魯佳慧，唐德善

(河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098)

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展以及人們對身邊美好水環(huán)境的向往，加之全國全面推行河長制，水環(huán)境治理受到人們越來越多的關(guān)注，投入力度也越來越大。但國內(nèi)有關(guān)水環(huán)境綜合整治效果評價的研究較少，類似研究多側(cè)重于評價某一地區(qū)的河道或具體某條河流水體理化性質(zhì)的改善。隨著治理理論的逐步完善和治理實踐的不斷深入，評價方法從定性慢慢發(fā)展為定性定量相結(jié)合，單因素、單目標(biāo)發(fā)展為多因素、多目標(biāo)、多功能的綜合評價[1]。建立一個能反映水環(huán)境綜合治理效果的評價指標(biāo)體系并給出合理可行的評價方法，將評價指標(biāo)體系與評價方法有機地結(jié)合起來，才能系統(tǒng)全面地評價水環(huán)境綜合治理效果，從而為鞏固治水效果及今后的綜合整治工作提供依據(jù)和指導(dǎo)[2]。

1 水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

評價指標(biāo)體系的構(gòu)建主要遵循以下幾個原則：①科學(xué)性原則。評價指標(biāo)必須含義明確，具有一定的科學(xué)內(nèi)涵，能夠客觀反映水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系；②可行性原則。水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)涉及面較廣，應(yīng)盡可能選擇有代表性和可操作性的評價指標(biāo)以便計算和分析；③層次性原則。評價指標(biāo)應(yīng)考慮到各個層次上的影響因素，能反映整個系統(tǒng)的主次關(guān)系；④全面性原則。指標(biāo)體系應(yīng)能相對全面和完整地反映水環(huán)境綜合治理效果各個方面的影響；⑤動態(tài)性原則。水環(huán)境綜合治理效果是變化的，指標(biāo)體系需要全面反映時空維度的動態(tài)變化。

1.2 評價指標(biāo)體系

圖1 水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of comprehensive water environmental governance

隨著水環(huán)境治理實踐的不斷深入以及治理理論的完善，在水環(huán)境整治過程中不僅僅注重對河流本身的保護，在改善水質(zhì)的基礎(chǔ)上，同時注重河流功能性建設(shè)與生態(tài)修復(fù)，關(guān)注水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)自身健康及其可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)多目標(biāo)綜合治理[3]。從水體改善效果、景觀效果、生態(tài)效果、功能效果和社會民生效果5個方面選取了17項指標(biāo)構(gòu)建水環(huán)境治理效果評價指標(biāo)體系，其指標(biāo)體系如圖1。水環(huán)境綜合治理的效果主要體現(xiàn)在水體改善，選取了水質(zhì)指數(shù)、透明度和色度3個能直觀反映水質(zhì)變化的指標(biāo)；水環(huán)境綜合治理改變了自然景觀和人文景觀，選取綠化率、景觀多樣性和河道清潔度3個指標(biāo)評價景觀效果；選取了林帶寬度、魚類多度、浮游動物多樣性和浮游植物多樣性4個指標(biāo)評價水環(huán)境綜合治理對河岸帶環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的改善效果；水環(huán)境綜合治理首先要確保河道的行洪安全，但單一的基本功能已經(jīng)無法滿足生活日益發(fā)展的需要，還需要增加其他功能以及可利用的方式保證水資源的充分利用，選擇中水回用率、灌溉保證率、防洪安全指數(shù)和水系聯(lián)通率4個指標(biāo)評價功能效果；水環(huán)境綜合治理應(yīng)充分考慮對人類生活的影響，選取人居滿意度和部門滿意度2個指標(biāo)評價對社會民生的效果。

1.3 指標(biāo)描述與分級

參照水質(zhì)評價的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及研究[4]、各指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)(河道生態(tài)健康評價指標(biāo)研究[5])、綜合國內(nèi)研究成果[6-7]、咨詢專家意見，對水環(huán)境綜合治理效果進行評價等級劃分，分為：優(yōu)(0.7)、良(0.5)、中(0.3)、差(0.1)4個等級，具體見表1。

