長株潭區(qū)域河流幸福度等級評價研究

陳 卓， 唐德善

(河海大學(xué) 水利水電學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

河流孕育著自然萬物，也是人類發(fā)展的基本要素。隨著人類對美好生活的不斷追求[1]，對河流健康的要求也越來越高，從近代的生存需求、發(fā)展需求漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹椭C需求、生態(tài)需求、幸福需求。2019年習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上發(fā)出了“讓黃河成為造福人民的幸福河”的偉大號召，不僅為新時代加強(qiáng)黃河治理與保護(hù)提供了根本遵循，也為新時代河湖治理提出了明確的目標(biāo)[2]。目前，全國積極開展幸福河的樣板河創(chuàng)建工作，并將幸福河治理的目標(biāo)納入“十四五”河湖整治規(guī)劃。在這種形勢下，確定幸福河評價指標(biāo)并對區(qū)域河流進(jìn)行幸福度評價和等級判定，為今后的幸福河規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)和方向就顯得尤為重要。

由于河流幸福的內(nèi)涵模糊性和河流的復(fù)雜性，河流幸福度的評價涉及諸多影響因素，從不同的角度看待會有不同的結(jié)果。左其亭等[3-4]認(rèn)為“幸福河”不僅包含河流安全流暢、河流生態(tài)系統(tǒng)健康等基本要求，還需要滿足人與河流的和諧相處需求，是能夠造福人民的河流。鄧銘江院士認(rèn)為，幸福河建設(shè)要從河流給人帶來的直觀感受出發(fā)，涉及水資源、水安全、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀、水文化等各個方面[5]。左其亭等[6]以安全運(yùn)行、持續(xù)供給、生態(tài)健康、和諧發(fā)展“四大判斷準(zhǔn)則” 為框架，采用單指標(biāo)量化-多指標(biāo)綜合-多準(zhǔn)則集成“方法評價了黃河上中下游的幸福度。程常高等[7]從河流的興利和除害兩個作用出發(fā)，以壓力、狀態(tài)、管理和服務(wù)4個要素為基礎(chǔ)構(gòu)建了評價指標(biāo)，并用模糊綜合評價方法評價了太湖流域的幸福度。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，從新的評價準(zhǔn)則出發(fā)，以防洪保安全、優(yōu)質(zhì)水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境、先進(jìn)水文化，綠色水產(chǎn)業(yè)和文明水管護(hù)為7個準(zhǔn)則層構(gòu)建幸福河評價指標(biāo)體系，通過云模型-熵權(quán)法確定組合權(quán)重，采用改進(jìn)灰色TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型計(jì)算河流幸福度的綜合貼近度，從而建立河湖幸福度等級評價模型，并以長株潭城市群的7條河流為研究對象，評價了各典型河湖的現(xiàn)狀和幸福度，驗(yàn)證了所建立評價模型的可行性，為區(qū)域河流的幸福度評價提供了一種科學(xué)合理的方法。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

長株潭城市群位于中國湖南省中東部，為長江中游城市群的重要組成部分，包括長沙、株洲、湘潭3市，是湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長極，對于湖南省的各項(xiàng)發(fā)展有著指向標(biāo)的作用，因而本次研究以長株潭三角區(qū)為中心并輻射到周圍地區(qū)，在7個城市中各選取1條當(dāng)?shù)氐湫秃恿?湖庫)作為研究對象(分別為長沙瀏陽河、株洲淥水河、湘潭漣水河，以及長株潭周圍的衡陽蒸水河、岳陽洞庭湖、婁底水府廟水庫以及郴州西河)，探究各個城市典型河湖的現(xiàn)狀和幸福度，尋找各市河流之間的差距和地區(qū)的共性問題。

2.2 指標(biāo)體系

影響河流的評價指標(biāo)有很多，本文參考尤洋等[8]在河流健康評價中將防洪標(biāo)準(zhǔn)、河岸穩(wěn)定性等21個指標(biāo)以目標(biāo)-準(zhǔn)則-指標(biāo)層劃分準(zhǔn)則，以及唐新玥等[9]在考核區(qū)域河流狀態(tài)時, 從水資源保護(hù)、水域岸線管護(hù)、水污染防治、水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)、執(zhí)法監(jiān)督等方面建立指標(biāo)，并根據(jù)2020年全國水利工作會議上提出的”幸福河必須做到防洪保安全、優(yōu)質(zhì)水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境、先進(jìn)水文化，一個都不能少“的目標(biāo)[10]，最終通過咨詢專家形成具有普遍適用性和可操作性的河流幸福度指標(biāo)體系，具體見表1。

