基于AHP法的南四湖健康評價

史可慶

（河海大學 公共管理學院，南京 210098）

1 研究概況

南四湖位于山東省微山縣，淮河流域北部，是微山湖、南陽湖、獨山湖和昭陽湖的總稱。湖面面積1300km2，是一個狹長的淺水型湖泊，比降平緩，兼有一般湖泊調(diào)蓄水功能和平原河道行洪作用。作為我國北方東部平原地區(qū)最大的淡水湖泊，它既是山東省境內(nèi)重要的水源地，同時又作為調(diào)蓄樞紐為南水北調(diào)工程起著重要的作用。通過對南四湖健康狀況的研究，為南四湖發(fā)揮其正常的生態(tài)與經(jīng)濟功能提供理論依據(jù)與科學參考。

2 湖泊健康的概念與健康南四湖

湖泊健康的概念分為2個層次?；A層，即湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康；功能層，指湖泊滿足人類社會發(fā)展需要的服務能力。在這2個層次當中，又各包含3種健康狀態(tài)：健康、亞健康與疾病。

“健康”在基礎層意味著在不需要人為干預的前提下，湖泊的生態(tài)系統(tǒng)可以保持其正常的活力及恢復力，而且非常穩(wěn)定；在功能層則是指湖泊的服務能力可以完全滿足人類社會的發(fā)展需要。

“亞健康”在基礎層意味著湖泊的生態(tài)系統(tǒng)處于健康衰退階段，如果不進行人為干預，將在一定時期以后無法保持其活力及恢復力，進入疾病狀態(tài)；在功能層則是指湖泊的服務能力不能全部滿足人類社會的發(fā)展需要，不進行人工干預無法恢復到其健康狀態(tài)，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榧膊顟B(tài)。

“疾病”在基礎層意味著湖泊的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)開始喪失活力及恢復力，如果沒有人為干預，湖泊將持續(xù)這種狀態(tài)直至活力及恢復力完全喪失；在功能層則是指湖泊已經(jīng)無法滿足人類社會發(fā)展的任何要求，即服務能力的消亡，必須依靠人工干預才能逐漸恢復。

2003年，山東省人民政府建立了 “南四湖省級自然保護區(qū)”，保護區(qū)總面積達到了1275.467km2；同時，隨著南四湖地區(qū)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，南四湖逐漸成為行洪、灌溉、蓄水、航運、水產(chǎn)、旅游等綜合性利用湖泊，是地區(qū)經(jīng)濟不可或缺的重要資源和發(fā)展保障。一個健康的南四湖是以上這些需求得以實現(xiàn)的基礎，對南四湖的健康進行評價研究將對南四湖的可持續(xù)發(fā)展起著不可或缺的指導作用。

3 評價方法

將生態(tài)看作一個完整的系統(tǒng)并對其進行健康評價已經(jīng)有20a的歷史，從1988年Schaeffer開始研究探討如何對生態(tài)系統(tǒng)的健康進行度量，到1992年Constanza被廣泛認可和采用的生態(tài)系統(tǒng)健康概念及標準出現(xiàn)，經(jīng)過大量多領域研究者的補充與完善，生態(tài)系統(tǒng)健康及其評價方法開始逐漸應用在河流、森林、湖泊、濕地及農(nóng)業(yè)等生態(tài)系統(tǒng)。針對不同類型的生態(tài)系統(tǒng)，研究者所選取的評價角度和具體方法也相應有所變化。我國在這方面的研究比較薄弱，還處于起步階段，雖然有很多學者和專家進行了大量嘗試和實踐，但是到目前為止，無論是采用指標體系還是綜合體系，都沒有相對較成熟的方法。

3.1 評價指標的選擇

根據(jù)南四湖的實際情況和研究需要，將健康評價指標體系分為總體健康層、生態(tài)與功能健康層、狀態(tài)健康層和指標層4個層級。

（1）總體健康層：反映南四湖的整體健康狀況。

（2）生態(tài)與功能層：分別反映南四湖生態(tài)系統(tǒng)與社會發(fā)展服務能力的健康狀況。

（3）狀態(tài)健康層：通過具體的生態(tài)要求與功能設置反映南四湖的健康狀況。

（4）指標層：根據(jù)可獲得的定性或者定量指標來具體說明南四湖各個方面的健康狀況。

根據(jù)南四湖自身的生態(tài)特點與實際所承擔的主要服務功能，在生態(tài)系統(tǒng)健康層面，選取水環(huán)境基本狀況、水生生物狀況與湖泊生態(tài)穩(wěn)定性3個模塊進行評價分析；在社會發(fā)展服務能力健康層面，則選取防洪蓄水、水資源保障、航運能力與旅游觀光4個模塊進行分析評價。以上共同構(gòu)成南四湖健康評價指標體系，見圖1所示。

3.2 基于AHP法的生態(tài)健康評價模型

AHP法由美國運籌學家T.L.Saaty于20世紀70年代最早提出，作為一種決策分析法，由決策者將復雜問題的決策思維過程模型化或數(shù)量化。通過這種方法，可以將復雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單比較和計算，就可以得出不同方案重要性程度的權(quán)重，從而為決策方案的選擇提供依據(jù)。特別適用于那些難于完全定量分析的問題，相比其他方法，可以將因人為主觀喜好引起的偏差控制在令人滿意的范圍內(nèi)。

