基于水基系統(tǒng)的地區(qū)健康評價—以富錦市為例

紀 毅，付 強，邢貞相，姚 巍

（東北農業(yè)大學 水利與建筑學院，哈爾濱 150030）

0 引 言

水基系統(tǒng)是指在一定水文尺度和空間范圍內，水及與其相關的涉水介質和涉水工程共同構成的基礎生境承載系統(tǒng)，對流域而言，它涵蓋了流域內水、氣、生物、土壤、社會經濟等諸多內容［1－2］。水基系統(tǒng)將與水有關聯(lián)的事物綜合到一個巨系統(tǒng)內，然后研究該系統(tǒng)的狀態(tài)和承載力，這使得評價更具全面性、科學性和系統(tǒng)性。但是，目前對水基系統(tǒng)的研究尚處于初級階段，相關研究較少并且很少有人應用于實例當中。周惠成等［3－4］基于水基系統(tǒng)概念提出了城市水基系統(tǒng)，證明了水基系統(tǒng)在進行健康綜合評價時具有很好的效果。富錦市位于黑龍江省三江平原地區(qū)，是全國重要的產糧基地，近年來由于經濟發(fā)展造成的環(huán)境破壞，對地區(qū)健康產生了影響，因此，本文應用水基系統(tǒng)對富錦市進行健康評價。

1 基于水基系統(tǒng)的地區(qū)健康評價指標

根據(jù)水基系統(tǒng)的定義，評價水基系統(tǒng)健康狀態(tài)時，以3個特征屬性來表征水基系統(tǒng)的狀態(tài)：穩(wěn)定性、和諧性、演進性，并分別用穩(wěn)定態(tài)、和諧度和演進率對這3個特征屬性加以描述。由于研究區(qū)域主要以農業(yè)為主，參考相關規(guī)范及文獻 ［3～5］并結合研究地區(qū)的自然和社會特點，制定了穩(wěn)定態(tài)評價指標及評價標準 （表1）、和諧度評價指標及評價標準 （表2）。演進率是對穩(wěn)定態(tài)及和諧度的動態(tài)描述，因此，將演進率分為穩(wěn)定態(tài)演進率及和諧度演進率，利用歷年穩(wěn)定態(tài)及和諧度的特征值繪制穩(wěn)定態(tài)折點圖和和諧度折點圖，將過程線上點的斜率作為演進率特征值，演進率標準值見表3。

表1 穩(wěn)定態(tài)指標及評價標準Table 1 Index and standard value of steady state

表2 和諧度指標及評價標準Table 2 Index and standard value of harmonious degree

表3 演進率標準值Table 3 Index and standard value of evaluation rate

2 水基系統(tǒng)健康的綜合評價

Topsis模型是一種常用的有限方案多目標決策分析法［6－7］，又稱逼近理想解排序法，它根據(jù)指標性質和數(shù)據(jù)，以一組最優(yōu)指標數(shù)據(jù)作為虛擬正理想方案 （1），以一組最劣指標數(shù)據(jù)作為虛擬負理想方案 （2）：

式中Zij為加權歸一化矩陣中的元素，J、J′分別代表越大越優(yōu)型指標集和越小越優(yōu)型指標集。

通過計算實驗點距正、負理想點的歐氏距離，通常采用歐幾里德距離系數(shù)計算每個監(jiān)測點到理想解的距離S＊i和到負理想解的距離S－i：

在運用Topsis模型進行水基系統(tǒng)健康評價時，首先應該確定水基系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)及和諧度的特征值，然后通過兩者的特征值求得演進率，最終通過穩(wěn)定態(tài)、和諧度、演進率進行綜合評價。

2．1 確定指標權重

目前，計算多指標綜合評價中各指標權重的方法很多，如特爾菲法、層次分析法、均方差法、隸屬頻度法、主成分分析法等。熵權法能根據(jù)熵的概念和性質，充分挖掘數(shù)據(jù)本身所攜帶的信息，從而確定指標權重［8－9］，盡可能地避免主觀意識帶來的誤差。通過熵權法計算得到穩(wěn)定態(tài)指標及和諧度指標權重向量。