表1 河流幸福度評價指標(biāo)體系

2.3 數(shù)據(jù)來源

基于建立的幸福河評價體系，分別對2019年長沙瀏陽河、湘潭漣水河、株洲淥水河，以及長株潭周圍的衡陽蒸水河、岳陽洞庭湖、婁底水府廟水庫和郴州西河進(jìn)行幸福度評價研究。定性指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒2019》、2019年各地區(qū)水資源公報(bào)以及每條河流的《一河一策》，此外，對于水面及兩岸清潔程度、水生生物多樣性狀況、水文化挖掘及保護(hù)程度等，則采用問卷調(diào)查法和專家打分法獲得。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 長株潭及周圍地區(qū)7條河流(湖庫)幸福度指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

2.4 研究方法

長株潭區(qū)域河流幸福度等級評價模型的計(jì)算步驟為: (1)利用云模型計(jì)算主觀權(quán)重，利用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重，兩者組合賦權(quán)法確定評價指標(biāo)權(quán)重；(2)根據(jù)原始數(shù)據(jù)，利用逼近理想解排序法和灰色關(guān)聯(lián)度分析形成改進(jìn)灰色TOPSIS模型計(jì)算河流幸福度的綜合貼近度；(3)根據(jù)河流貼近度，對比幸福度等級劃分，得出各河流幸福度評價等級。

2.4.1 云模型 云模型作為定性和定量之間的轉(zhuǎn)換模型，常被用于計(jì)算主觀權(quán)重[11-12]。具體計(jì)算步驟為：

(1)邀請10位專家以自己的經(jīng)驗(yàn)和判斷對影響因素進(jìn)行影響程度判斷。

(2)利用改進(jìn)的逆向云發(fā)生器生成權(quán)重因素評價集的數(shù)字特征Ex,En,He。

(1)

(2)

(3)

(3)運(yùn)用正向云發(fā)生器輸入得到的Ex、En、He得出該因素的評價云圖，通過云圖的形狀判斷結(jié)果是否適用。

當(dāng)出現(xiàn)云圖的凝聚性差、呈霧狀分布的情況時，說明專家對權(quán)重因素的認(rèn)識有較大差異，需要向?qū)＜曳答仠贤?，最終找到適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)權(quán)重[13-14]。

2.4.2 熵權(quán)法 熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量，常被用于計(jì)算客觀權(quán)重[15-17]。熵的計(jì)算步驟如下：

(1)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個評價對象占該指標(biāo)的比重fij。

(4)

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

式中：rij為第i個評價對象第j項(xiàng)指標(biāo)值；m為評價對象數(shù)目；n為指標(biāo)數(shù)目。

(2)計(jì)算第j個評價指標(biāo)輸出的熵Hj。

(5)

K=(lnm)-1

(6)

(3)計(jì)算第j個評價指標(biāo)的熵權(quán)wj。

(7)

2.4.3 組合賦權(quán) 云模型由專家確定指標(biāo)權(quán)重，具有主觀性；熵權(quán)法利用信息量的大小確定評價指標(biāo)的重要程度，具有客觀性，兩者無偏好(ε=0.5)。因此可采用算術(shù)平均法進(jìn)行組合權(quán)重的計(jì)算：

A=0.5(A1+A2)

(8)

式中：A為組合權(quán)重；A1為云模型計(jì)算出的主觀權(quán)重；A2為熵權(quán)法計(jì)算出的客觀權(quán)重。

2.4.4 逼近理想解排序法 TOPSIS法可以根據(jù)評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行相對優(yōu)劣的評價[18-20]。具體計(jì)算步驟如下：

(1)為了消除數(shù)據(jù)量綱的影響，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R。

(9)

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(2)為增強(qiáng)矩陣客觀性，將熵權(quán)值wj與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R相乘，計(jì)算得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣V。

(3)確定正理想解V+和負(fù)理想解V-。

(10)

(11)

(4)計(jì)算待評價對象到正理想解和負(fù)理想解的距離。

(12)

(13)

(5)計(jì)算待評價對象的相對貼近度。

(14)