運用AHP法建模，一般可按4個步驟進行：

（1）建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型；

（2）構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣；

（3）層次單排序及一致性檢驗；

（4）層次總排序及一致性檢驗。

根據(jù)南四湖的健康評價目標，所建立的遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。接下來建立判斷矩陣。建立判斷矩陣的目的是為了通過比較矩陣的特征值和特征向量，從而得到同一層次中的不同因素之間關于上一層因素的相對權(quán)重 （即層次單排序權(quán)值）。自上而下地用上一個層次因素的相對權(quán)重加權(quán)求和，進而得到各層次因素關于系統(tǒng)總體的綜合重要度（即層次總排序權(quán)值）。在同一層次中，將與上一層次相關的各因素進行兩兩比較，根據(jù)相對的重要程度給出判斷值，見表1。

表1 判斷矩陣的重要性比較標度及含義

由此可得南四湖健康評價指標體系各層級中因素之間相對上一層的權(quán)重。接下來對判斷矩陣的特征向量進行歸一化處理，即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。歸一化的方法最常用的有方根法與和積法，此處采用方根法。 設判斷矩陣為U=（uij）n×n，uij表示同一層因素i與因素j相對上一層因素的相對重要性，其中n為矩陣階數(shù)。其具體計算步驟為：

則W＝（Wi，i＝1，2，…，n），經(jīng)歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。由于判斷矩陣中的比較標度值完全依賴于人們的分析判斷，因此有可能造成片面性的判斷結(jié)果。所以我們要對排序權(quán)值進行一致性檢驗，以決定是否接受它。

一致性檢驗計算步驟如下：

上式中，RI為平均隨機一致性指標，這個指標值與判斷矩陣的階數(shù)相關，對應的RI值見表2。當n＜3時，判斷矩陣永遠具有完全一致性。當CR＜0.10時，便認為判斷矩陣具有可接受的一致性；當CR≥0.10時，便意味著判斷矩陣需要調(diào)整和修正，使CR＜0.10，具有可接受的一致性。

表2 平均隨機一致性指標

根據(jù)上述步驟，建立總體健康層下的判斷矩陣并得到指標對應權(quán)重W＝（0.50，0.50）。

表3 總體健康層下的判斷矩陣及因素權(quán)重

為了不過分強調(diào)南四湖的社會發(fā)展功能而迎合當下經(jīng)濟快速發(fā)展的現(xiàn)實，認為其生態(tài)系統(tǒng)健康與為社會發(fā)展的服務能力健康是同等重要的，從而可以最大限度地保證南四湖的生態(tài)系統(tǒng)健康不會因為承擔社會發(fā)展的重任而受到忽視。

同理，分別建立狀態(tài)健康層及指標層的判斷矩陣，并計算其權(quán)重。結(jié)果如表4所示。

表4 健康南四湖評價指標權(quán)重

4 評價結(jié)果與分析

如本文開頭所述，根據(jù)南四湖生態(tài)系統(tǒng)與社會發(fā)展服務功能健康的概念，表5給出了南四湖健康指標優(yōu)劣評分標準。該標準依據(jù)指標項所對應的狀態(tài)或功能是否需要依靠人工干預才能保持或恢復健康，將評分標準分為3個部分：健康、亞健康、疾病。在每個區(qū)間段則依據(jù)實際測量或者調(diào)查數(shù)據(jù)賦予取值區(qū)間對應值，以區(qū)分健康程度。表6則給出了南四湖健康評價指標的各項評分值及具體狀況。

表5 健康指標優(yōu)劣程度評分標準

表6 南四湖健康評價指標評分值

依據(jù)逐層加權(quán)求和的方法，即指標層通過指標評分加權(quán)求和，得出狀態(tài)健康層的健康指標值，繼而同理得出生態(tài)與功能健康層的健康指標值，最后再次加權(quán)求和得出南四湖總體健康水平。其最終評價結(jié)果如表7。

表7 南四湖健康綜合評價結(jié)果

5 結(jié)語

通過對南四湖的健康評價，得出南四湖現(xiàn)今的總體健康水平為亞健康。這樣的健康水平說明人工干預以保證南四湖生態(tài)健康與服務功能健康是十分必要的。尤其是加快防洪行洪工程建設及改善水質(zhì)。供水缺口較大的現(xiàn)實不可能在短時期內(nèi)得到根本改善和緩解，既要通過引水等措施開源，也要節(jié)流提高用水效率。

建立基于AHP法的南四湖健康評價分析決策模型，對南四湖的健康狀況進行綜合評價。不僅能夠避免單一指標體系所反映的片面情況，而且通過選取可得性與可操作性強的指標，能夠長期系統(tǒng)反映南四湖的健康變化，有助于相關管理部門的日常監(jiān)控和湖泊治理，使南四湖實現(xiàn)可持續(xù)利用。

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