凌源市水生態文明綜合評價

柳天華

(遼寧省凌源市水務局，遼寧 凌源 122500)

0 引 言

近年來，河流生態系統與城市化發展之間的協調性問題越來越引起人們的關注，以可持續發展理論為基礎的水生態文明建設成為當前研究的重要課題[1]。水資源為控制生態環境的重要因素，為更好的推進水生態文明建設有必要開展科學系統的綜合評價。當前，隨機森林回歸法、改進熵權法和網絡層次分析法等為國內外較為常用的水生態文明評價方法，但仍未形成成熟、完善且普遍適用的評價標準和指標體系，目前相關研究處于初始階段[2-8]。

1 評價方法

1.1 研究區概況

凌源市位于遼寧省西部低山丘陵區，占地面積3278km2，地處東經118°50' 20''-119°37' 40''、北緯40°35' 50''-41°26' 06''之間。該區域地貌形態復雜以丘陵和低山為主，中部呈略隆起且地勢自西向東傾斜，平均海拔552.1m。凌源市為溫帶季風氣候，特點冬冷干燥、夏熱多雨、光照豐富、降雨集中，四季分明，平均氣溫8.7℃，年日照時數2748.1h，年均降水量479.4mm，且年均蒸發量遠遠高于降水量。受氣候條件和復雜的地形地貌影響，從南到北凌源氣候存在較大差異，南部的水熱資源多于北部，且降水量自北向南逐漸增多，年降水量的60-75%發生于汛期、雨季的6-8月。該地區存在四官營子河、青龍河、大凌河西支和滲津河4大水系，河網密度0.36km/km2，河流總長1164.4km，其特點總體呈南北或東西分散型匯入干流、河汊多、河谷未形成階段等特征[9-10]。

1.2 模糊層次分析法

AHP層次分析法是依據參評對象的內涵特征將有關元素分解為方案、指標、準則、目標等若干層級，然后進行定量計算和定性分析的綜合決策法；模糊評價法是一種將定性問題利用隸屬度原理轉化為定量評價的數學法，該方法能夠按照某種屬性將評判因素集合劃分為多個層級，通過對每一類參數的評價最終給出綜合評價結果。因此，對水生態文明建設考慮利用AHP-模糊評價法分析，其中各因子權重和層次結構體系利用AHP法確定，然后將評價指標值運用模糊評價法求解，其數學模型如下：

Zi=∑wjzij

(1)

式中：Zi為第i年的指數值；zij為方案層指標j在第i年的評價值；wj為方案層指標j的權重值。

1.3 層次結構與論域

水生態文明評價體系利用層次分析法構造，結合金波、崔東文等研究資料，從水環境、水管理、水生生物等6方面篩選出24個典型指標，并按照層次分析原理構成梯階層次評價體系。根據文獻中各評價因子最大值、最小值和分級標準確定論域，評價體系及論域見表1。

表1 水生態文明評價體系與各要素論域

2 水生態文明評價

2.1 方案層指標值

各指標在參評方案層中的評價值zij利用模糊評價法求解，采用Fuzzy Logic模塊構建模糊邏輯分析模型，其流程如下：

步驟一：依據區域水生態文明建設實際情況確定各因子論域，并將評價指標值(表1)輸入模型。

步驟二：在某一集合中不同值的隸屬度利用模糊邏輯隸屬曲線求解，由此構建G、M、B三個集合，分別代表有利于、中等和不利于區域水生態文明建設。選取當前廣泛應用的Gbellmf方程作為隸屬度求解公式，圖1為水功能區達標率、用水計量、公眾認知度和生物棲息地狀況等6項指標的隸屬度曲線，以水資源開發利用率為例簡要說明隸屬度求解過程：在實測值為42%時，該評價因子隸屬于G、M、B集合的程度分別為0.50、0.95、0.15。

步驟三：將各評價因子實測值輸入模型，相關數據來源于經濟社會發展統計公報、凌源市水資源公報、統計年鑒及有關文獻。

步驟四：為代替和表達判斷思維過程采用程序化、數字化的方式建立運算規則，采用應用較為成熟“IFTHEN”規則，用于描述“若人均水資源和生態基流保障率高、水資源穩定性強且開發利用率低，則該系統層評價因子值大”的過程。

