基于三标度AHP法的河道治理效果模糊综合评价研究

邓景柳

(廉江市水利综合服务中心，广东 廉江 524400)

近年来，随着城镇化建设的不断深入，城市水环境问题日益凸显，河道淤积、水体污染、河湖生态功能退化等问题日益成为制约我国经济社会高质量发展的瓶颈。2022年1月国家发改委印发了《“十四五”重点流域水环境综合治理规划》，明确到2025年，基本形成较为完善的城镇水污染防治体系，城市生活污水集中收集率力争达到70%以上，基本消除城市黑臭水体。针对河道治理效果评价的研究目前尚不多见，不同领域的专家和学者从各自的研究领域对这一问题提出不同的见解，王耀建[1]等人根据对玉符河近3年的近自然综合治理，从安全性、水文结构与功能、生态环境、亲水性和景观效果等方面对玉符河治理效果进行了定性评价。刘向阳[2]结合《河流健康评估指标、方法与标准》，首次提出了城市河道生态景观治理效果评价标准5 大体系，包含河流形态自然化结构体系、河流生态环境功能体系、资源再生、循环利用体系、人本体系、智能监测体系。徐玉萍[3]利用浮游植物完整性指数和底栖动物完整性指数分别对万平河、东上澳塘、李腰泾河等7条河道进行河流健康评价，为生态河道的治理与管理工作提供重要理论和实践依据。徐建昌[4]利用ADCP技术对近几年京杭运河壁虎河口段航道水文数据进行定期监测，通过对比分析整治前后航道水流流速分布情况，对航道整治效果进行评价。尚文凯[5]等人以孙祖河综合治理工程为例，从生态环境和社会经济两方面，考虑21项指标构建起FAHP 模型，计算D 层指标的总排序和总权重向量矩阵，综合评价孙祖河综合治理工程效果的后评价结果较好。对项目实施效果进行客观评价对于提高项目区水环境治理成效具有重要的理论和现实意义，为实现这一目标，本文从实际出发，综合考虑城市河道治理所产生的工程效益、社会效益、经济效益及生态效益等，提出一套系统的河道治理效果评价体系，以期为有关部门进行项目考核提供技术参考。

1 评价指标体系的确立

在进行项目评价时，指标的选取至关重要，在很大程度上决定着评价结果的正确与否，必须充分考虑指标体系的系统性、代表性、可操作性及科学性，从中选取最能够反映项目主要特征的指标。根据层次分析法“目标层-准则层-指标层”的评价体系构建思路，首先确立“河道治理效果评价”作为目标层，准则层又可视为评价对象的一级指标层，通常也认为是目标层的概述性指标，主要是从宏观的角度对目标层可能产生的效益进行评价，本文中通过实施河道治理工程，将会产生直接的工程效益和生态效益，其次是社会效益和经济效益，因此本文将河道治理过程中产生的工程效益、生态效益、社会效益和经济效益作为评价指标的准则层[6-7]。指标层则为评价对象的二级指标，是对准则层的进一步细化，指标层的选取是整个评价体系的关键，必须充分考虑所选取指标的系统性、代表性、科学性和可操作性。至此，项目评价指标体系构建完成。

1.1 工程效益

河道最重要的功能首先是防洪排涝，实施河道治理工程，主要也是为了保证河道通畅，能够宣泄多余洪涝水，在确定工程效益所属指标层时，可采用河道治理标准、过流能力、河流水系通达率等指标进行评价[8]。河道治理标准直接决定着河道整治工作的品质，一般要求河道治理标准最少应不低于河道的行洪排涝标准，河道治理标准越高，则抵御洪水能力越强，相应治理成效也就越好。其次，过流能力是更能反映河道洪水标准的另一重要指标，通过实施河道清淤疏浚主要就是为了增大过流断面，从而提高河道过流能力，根据设计洪水标准不同，每条河道都有规定的设计流量，实施河道治理工程后，应保证河道过流能力不低于设计值。最后河流水系通达率则是考察河道是否通畅的重要指标，经过治理后的河道应破除沿河主要阻水建筑物及断头浜，保证河流水系正常的连通性[9-10]。