式中：Ci為第i項(xiàng)評價對象與最優(yōu)方案的貼近度，其值越接近1則評價對象越優(yōu)異，越接近于0則評價對象水平越低。

2.4.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析 灰色關(guān)聯(lián)分析方法可以通過關(guān)聯(lián)度來描述各因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度[21-22]。其計(jì)算步驟(1)～(3)與上文中TOPSIS法的計(jì)算步驟一致，步驟(4)～(6)如下：

(4)計(jì)算第i個評價對象的第j個指標(biāo)與參考序列的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)ζi(j)+、ζi(j)-。

(15)

(16)

式中：i為評價對象數(shù)目;j為指標(biāo)數(shù)目；λ為分辨系數(shù)，取值在0～1之間，λ值越小則關(guān)聯(lián)系數(shù)之間差異越大，區(qū)分能力越強(qiáng)，通常取0.5，但是會造成無論參考序列和評價對象如何變化，相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)下線值均為0.333 3的不合理現(xiàn)象。故在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，λ取值為0.3。

(17)

(18)

(6)計(jì)算基于灰色關(guān)聯(lián)度的相對貼近度ζi。

(19)

相對貼近度即可反映出各對比序列的優(yōu)劣度。

2.4.6 改進(jìn)灰色TOPSIS綜合評價 改進(jìn)灰色TOPSIS模型將逼近于理想解的排序法與灰色關(guān)聯(lián)度分析相結(jié)合，以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)不足，并充分考慮待評價指標(biāo)自身的動態(tài)變化程度，兼顧動態(tài)變化情況與評價對象的位置關(guān)系，即可比較多個指標(biāo)多個待評價對象在一定時間段內(nèi)的總體發(fā)展水平[23-24]。具體步驟如下：

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

式中：a、b為評價者對評價對象位置和態(tài)勢形狀的偏好程度，a+b=1，a和b通常取值為0.5；綜合貼近度Ci的大小表明待評價對象在位置和動態(tài)變化上與最優(yōu)值的貼近程度，Ci越大，則評價對象與最優(yōu)值越接近。

2.4.7 幸福度評價等級劃分 通過查閱相關(guān)資料并咨詢專家，將河流幸福度按照綜合貼近度值劃分為5個等級[25]，見表3?？筛鶕?jù)計(jì)算出的綜合貼近度對照表3得出幸福度等級。

表3 河流幸福度等級劃分

3 結(jié)果與分析

按照組合權(quán)重的計(jì)算方法，通過邀請10名專家對所選的長株潭及周圍地區(qū)7條典型河流(湖庫)的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值，然后用云模型計(jì)算指標(biāo)的主觀權(quán)重。以第1個指標(biāo)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率(C11)為例，專家們的權(quán)重賦值為W=[0.124 0，0.126 8，0.119 6，0.124 5，0.130 2，0.120 0，0.135 0，0.128 0，0.125 0，0.130 0]，求出Ex=0.126 30、En=0.004 60、He=0.000 35，通過MATLAB繪制云圖如圖1所示。圖1顯示C11指標(biāo)權(quán)重的凝聚性較好，說明專家打分具有一致性和適用性，所得權(quán)重適用于本研究。其余20個指標(biāo)也按照此方法求得主觀權(quán)重，用熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)的客觀權(quán)重，最后無偏差進(jìn)行組合賦權(quán)，得到指標(biāo)組合權(quán)重，具體權(quán)重見表4。

表4 幸福河評價指標(biāo)組合權(quán)重

圖1 C11指標(biāo)權(quán)重的分布云圖

為消除量綱誤差并增強(qiáng)矩陣的客觀性，根據(jù)計(jì)算步驟將原始數(shù)據(jù)量化，并與所得權(quán)重相乘得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 長株潭及周圍地區(qū)7條典型河流(湖庫)幸福河評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

根據(jù)前文2.4節(jié)所介紹的計(jì)算步驟，通過改進(jìn)灰色TOPSIS模型計(jì)算指標(biāo)的d+，d-，ζ+，ζ-，D+，D-，ξ+，ξ-，T+，T-以及最終的綜合貼近度C。計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 長株潭及周圍地區(qū)7條典型河流(湖庫)幸福河評價綜合貼近度計(jì)算表

