劉暢 邵治濤 李少陽(yáng)

摘要：三江源自然保護(hù)區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)環(huán)境地區(qū)，對(duì)其進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，評(píng)估當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)十分重要。本文選擇囊謙縣三江源白扎保護(hù)區(qū)為評(píng)價(jià)對(duì)象，基于遙感影像對(duì)其提取評(píng)價(jià)因子，為了使評(píng)價(jià)結(jié)果客觀準(zhǔn)確，有效解決評(píng)價(jià)因子模糊性的問(wèn)題，采用層次分析法計(jì)算權(quán)重集，通過(guò)模糊數(shù)學(xué)與層次分析相結(jié)合的綜合評(píng)判法，得出隸屬度關(guān)系，進(jìn)而得到生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià);層次分析法;模糊數(shù)學(xué)法

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-000-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.004

Assessment of eco-environmental based on fuzzy mathematics comprehensive evaluation method about Baizha Reserve of the Natural Preserved Zone of Sanjiangyuan in Nangqian County

Liu Chang1，2，Shao Zhitao3，Li Shaoyang4

（1.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2.China university of geosciences（Beijing），Beijing 100083，China;3.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resource，Beijing 100083，China;4.China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083，China）

Abstract：The Natural Preserved Zone of Sanjiangyuanis an important ecological environment in China.On the ecological environment evaluation and assess the current environment status are very important.This paper chooses Baizha Reserve of the Natural Preserved Zone of Sanjiangyuan in Nangqian County as evaluation object， based on remote sensing image to extract evaluation factors. In order to make the evaluation result objective and accurate， and solve the fuzzy problem of factor problem， it adoptes the Analytic Hierarchy Process to calculate the weight set， and obtains affiliation through the combination of Fuzzy Mathematics and Analytic Hierarchy Process ， and ecological environment evaluation result is obtained.

Key words：Assessment of eco-environmental;Analytic hierarchy process;Fuzzy mathematics

被譽(yù)為“中華水塔”的青海三江源國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)于2003年1月24日建立，總面積為15.23萬(wàn)km?，位于青藏高原腹地、青海省南部，是我國(guó)長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江三大河流的發(fā)源地，是我國(guó)海拔最高、面積最大、動(dòng)物資源豐富且多樣的超大型國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，由相對(duì)完整的6個(gè)區(qū)域組建成自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)，被劃分為白扎保護(hù)分區(qū)、通天河沿保護(hù)分區(qū)等多個(gè)保護(hù)分區(qū)管理，涉及了青海省、海西蒙古族藏族自治州等地區(qū)內(nèi)的17個(gè)縣市[1][2]。

然而在隨著自然條件變化以及人類生產(chǎn)活動(dòng)加劇的雙重影響下，有可能導(dǎo)致三江源自然保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，為了避免破壞人與自然的和諧性、可持續(xù)性的共存環(huán)境，本文以囊謙縣內(nèi)的三江源保護(hù)分區(qū)——白扎保護(hù)區(qū)為樣本進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

本文利用RS/GIS技術(shù)，數(shù)據(jù)來(lái)源分別為2017年P(guān)LB遙感數(shù)據(jù)、2018年P(guān)LB、GF1、RE遙感數(shù)據(jù)，對(duì)白扎保護(hù)分區(qū)內(nèi)的影像提取因子，進(jìn)行客觀解譯，由于常規(guī)評(píng)價(jià)法存在人為主觀因素影響等弊端，且對(duì)因子間互相關(guān)聯(lián)、互相制約等問(wèn)題考慮甚少，故采用層次分析法與模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法對(duì)解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，科學(xué)有效的對(duì)保護(hù)區(qū)作出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，掌握其變化趨勢(shì)，及時(shí)提出應(yīng)對(duì)措施。

1 研究區(qū)域概況

囊謙縣（圖1）位于青海省最南端，地處95°21′58″～ 97°07′0″E， 31°32′20″～32°43′46″N，總面積約12741 km?，其內(nèi)的三江源白扎保護(hù)分區(qū)位于囊謙縣的西南部，面積逾8400 km?，約占囊謙縣的66%，占整個(gè)三江源自然保護(hù)區(qū)的5.5%，大小鄉(xiāng)鎮(zhèn)80余座，建筑房屋占地面積總和不足3 km?，河流發(fā)育充分，河水充沛期保護(hù)區(qū)內(nèi)河流累計(jì)總長(zhǎng)近600km，平均寬度0.25km，礦產(chǎn)資源種類多樣，草場(chǎng)、林地覆蓋面積廣闊，野生動(dòng)物資源豐富，因其資源寶貴和生態(tài)脆弱，具有極其重要的保護(hù)價(jià)值。