1.2 生态效益

近年来，河道生态功能越来越受到重视，根据习近平总书记生态文明思想，绿水青山就是金山银山，在统筹经济社会发展的同时要更加关注生态文明建设。对河道整治生态效益的界定，本文认为可采用河道生态流量、河流生物多样性指数、河流水质等指标进行判断[11]。对于生态流量的概念，目前尚无定论，我国现有的有关文件或技术标准中对这一概念也未给出标准表述。我国水利和生态环境部门出于生态流量监测考虑提出“生态流量”的概念，是指为保障河流环境生态功能，维持水资源可持续开发利用，而不至于发生生态环境恶化所必须保证下游河道的最小流量，对生态流量的计算方法概括起来主要有4类：水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法[12-14]，对生态流量的确定宜化繁为简，可直接采用现有规划成果。生物多样性指数是指生物群落中种类与个体数的比值，是物种丰富度和均匀度的函数，是用来描述一个群落的多样性的统计量，其常用的测度方法通常有3种：物种丰富度指数、优势度指数和信息指数(香农-维纳指数)。河流水质指标也是能较为可靠地反映河道整治效果的重要指标，《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)采用不同的指标对地表水质类别进行了划分，可作为判断河流水质的重要依据。

1.3 社会效益

从项目性质来看，河道治理工程属于公益类项目，除传统的防洪除涝，改善生态等功能外，还存在一定的社会效益，所谓的社会效益是指项目实施后为社会所作的贡献。对社会效益的度量可采用文化生活的提升率和群众满意度指标。文化生活提升率指标主要是反映项目实施后通过增加亲水步道、景观平台等文化设施来提升群众文化生活质量的程度。群众满意度指标则是反映群众对河道整治效果的满意程度，和文化生活提升率指标类似，上述指标主要是通过公众调查法进行分析判断。

1.4 经济效益

河道整治项目实施后通常还会带来一定的经济效益，最直接的体现通常表现为土地、房价等的增值，在考虑通货膨胀影响的情况下，土地增值量通常以土地价格上涨幅度差来计算，即：

土地增值量=Pi-P0(1+f1)(1+f2)…(1+fi)

式中：

Pi——土地现价；

P0——土地基价；

fi——第i年的通货膨胀率[15]。

其次，项目实施后，通过提升整体环境，对周边经济发展也会形成一定的带动作用，有助于提升周边经济整体水平，从这个层面来看，河道整治经济效益的评价也可用对周边影响力来度量。

2 河道整治效果评价体系构建

2.1 确定评价指标体系

根据评价指标选取的主要原则，本文从工程效益、生态效益、社会效益、经济效益四个层面构建了河道治理效果评价指标体系，并选取了10项二级指标作为河道治理效果评价指标层，河道治理效果评价指标体系见表1所示。

表1 河道治理效果评价指标体系

2.2 改进层次分析法计算指标权重

本文采用改进的三标度法代替传统的九标度法，在指标重要性判定中只考虑“A比B重要”、“A与B同等重要”、“A没有B重要”三种情况，并分别以“1”、“0.5”、“0”进行等效替代，改进的三标度法较大程度上降低了计算量，同时提高了判断矩阵收敛速度，在实践中具备较强的操作性，具体计算方法如下[16]：

1)三标度法构建判断矩阵

根据评价指标的重要性排序，利用三标度法构建互补性判断矩阵F=(fij)n×n。

(1)

式中：

fij——指标C(i)、C(j)的重要性判断。

将互补性判断矩阵F=(fij)n×n转换为判断矩阵R=(Rij)n×n，转换方法如下：

(2)

(3)

2)计算权重向量

① 计算初始权重。采用行和归一法计算初始权重向量，具体公式如下：

W(0)=(w1，w2，…，wn)T

(4)

② 构造互反型矩阵。采用式(5)将矩阵R=(Rij)n×n转换为互反矩阵P=(Pij)n×n，公式如下：

(5)

③ 求解更高精度向量。从初始向量开始进行循环迭代计算，即令Tk+1=P·Tk，直至‖Tk+1‖∞-‖Tk‖∞<ε(ε≤10-5)时，此时计算得到的‖Tk+1‖∞即为最大特征值，将此时的Tk+1做归一化处理，即可得到指标权重系数，至此权重计算结束。

2.3 模糊综合评价法构建隶属度矩阵

河道治理效果评价是一项涉及多因素综合评价的复杂课题，在多目标决策中由于部分指标通常具有较强的不确定性，容易影响最终评价结果。模糊综合评价法特有的模糊变换理论在某些模糊性强、难于量化的问题中具有较强的适用性。为此，本文选取模糊综合评价法对河道治理效果进行综合评价[17]。在确定指标隶属度时，考虑到评价指标体系中多数指标难以直接量化，本文采用专家赋分法对指标体系进行综合评价，根据项目目标层确定河道整治效果依次为很好、较好、中等、一般、较差共计5个等级，由各位专家依次对准则层中各项指标实现情况进行评定。对评定结果进行整理，即可形成各指标的判断矩阵，结果如下：

(6)

