求得。

(4)

通过将每一个区域的指标序列与各个等级的标准序列进行关联分析，关联度最大对应的等级为相应区域水生态健康程度。其中标准序列为相应标准的中值序列。

通过以上的方法便可将几个区域的水生态安全进行分级，分级结果可以为未来水利、生态环境、城市建设等规划提供一定的指导，因此该研究具有一定的前景和实际的应用价值。

2 实例计算与应用

漳卫南运河是京杭大运河的重要组成部分，属于海河流域五大水系之一，由漳河、卫河、卫运河、漳卫河新和南运河组成，流经山西省、河南省、河北省、山东省，及天津市入渤海，流域面积37 700 km2。本文选取位于漳卫南运河上中下游的潞城市、新乡县、德州市为研究区，进行水生态安全评价。

参照流域的实际情况与文献[4]，得出该流域的水生态安全等级可以分为安全、良好、一般、较差与极差这5个等级，具体的等级划分标准见表1。

表1 水生态安全评价等级

同时收集3个研究区中各个指标的具体指标值，主要参考文献[4]，见表2。

表2 漳卫南运河流域3个研究区水生态安全指标数据

从表2可以看出，三个研究区的大部分指标都处于一般这一等级以下，其中大多数处于极差和较差这两个等级，也存在部分较好的指标，如城镇居民生活用水定额这一指标在潞城市与新乡县则具有较优的表现。但从总体来看，三个研究区的水生态安全指标都偏于中下水平，说明三个研究区的水生态安全水平面临着一定的挑战。但为了进一步确定三个研究区的水生态安全等级，需要使用本文模型进行进一步的定量计算与评估。

根据以上基础数据，使用专家打分法与灰色关联法对指标进行赋权，并用式(2)进行综合权重的求解，最终结果见图1。

根据表1、表2的数据与求取的权重，结合本文的改进的灰色关联法，对三个研究区的水生态安全进行评价，评价结果见表3。

表3可以看出，三个研究区的水生态安全的等级都处于最低的等级，即极差，这与前面对指标的定性分析结果基本一致，说明本文模型具有合理性。为了进一步验证本文模型的性能，将本文模型与TOPSIS法的评价结果进行比较，比较结果见表4。

图1 各个指标综合权重

表3 改进的灰色关联法综合评价结果

表4 各个模型综合评价结果

从表4可以看出，本文模型与TOPSIS法的计算结果一致，进一步说明本文模型在水生态安全评价中具有适用性与合理性。同时也可以看出3个研究区的水生态安全形势并不乐观，进而说明漳卫南运河流域的水生态安全形势具有需要改进的地方。因此，在将来的规划中，应该适当考虑该流域的水生态安全问题。

3 结 论

本文以专家打分法计算主观权重，以离差法计算客观权重，并结合两者的权重，求主客观结合的综合权重，以该权重结合灰色关联法，提出改进的灰色关联法对研究区3个区域(潞城市、新乡县、德州市)的水生态安全进行评价。最后得出3个区域的水生态安全等级都为极差。同时本文的评价结果与TOPSIS法的评价结果完全一致，说明本文提出的评价方法具有一定适用性，可以为我国水生态安全评价的研究提供一定的参考依据。