穩(wěn)定態(tài)權重向量：αi＝ ［0．141 5 0．142 9 0．142 9 0．141 9 0．143 3 0．144 9 0．142 2］

和諧度權重向量：βi＝ ［0．124 3 0．126 1 0．123 8 0．127 6 0．124 7 0．123 9 0．126 2 0．123 3］

2．2 穩(wěn)定態(tài)及和諧度評價

2．2．1 穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級特征值的確定

將表1、表2中的標準值建立矩陣，通過歸一化處理，然后結合權重向量，得到加權歸一化矩陣，最后計算得到各等級的歐式貼近度，即為穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級的標準值，見表4。

表4 穩(wěn)定態(tài)及和諧的等級標準值Table 4 Grade standards of steady state and harmonious degree

2．2．2 穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值計算

將研究區(qū)域的穩(wěn)定態(tài)及和諧度指標值與標準值組成指標特征矩陣，帶入Topsis模型，計算貼近度可得到富錦市2005～2009年的穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值，然后通過與穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級特征值進行比較，得到富錦市2005～2009年穩(wěn)定態(tài)等級及和諧度等級，見表5。

表5 穩(wěn)定態(tài)及和諧度等級結果Table 5 Grades of steady state and harmonious degree

2．3 演進率評價

根據(jù)表5中的穩(wěn)定態(tài)及和諧度特征值，計算2006～2009年的穩(wěn)定態(tài)及和諧度演進率，結合表3中的演進率標準值，可以得到2006～2009年富錦市水基系統(tǒng)的演進率見表6。

表6 演進率等級結果Table 6 Grades of evaluation rate

2．4 水基系統(tǒng)健康的綜合評價

在分別對穩(wěn)定態(tài)、和諧度和演進率分析的基礎上，可以對富錦市水基系統(tǒng)的健康狀況做出綜合評價。根據(jù)研究區(qū)域的實際情況，對穩(wěn)定態(tài)、穩(wěn)定態(tài)演進率、和諧度、和諧度演進率權重進行分配，最終確定權重分別為0．40、0．10、0．40、0．10。另外，由于上述計算獲得的演進率數(shù)值偏小，不能直接與穩(wěn)定態(tài)、和諧度綜合以獲得評價結果，因此，需要對演進率進行歸一化計算，然后進行綜合評價。若評價值≥0．62時，系統(tǒng)處于健康狀態(tài)；評價值在0．42～0．62間屬于較健康狀態(tài)，評價結果列于表7。

表7 富錦市水基系統(tǒng)評價結果Table 7 Assessment result of Fujin water－based system

2．5 評價結果分析

由表5可見：富錦市的穩(wěn)定態(tài)在2005～2009年間處于Ⅲ級，造成穩(wěn)定態(tài)較低的主要原因在于研究區(qū)域水量較少，導致飲水安全及用水量得不到有效保證，因此，當加大水資源開發(fā)力度時很容易造成水基系統(tǒng)的不穩(wěn)定狀態(tài)；和諧度的等級優(yōu)于穩(wěn)定態(tài)的等級，處于Ⅱ級，這主要是因為該研究區(qū)域主要以農業(yè)為主，對水基系統(tǒng)的改造和破壞相對較少，和諧度較高；水基系統(tǒng)的綜合健康狀態(tài)處于較健康狀態(tài)，并且在2007年以后出現(xiàn)回升狀態(tài)。

3 結 論

本文采用基于熵權法的Topsis模型對富錦市水基系統(tǒng)進行了健康綜合評價，評價結果顯示富錦市水基系統(tǒng)的健康狀態(tài)相對較低，制約系統(tǒng)健康的關鍵因素是水基系統(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)較弱。富錦市水基系統(tǒng)健康狀態(tài)提高的關鍵措施在于加大地表水控制力度、增加節(jié)水灌溉面積、提高工業(yè)污水處理率及重復利用率等。

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