3 实例应用

3.1 研究区概况

廉江河发源于石城镇流沙埇，经高垌、那良、五里、东莲塘、廉城、西瓜坡、北埇仔、镇江村、三叉湾，至新民平塘汇入九洲江，其为九洲江左岸的一级支流。 廉江河全流域河长为26.7 km，集雨面积为161.1 km2，河道平均比降为 0.80‰。廉江河现状防洪排涝标准偏低，河道弯曲狭窄，淤积严重，泄洪不畅，导致沿岸地区常遭洪水侵袭，同时廉江河沿岸地区由于历史原因，城市建设缺少控制，生态污染严重，无法承担廉江城市中心的功能。为了保护人民生命财产安全，完善城市服务功能、提升城市空间品质，本次按照50年一遇防洪标准对廉江河自青年运河至北部湾大道河段共计16.92 km范围内进行综合整治，重点解决河道行洪通畅，提高廉江河综合防灾减灾能力，改善廉江河水体水质；恢复河道功能，美化绿化河道两岸环境，完善沿河景观网络，为附近居民提供亲水休闲场所，将廉江河上游段打造成河畅、水清、堤固、岸绿、景美的自然生态景观河，支持廉江经济社会可持续发展。

3.2 指标权重计算

根据改进的层次分析法，综合考虑各项指标相对重要性判断结论，按照相应步骤依次计算廉江河综合治理效果评价指标各项权重，计算结果见表2所示。

表2 廉江河治理效果评价指标权重

3.3 构建隶属度矩阵

本项目涉及的部分评价指标具有模糊性强、难以量化的特点，同时个别指标还需要结合实际工程经验方能做出准确的判断，因此本文采用专家赋分法进行隶属度判定。结合本项目的实施，邀请了行业内多位专家对廉江河治理效果进行现场赋分。为便于后期统计，对各项指标的评价结果设置了良好、较好、中等、一般、较差共5个等级，由各位专家对各项指标评价结果进行选择，最后统计各等级所对应的专家人数，并核算百分比作为各指标的隶属度值。

表3 廉江河治理效果评价指标隶属度

根据各评价指标隶属度计算结果，经整理后得到河道整治工程效益、生态效益、社会效益、经济效益等评价指标的隶属度矩阵，依次为S1、S2、S3、S4，其中：

3.4 河道治理效果综合评价

3.4.1多级效果评价

根据改进层次分析法确定的各项指标权重W1、W2、W3、W4及相应隶属度矩阵依次对廉江河治理工程效益、生态效益、社会效益、经济效益进行多级评价，结果如下：

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)生态效益

C2=W2·R2=(0.404，0.315，0.281)·

=(0.080 8，0.615 8，0.303 4，0，0)

3)社会效益

C3=W3·R3=(0.642，0.358)·

=(0，0.335 8，0.364 2，0.300 0，0)

4)经济效益

C4=W4·R4=(0.588，0.412)·

=(0，0.158 8，0.306 0，0.535 2，0)

按照最大隶属度原则，廉江河治理效果评价各指标中工程效益、生态效益、社会效益、经济效益评价等级依次为较好、较好、中等、一般。

3.4.2廉江河治理效果综合评价

根据廉江河多级评价矩阵可进行最终的综合评价，其中综合评价的隶属度矩阵：

U=(C1，C2，C3，C4)=

综合权重W=(0.401，0.315，0.202，0.082)，据此计算廉江河治理效果综合评价隶属度矩阵：

C=W·U=(0.401，0.315，0.202，0.082)·

=(0.041，0.483，0.349，0.127，0)。

从综合评价结果来看，约有4.1%的专家认为廉江河综合治理效果为良好，48.3%的专家认为廉江河综合治理效果为较好，34.9%的专家认为廉江河综合治理效果为中等，12.7%的专家认为廉江河综合治理效果为一般，0%的专家认为廉江河综合治理效果为较差，根据最大隶属度原则，廉江河综合治理效果应评价为较好，87.3%以上的专家认为廉江河综合治理效果达到中等以上水平。

4 结语

河道治理项目的实施能有效地改善城市水环境，对项目实施效果进行客观评价对于解决好城市水环境治理问题具有重要的现实意义。本文以广东省廉江河综合治理项目为例，引用改进层次分析法对廉江河治理效果进行综合评价。根据评价结果，廉江河治理产生的工程效益、生态效益、社会效益、经济效益评价等级依次为较好、较好、中等、一般，廉江河治理效果综合评价为较好，评价结论整体上肯定了廉江河治理成效，同时也指明了今后在治理过程中应进一步强化其在社会效益和经济效益方面的作用，使项目在保证工程效益和生态效益的同时兼顾社会功能和经济功能。