步驟五：運行模型，獲取水管理、水環境、水利用等準則層各指標的水生態文明指數，結果見圖2。

自然氣候條件能夠顯著影響區域水資源要素，所以2004-2018年凌源市資源狀況未呈現出顯著的變化特征。近年來，凌源市相繼建成投運了一批鄉鎮污水處理站工程，陸續開發完成了大凌河、青龍河等灘地、濕地公園等項目，顯著改善了區域水生態環境和水利用效率，相應的水生生物條件也得以大幅度提升。水生態文明建設活動落實到位和水管部門生態管護責任的增強，在很大程度上提高了居民生態文化素養和環保意識。綜上分析，區域實際情況與模糊評價結果保持良好的一致性，所建立的模型和方法具有可信度和可行性[11-12]。

2.2 方案層權重值

評價體系中各因子權重wj利用AHP層次分析法求解，其運算步驟如下：

步驟一：根據標度準則(表2)和區域水生態實際情況建立比較矩陣，見表3；其中，定量化描述兩個要素間的相對重要度即為比較矩陣的實質，如數值為1/3、3的比較值，代表前者的重要度性略高于后者。

圖1 評價指標隸屬度曲線

圖2凌源市水生態文明準則層指數值

表2 比較矩陣標度準則

表3 水生態文明評價比較矩陣

步驟二：根據區域實際情況構造的比較矩陣并不一定，案子合理性要求，因此利用下式檢驗其一致性，即：

(2)

CR=CI/RI

(3)

式中：CI、CR為矩陣的不一致程度指標和隨機一致性比率；RI為考慮不同階數的平均隨機一致性指標，依據表4獲取；n、λmax(A)為矩陣階數和比較矩陣A的最大特征根。矩陣A符合一致性檢驗的判別依據為CR<0.10，符合該此要求認為權重計算科學合理；如果不符合該要求則重新調整，直至滿足檢驗要求停止運算。

表4 不同階數的檢驗指標值RI

表3所示矩陣的最大特征根λmax(A)利用MATLAB軟件的Eigs命令求解，經計算確定λmax(A)、CI、RI、CR值分別為6.6218、0.1256、1.24、0.0521，因此CR=0.0521<0.10，通過檢驗滿足要求。

步驟三：獲取各評價因子權重。表3所示矩陣的特征向量運用MATLAB軟件的Eigs命令求解，從而確定各要素分量，經標準化處理獲取水生態文明各評價因子權向量見表5。

表5 水生態文明評價權向量與特征向量

2.3 綜合評價結果

根據各評價因子權重wj和圖2所示zij值，對凌源市水生態文明綜合指數利用公式(1)求解，結果見圖3。

圖3 凌源市水生態文明綜合評價

從圖3可以看出，凌源市水生態文明指數總體呈現出上升趨勢，從2014年的0.651不斷增大至2018年的0.737，且變化幅度不斷增加。同時，研究期間的滑動平均指數也表現出不斷增大的趨勢，所以可評判為凌源市水生態文明水平近5a來呈上升趨勢。結合區域實際情況，近年來凌源市建設實施了一批水生態保護、河流治理等項目，充分發揮了當地生態資源和自然條件優勢，取得了較為顯著的治理成效。區域實際情況與評價結果保持良好的一致性，且能夠定量反映水生態真實情況，因此評價結果的參考價值較高。擬合的趨勢線斜率值大小反映了近5a凌源市水生態文明提升速度，但處于相對較低水平的趨勢線最大似然系數無法準確反映各年份的水生態變化情況。最大似然系數在二次多項式擬合中為0.9951，具有較高的擬合度，該值能夠定量描述凌源市2014-2018年的水生態文明建設水平，二次項系數為正則說明其進步速度正處于上升趨勢。

3 結 論

凌源市2014-2018年水生態文明狀態利用模糊層次分析法評價，結果顯示凌源市水生態文明指數總體呈現出上升趨勢且變化幅度不斷增加，區域實際情況與評價結果保持良好的一致性，能夠定量反映水生態真實情況，評價結果的參考價值較高。然而，當前水生態文明水平距離理想狀態仍存在一定差距，應統籌兼顧水管理、水環境、水資源、水利用等各方面因素不斷完善水文化和水生生境，有規劃、有步驟的采取科學有效的措施。