2 評(píng)價(jià)方法

目前關(guān)于環(huán)境的評(píng)價(jià)方法眾多，主要有灰色關(guān)聯(lián)度法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次分析法以及模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法等等。考慮到方法的可操作性與精確性，結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況，層次分析法（AHP法）是一種成熟實(shí)用，使評(píng)價(jià)因子之間相對(duì)重要性得到合理體現(xiàn)、所得結(jié)果相對(duì)科學(xué)合理的方法[3]。由于從研究區(qū)域中所提取的評(píng)價(jià)因子普遍具有模糊性，難以量化，為了使結(jié)果更為清晰準(zhǔn)確，在使用層次分析法確定權(quán)重的基礎(chǔ)上，采用與模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法相結(jié)合的綜合評(píng)判法，依據(jù)各類評(píng)價(jià)因子的特征，給出評(píng)價(jià)值與評(píng)價(jià)因子的隸屬關(guān)系。

層次分析法與模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法在環(huán)境評(píng)價(jià)中均可獨(dú)立運(yùn)用建立相應(yīng)的評(píng)估模型。層次分析法定性與定量相結(jié)合，具有系統(tǒng)性、靈活性等特點(diǎn)，然而存在專家打分的機(jī)制，難以避免人為主觀影響等弊端。模糊數(shù)學(xué)法使用方便，適合解決非確定性問(wèn)題，權(quán)重集的獲取存在偏差。故為了解決單一評(píng)價(jià)方法所得評(píng)價(jià)結(jié)果片面主觀，本文以層次分析法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，以模糊數(shù)學(xué)法開展綜合評(píng)判，基于遙感技術(shù)對(duì)囊謙縣內(nèi)的三江源白扎保護(hù)分區(qū)進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮兩種數(shù)學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)，保證評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)客觀準(zhǔn)確。

本次自然保護(hù)區(qū)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)通過(guò)遙感影像解譯分析，采用人機(jī)交互方式對(duì)研究區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行提取，根據(jù)針對(duì)性、簡(jiǎn)明性、普適性、代表性等原則選取評(píng)價(jià)因子。根據(jù)保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)境特征，最終選取了植被覆蓋率（圖2）、河流發(fā)育、年降水量、工礦開發(fā)占地、工礦恢復(fù)治理、人口密度、地質(zhì)災(zāi)害7個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。

3 層次分析法

3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

應(yīng)用層次分析法時(shí)，需要建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層[4]。目標(biāo)層是需要解決的問(wèn)題，即自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)境評(píng)價(jià);準(zhǔn)則層是需要考慮的因素、判斷準(zhǔn)則，即評(píng)價(jià)因子;方案層反應(yīng)了決策的方案，即評(píng)價(jià)因子對(duì)環(huán)境的影響。

建立好層次結(jié)構(gòu)模型后即可確定判斷矩陣。在確定各評(píng)價(jià)因子之間權(quán)重時(shí)，如果只是將評(píng)價(jià)因子與目標(biāo)層相比較，所得結(jié)果片面不易接受，因此提出層次分析法的美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩迪教授提出了一致矩陣法，即將評(píng)價(jià)因子之間兩兩相互比較，對(duì)比時(shí)采用相對(duì)尺度（表1） ，根據(jù)其重要性，構(gòu)建判斷矩陣（表2）。

3.2 求解權(quán)重值

根據(jù)已得出的判斷矩陣，用和積法計(jì)算求解特征向量與最大特征值。首先對(duì)判斷矩陣按（1）式進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到歸一化矩陣（表3）。

對(duì)歸一化矩陣按（2）式求和計(jì)算得到向量W。

得W=[0.726513，1.039342，2.285499，0.286639，1.851355，0.333638，0.477014]T

對(duì)向量W進(jìn)行歸一化，按式（3）計(jì)算得特征向量。

=[0.10379，0.14848，0.32650，0.04095，0.26448，0.04766，0.06814]T，特征向量為評(píng)價(jià)因子對(duì)上一層次的相對(duì)重要性，即權(quán)重。

3.3 驗(yàn)證權(quán)重的合理性

由于客觀事物的多變性復(fù)雜性，以及人們主觀意識(shí)的多樣性，無(wú)法要求判斷矩陣具有完全的一致性，但判斷矩陣應(yīng)該具有大體上的一致性[5]，即因子A比B重要，B比C重要，則需要A比C更為重要，因此為了保證判別的一致性與評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，需要對(duì)已構(gòu)造好的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，見下式（4-6）。

CI為一致性指標(biāo)，CI越大，表明判斷矩陣越偏離完全一致性，判斷矩陣階數(shù)n越大，表明人為因素造成的偏離完全一致性指標(biāo)CI的 值越大。

RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，見下表。

CR為一致性比率，當(dāng)CR<0.10時(shí)，判定該矩陣具有可以接受的一致性，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣。本文CR為0.07139<0.10，判斷矩陣具有較好的一致性。

4 模糊數(shù)學(xué)法綜合評(píng)價(jià)

由于評(píng)價(jià)因子難以量化，模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法是用模糊集合的方式表示相關(guān)的模糊概念，從多個(gè)指標(biāo)角度評(píng)判事物隸屬度等級(jí)的一種方法，對(duì)事物變化的區(qū)間進(jìn)行劃分，使問(wèn)題的分析更加客觀具體。其基本步驟是因素集的建立、評(píng)判集的建立、確定隸屬度、建立模糊矩陣、確定權(quán)重集、按最大隸屬度原則對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果[6]。

本文中的因素集為U={植被覆蓋率、河流發(fā)育、年降水量、工礦開發(fā)占地、工礦恢復(fù)治理、人口密度、地質(zhì)災(zāi)害}，評(píng)價(jià)集為自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果，即V={優(yōu)、良、中等}。對(duì)于隸屬函數(shù)的確定，根據(jù)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)表確定函數(shù)關(guān)系式如下：

按照評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)表進(jìn)行計(jì)算最終得到模糊矩陣為：

將層次分析法獲得的權(quán)重集與模糊矩陣得到的模糊集按下式相結(jié)合：

得到B=[0.436333，0.335431，0.226130]，根據(jù)最大隸屬度原則，該保護(hù)區(qū)環(huán)境模糊評(píng)價(jià)為 “優(yōu)”。從所得結(jié)果來(lái)看，該保護(hù)區(qū)大部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境優(yōu)秀，整體環(huán)境良好，有著較好的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，人類破壞范圍小，降水充足，植被覆蓋率高。但是部分區(qū)域存在工礦開發(fā)情況，并且降雨過(guò)于集中且強(qiáng)度較大，導(dǎo)致部分區(qū)域發(fā)生泥石流等災(zāi)害，因而小部分區(qū)域環(huán)境一般。

5 結(jié)論

（1）本文對(duì)囊謙縣內(nèi)的三江源白扎保護(hù)區(qū)進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，提取評(píng)價(jià)因子：植被覆蓋率、河流發(fā)育、年降水量、工礦開發(fā)占地、工礦恢復(fù)治理、人口密度、地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合工作區(qū)實(shí)際情況，該保護(hù)區(qū)內(nèi)降水量充足，河流發(fā)育較好，有著較高的植被覆蓋度，因而有效的防止了水土流失，保持水分，促使保護(hù)區(qū)內(nèi)形成良好的生態(tài)循環(huán)。由于地形地勢(shì)和強(qiáng)降雨的關(guān)系，在降水高峰期降水量高達(dá)30mm，小部分區(qū)域發(fā)生泥石流、洪澇等災(zāi)害，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。囊謙縣行政中心位于囊謙縣東北部，人口較為密集，城鎮(zhèn)建設(shè)較多，未包含在保護(hù)區(qū)內(nèi)，故保護(hù)區(qū)內(nèi)人口密度稀疏，人類活動(dòng)少，破壞范圍小。然而該保護(hù)區(qū)內(nèi)存在部分工礦開發(fā)占地，位于囊謙縣的西北部與東南部，因其遠(yuǎn)離行政中心，疏于管制，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成威脅，且對(duì)已開發(fā)過(guò)的土地缺少恢復(fù)治理措施，造成小部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境一般。總體來(lái)看，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相結(jié)合，白扎保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，但仍需加強(qiáng)管制和治理措施。

（2）本文基于遙感技術(shù)，利用Arcgis、ENVI等軟件對(duì)影像進(jìn)行解譯處理獲取數(shù)據(jù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)用層次分析法進(jìn)行權(quán)重集的計(jì)算，再通過(guò)模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)判法，得出該保護(hù)區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)為 “優(yōu)”，整體環(huán)境偏好。兩種數(shù)學(xué)方法相結(jié)合，更為清晰準(zhǔn)確的展示出評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)對(duì)象的邏輯關(guān)系，且有效解決了評(píng)價(jià)因子的模糊性，降低人為主觀性，盡可能的客觀描述了評(píng)價(jià)對(duì)象，使所得結(jié)果符合客觀實(shí)際。

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收稿日期：2019-07-09

作者簡(jiǎn)介：劉暢（1995-），男，漢族，碩士在讀，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）聯(lián)合培養(yǎng)研究生，地質(zhì)工程專業(yè)。