表1 水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)體系描述及分級Tab.1 Description and classification of evaluation index system of comprehensive water environmental governance

2 基于博弈論的組合賦權(quán)法

2.1 AHP法權(quán)重的確定

AHP(層次分析法)是對存在相互聯(lián)系和相互制約的多因素復(fù)雜事物進行分析的一種方法，通過層次的劃分使之有序，并對每一層次因素的相對重要性進行對比，建立判斷矩陣。通過計算判斷矩陣的最大特征值以及對應(yīng)的正交化特征向量，最終將系統(tǒng)確定為權(quán)值和措施優(yōu)劣的排序[10-11]。AHP法權(quán)重確定的步驟如下:

(1)評價指標(biāo)兩兩比較構(gòu)建判斷矩陣，評價指標(biāo)Ci和Cj兩兩比較得出相對重要數(shù)值aij，aji=1/aij，其具體數(shù)字及含義見表2，通過比較得到判斷矩陣A。

A=(Aij)n×n

(2)計算特征向量，由式(1)進行歸一化最終得到權(quán)重向量u1=(w1，w2，CR，wn)

(1)

(3)一致性檢驗，當(dāng)ICR<0.10時，則認(rèn)為該判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則就需對判斷矩陣的取值進行修正。

(2)

ICR=ICI/IRI

(3)

式中：IRI為平均隨機一致性指標(biāo)，可通過查AHP法平均隨機一致性指標(biāo)取值表得到。

表2 指標(biāo)相對重要度Tab.2 Relative importance of index

2.2 熵值法權(quán)重的確定

熵值是對信息無序化的量度，熵值越大，則系統(tǒng)所蘊含的信息量就越小，系統(tǒng)某項屬性的變異程度就越?。环粗?，系統(tǒng)的熵值越小，蘊含的信息量就越大，系統(tǒng)某項屬性的變異程度就越大[12]。熵值法就是根據(jù)各項指標(biāo)的觀測值提供信息量的大小來確定指標(biāo)的權(quán)重，某項屬性的數(shù)據(jù)序列的變異程度越大，它相應(yīng)的權(quán)重就越大。熵值法確定權(quán)重的步驟如下：

(1)計算各個指標(biāo)的熵值：

(4)

(2)計算各指標(biāo)的熵權(quán)wi，最后得到權(quán)重向量u2=(w1,w2,…,wn)。

(5)

2.3 基于博弈論確定組合權(quán)重

博弈論是分析決策主體行為相互影響時的理性行為及其決策均衡的問題，是研究具有競爭性事物的理論和方法[13-15]。博弈論組合賦權(quán)的基本思想是在不同權(quán)重之間尋找妥協(xié)或一致，最小化各個權(quán)重與最優(yōu)權(quán)重之間的偏差，從而得到一個相對均衡和協(xié)調(diào)的組合權(quán)重向量[16]。

(6)

3 水環(huán)境綜合治理效果評價模型

為消除指標(biāo)體系中各數(shù)據(jù)單位不同所造成的差異，需要對其歸一化處理。為了便于歸一化處理，將指標(biāo)分為兩類，一類是正向指標(biāo)，即越大越優(yōu)型；另一類是逆向指標(biāo)，即越小越優(yōu)型[17]。通過對數(shù)據(jù)的歸一化處理，得到指標(biāo)的歸一化矩陣R=(rij)m×n。

正向指標(biāo)：

(7)

逆向指標(biāo)：

(8)

式中：rij為歸一化后的數(shù)據(jù)。

根據(jù)基于博弈論的組合權(quán)重法，計算得到綜合權(quán)重u*=(w1，w2，w3，…，wn)T，建立線性加權(quán)水環(huán)境治理效果綜合評價模型為：

(9)

