基于熵權(quán)綜合健康指數(shù)法的沂河健康評(píng)價(jià)研究

趙江輝　沈國(guó)浩　秦　偉

(太倉(cāng)市水利局， 江蘇 太倉(cāng)　215400)

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基于熵權(quán)綜合健康指數(shù)法的沂河健康評(píng)價(jià)研究

趙江輝沈國(guó)浩秦偉

(太倉(cāng)市水利局， 江蘇 太倉(cāng)215400)

【摘要】本文選取10項(xiàng)河流健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入信息熵理論確定指標(biāo)權(quán)重，建立河流健康綜合評(píng)價(jià)模型，運(yùn)用綜合健康指數(shù)法對(duì)沂河健康狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：沂河目前綜合健康指數(shù)為0.582，處于亞健康狀態(tài)。評(píng)價(jià)結(jié)果基本切合實(shí)情，可見(jiàn)該方法是可靠的及適用的。評(píng)價(jià)結(jié)果也為沂河綜合治理和科學(xué)管理提供了參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】河流健康評(píng)價(jià)； 熵權(quán)綜合健康指數(shù)； 沂河

健康河流不僅具有良好的生態(tài)系統(tǒng)，還應(yīng)兼?zhèn)渌Y源開(kāi)發(fā)利用、水能利用、防洪排澇、休閑娛樂(lè)等合理的社會(huì)服務(wù)功能，是維系人類(lèi)生存的基礎(chǔ)和社會(huì)發(fā)展的保障。為了解河流健康狀態(tài)，提高其管理質(zhì)量，引入評(píng)價(jià)機(jī)制是有助且必要的。國(guó)外對(duì)河流健康評(píng)價(jià)研究起步較早，具有代表性的有RBP、RCE、ISC、GRS等多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法[1]。國(guó)內(nèi)對(duì)黃河與珠江流域河流、城市河流等健康評(píng)價(jià)也進(jìn)行了相應(yīng)研究。層次分析、模糊評(píng)價(jià)等方法確定指標(biāo)權(quán)重計(jì)算繁瑣，且受人為干擾，可能致使評(píng)價(jià)結(jié)論與實(shí)際有偏差，引致河流管理決策失誤。為此，筆者以沂河為研究對(duì)象，引入信息熵理論確定指標(biāo)權(quán)重，選用綜合健康指數(shù)法進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)，以供河流進(jìn)行全面科學(xué)“治管”參考。

1熵權(quán)綜合健康指數(shù)法

1.1建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)合理確定十分必要，對(duì)河流有效治理和長(zhǎng)效管理具有重要的導(dǎo)向作用。評(píng)價(jià)指標(biāo)不但應(yīng)易于描述、理解與監(jiān)測(cè)，同時(shí)還應(yīng)便于考核管理及擬策應(yīng)對(duì)[1-2]。此外，鑒于河流水質(zhì)具有時(shí)空差異性，在評(píng)價(jià)過(guò)程中為使評(píng)價(jià)結(jié)論更加契合河流實(shí)情，明確時(shí)空尺度是首要前提。綜上要求，結(jié)合沂河自身特點(diǎn)，筆者采用文獻(xiàn)[1]中提出的7個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象、10項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別作為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)建立河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

表1　河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2計(jì)算指標(biāo)歸一化值

河流健康是相對(duì)的，自然健康河流現(xiàn)今難覓，因此需建立基準(zhǔn)點(diǎn)，在參照比對(duì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行河流健康狀況評(píng)估。選取并無(wú)量綱化處理某一時(shí)間序列，即歸一化處理序列中某一指標(biāo)相對(duì)最佳值為1，則其余歸一化后值為其與最佳值之比或其倒數(shù)。具體就是，若相對(duì)最佳值為序列各時(shí)間點(diǎn)中的最大值，則其余值歸一化后值為其與最大值之比值；反之，若相對(duì)最佳值為序列各時(shí)間點(diǎn)中的最小值，則其余值歸一化后值為其與最小值比值之倒數(shù)。

1.3確定指標(biāo)權(quán)重

多指標(biāo)評(píng)價(jià)重點(diǎn)在于權(quán)重確定。采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，該法屬客觀(guān)賦權(quán)法，可避免主觀(guān)賦權(quán)法易受專(zhuān)家主觀(guān)意識(shí)影響所招致的偏差。對(duì)于n個(gè)樣本m個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的初始判斷矩陣，運(yùn)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算步驟如下[3-4]：

a.構(gòu)建初始判斷矩陣R=(xji)n×m。

b.對(duì)R進(jìn)行歸一化處理，得歸一化判斷矩陣B，B中元素的表達(dá)式為

(1)

或

(2)