式中：i=1,2,…,m。

4 實例研究

宣城市為大力推進生態(tài)文明建設(shè)，圍繞水安全、水生態(tài)、水管理、水環(huán)境、水文化等方面開展了水環(huán)境綜合治理采取了控源截污、清淤疏浚、生態(tài)修復(fù)等一系列措施。指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《宣城市統(tǒng)計年鑒》、《宣城市水資源公報》、水質(zhì)監(jiān)測報告和相關(guān)政府部門工作年報等，主觀評價指標(biāo)數(shù)據(jù)通過對宣城市水環(huán)境綜合治理效果的1 000份問卷中得出，并廣泛聽取了專業(yè)人士的意見，具體數(shù)值見表3。

表3 宣城市水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)值Tab.3 Value of assessment index

計算步驟：①計算指標(biāo)的綜合權(quán)重。根據(jù)上述AHP法的主觀賦權(quán)，由專家對同一層次元素的相對重要性打分，篩選整合專家意見，運用Matlab編程，計算得到各指標(biāo)的主觀權(quán)重u1=(0.351 2，0.070 3，0.070 3，0.012 4，0.013 6，0.044 8，0.039 4，0.047 6，0.037 9，0.018 3，0.031 6，0.084 7，0.063 5，0.044 5，0.024 7，0.037 7，0.007 6)；運用熵值法計算步驟得到客觀權(quán)重u2=(0.099 5，0.074 1，0.076 6，0.060 4，0.062 8，0.060 9，0.049 8，0.049 3，0.049 3，0.049 3，0.037 7，0.037 2，0.036 9，0.037 7，0.037 1，0.100 4，0.081 1)；可以看出兩種方法得到的權(quán)重賦值有差異，基于得到的主觀權(quán)重集和客觀權(quán)重集{u1，u2}，運用博弈論競爭與協(xié)調(diào)的關(guān)系式(6)計算組合系數(shù)，得到綜合權(quán)重u=(0.364 1，0.070 1，0.069 9，0.009 9，0.011 1 ，0.044 0，0.038 8，0.047 5，0.037 3，0.016 7，0.031 3，0.087 1，0.064 9，0.044 9，0.024 0，0.034 5，0.003 8)。

②指標(biāo)歸一化處理。依據(jù)式(7)、式(8)對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，具體結(jié)果見表4。

③水環(huán)境綜合治理效果評價。根據(jù)建立的水環(huán)境綜合治理效果評價模型，將綜合權(quán)重和歸一化后的指標(biāo)值代入式(9)，得到宣城市2015—2017年水環(huán)境綜合治理效果評價結(jié)果。

表4 歸一化后的指標(biāo)值Tab.4 Normalized assessment index

由評價結(jié)果可知，2015年宣城市水環(huán)境綜合治理效果評價結(jié)果為0.529 2，等級為中；2016年評價結(jié)果為0.560 2，等級為良；2017年評價結(jié)果為0.620 8，等級為良，說明宣城市2015—2017年水環(huán)境綜合治理取得了一定的效果。2016年和2017年評價等級都為良，但后者分值高于前者，說明在同一評價等級中，2017年的治理效果比2016年顯著。從分值來看，2015—2017年綜合評價得分呈逐漸增大的趨勢，說明宣城市水環(huán)境綜合治理效果在不斷提高。

5 結(jié) 語

一直以來，我國缺少針對水環(huán)境綜合治理效果的評價指標(biāo)體系，結(jié)合科學(xué)性、可行性、層次性、全面性和動態(tài)性原則，構(gòu)建了水環(huán)境綜合治理效果評價指標(biāo)體系，由AHP法確定主觀權(quán)重，熵法確定客觀權(quán)重，基于博弈論組合賦權(quán)建立了水環(huán)境綜合治理效果評價模型，通過直觀明確的得分值對水環(huán)境綜合整治效果進行定量評價。通過結(jié)合實例研究，宣城市2015—2017年水環(huán)境治理效果等級為良或優(yōu)，且治理效果逐年提高，證明了模型的可行性。水環(huán)境綜合治理是一個長期的過程，該模型可在后續(xù)管理中為評價水環(huán)境綜合治理效果以及科學(xué)制定水環(huán)境整治措施提供參考。