式中xmin，xmax——同指標(biāo)不同樣本中最不佳者或最佳者。

c.指標(biāo)的熵為

(3)

d.確定評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)，其計(jì)算公式為

(4)

1.4計(jì)算熵權(quán)綜合健康指數(shù)

為綜合評(píng)判河流健康狀況，不妨界定熵權(quán)綜合健康指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EWCHI)取值范圍為[0，1]，EWCHI=0為最差，EWCHI=1為最佳。為不失一般性，現(xiàn)將反映河流健康狀態(tài)的EWCHI劃成以下5個(gè)健康等級(jí)：?健康，0.8

EWCHI計(jì)算公式為

(5)

式中m——指標(biāo)數(shù)；

Ii——第i個(gè)指標(biāo)之歸一化值，0≤Ii≤1；

wi——第i指標(biāo)的權(quán)重。

2沂河健康綜合評(píng)價(jià)

沂河為沂沭泗水系中較大的河流，位于魯南與蘇北，曾為古淮河最大支流泗水之支流，源出魯山，流經(jīng)沂源、沂水等魯6縣市，至蘇邳州市入新沂河，抵燕尾港入黃海。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，在水資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，水環(huán)境安全形勢(shì)愈顯嚴(yán)峻，因此沂河引入健康評(píng)價(jià)愈顯必要。

2.1指標(biāo)歸一化處理

根據(jù)河流健康評(píng)價(jià)有關(guān)原則及要求，同一空間尺度條件下，選取1992年、2003年和2014年組成時(shí)間序列，對(duì)沂河健康狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，各指標(biāo)值均參照文獻(xiàn)[1]以及文獻(xiàn)[5]提出的方法進(jìn)行計(jì)算(本文不再贅述)，各指標(biāo)及其歸一化值見(jiàn)表2。

表2　沂河健康評(píng)價(jià)指標(biāo)值及其歸一化值

2.2確定指標(biāo)權(quán)重

首先構(gòu)建沂河健康綜合評(píng)價(jià)初始判斷矩陣R：

然后歸一化處理判斷矩陣R，得歸一化判斷矩陣B:

再根據(jù)式(3)，計(jì)算確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵H：

最后根據(jù)式(4)，計(jì)算確定評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)w：

2.3計(jì)算沂河EWCHI

對(duì)照表2，由式(5)計(jì)算出沂河1992年、2003年和2014年的EWCHI，以及與之對(duì)應(yīng)的健康等級(jí)，見(jiàn)表3。

表3　沂河EWCHI及健康等級(jí)

2.4評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由表3可見(jiàn)，1992年、2003年及2014年沂河熵權(quán)綜合健康指數(shù)處于遞減走勢(shì)，健康等級(jí)也由健康狀態(tài)逐步過(guò)渡至亞健康狀態(tài)，這也就進(jìn)一步說(shuō)明，沂河健康狀況總體上正呈現(xiàn)下坡趨勢(shì)。評(píng)價(jià)結(jié)果基本契合實(shí)情。20世紀(jì)90年代以來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)沂河生態(tài)環(huán)境干擾較大。評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)該引起有關(guān)部門(mén)高度重視，通過(guò)采取工程性措施、生物性措施及非工程性措施等對(duì)沂河進(jìn)行綜合治理，并加強(qiáng)管理，建立一套行之有效的長(zhǎng)效管理機(jī)制。

3結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)河流健康的定義、評(píng)價(jià)指標(biāo)確定思路及時(shí)空尺度要求，建立文中表1所列河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入信息熵理論確定指標(biāo)權(quán)重，可有效防止人為主觀(guān)干擾，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符實(shí)際。本文計(jì)算結(jié)果與沂河實(shí)際情況基本符合，可見(jiàn)用熵權(quán)綜合健康指數(shù)法進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)是可靠及適用的。這也為河流科學(xué)“治管”提供了依據(jù)，以促河流健康發(fā)展。

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Research on Yihe River health evaluation based on entropy weight comprehensive health index method

ZHAO Jianghui, SHEN Guohao, QIN Wei

(TaicangWaterConservancyBureau,Taicang215400,China)

Abstract：In the paper, 10 river health comprehensive evaluation indicators are selected. Information entropy theory is introduced to determine index weight. Comprehensive evaluation model of river health is established. Comprehensive health index method is utilized for comprehensive evaluation on Yihe River health condition. The results show that current comprehensive health index of Yihe River is 0.582, which is in the state of sub-health. The evaluation results are basically consistent with actual condition, and it is obvious that the method is reliable and applicable. The evaluation results also provide reference basis for Yihe River comprehensive control and scientific management.

Key words：river health evaluation; entropy weight comprehensive health index; Yihe River

中圖分類(lèi)號(hào)：TV214

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005- 4774(2016)01-0049-04

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.01.014