4 討 論

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，長沙瀏陽河作為國家第一批幸福河湖示范河，于2019年開展河流建設(shè)，從水域岸線保護(hù)、水資源保護(hù)、水污染防治、水生態(tài)修復(fù)4個方面開展工程建設(shè)，打造讓人民群眾滿意的幸福河。經(jīng)過模型計(jì)算，瀏陽河的綜合貼近度為0.703 1，幸福度為優(yōu)良(Ⅱ級)。株洲淥水河和衡陽蒸水河均為流經(jīng)城市的河流，依托地域優(yōu)勢，是當(dāng)?shù)刂攸c(diǎn)打造的健康河道和生態(tài)河道；婁底水府廟水庫是集防洪、發(fā)電、灌溉、旅游為一體的水利風(fēng)景區(qū)，具有優(yōu)質(zhì)的環(huán)境面貌和人文要素，根據(jù)評價結(jié)果，淥水河綜合貼近度為0.579 5，蒸水河綜合貼近度為0.492 8，水府廟水庫的綜合貼近度為0.573 9，幸福度均為良好(Ⅲ級)。湘潭漣水河和郴州西河為郊區(qū)河道，曾經(jīng)亂占、亂堆現(xiàn)象嚴(yán)重，部分河段出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象；岳陽洞庭湖近年來湖水污染、淤泥堆積、亂捕濫獵等導(dǎo)致生態(tài)破壞、水質(zhì)惡化、生物多樣性下降等問題，經(jīng)過2017年河長制的“清四亂”和消除黑臭水體工作的推進(jìn)，已經(jīng)有明顯改善，根據(jù)模型評價結(jié)果，漣水河綜合貼近度為0.379 7，西河的綜合貼近度為0.396 0，洞庭湖的綜合貼近度為0.396 6，幸福度均為一般(Ⅳ級)。

此外，由表2和5可以看出，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)普遍較低，比如美麗宜居鄉(xiāng)村建設(shè)達(dá)標(biāo)率(C31)，新建、改造護(hù)岸的生態(tài)化比例(C41)，垃圾分類集中處理率(C61)，綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品比重(C64)等，說明長株潭及周邊地區(qū)河道存在一些共性問題，還有很大的提升空間。各地區(qū)應(yīng)針對薄弱環(huán)節(jié)著重治理，為此提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)加強(qiáng)污水的治理與監(jiān)督。新建、升級廢水處理設(shè)施，集聚區(qū)內(nèi)廢水必須經(jīng)預(yù)處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可排入。制定入河排污口排污量監(jiān)測規(guī)劃和方案，逐步提高規(guī)模以上入河排污口監(jiān)測覆蓋率。建立入河排污口聯(lián)合監(jiān)測、聯(lián)合執(zhí)法和信息共享機(jī)制，將入河排放口日常監(jiān)管列入基層河長履職巡查的重點(diǎn)內(nèi)容。對未經(jīng)同意擅自設(shè)置入河排污口、未按照批復(fù)條件設(shè)置入河排污口以及私設(shè)暗管、超標(biāo)排污的，要按照相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行處罰和采取強(qiáng)制措施，全面杜絕流域內(nèi)污水偷排漏排現(xiàn)象。加快推進(jìn)農(nóng)村水利建設(shè)和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌供水，各縣、市、區(qū)優(yōu)先采取PPP模式(public-private partnership，即政府和社會資本合作，是公共基礎(chǔ)設(shè)施中的一種項(xiàng)目動作模式)，促進(jìn)農(nóng)村飲水安全工程鞏固提升。

(2)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與污染源整治。加快農(nóng)村水源污染治理，全面推行河長制，建立完善覆蓋到村的4級河長組織體系。重點(diǎn)推進(jìn)黑臭水體治理、農(nóng)村生活污水治理[23]、水上交通運(yùn)輸整治、河面保潔、河道清淤、河湖圍墾、河岸綠化、水土流失治理修復(fù)等工作，建立“政府主導(dǎo)、部門協(xié)作、公眾參與”的河道保潔全覆蓋工作機(jī)制，逐步實(shí)現(xiàn)全市河道“水清、河暢、岸綠、景美”的目標(biāo)。強(qiáng)化水資源消耗總量和強(qiáng)度雙向控制，深入開展庫區(qū)沿岸村鎮(zhèn)環(huán)境治理，在上游沿岸村鎮(zhèn)建設(shè)垃圾中轉(zhuǎn)站、簡易垃圾收集點(diǎn)、垃圾無害化填埋場和生態(tài)公廁，嚴(yán)格控制傾倒入河垃圾，減少漂浮物的產(chǎn)生，從源頭防控垃圾入河。

(3)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。大力推進(jìn)特色鄉(xiāng)村建設(shè)，通過差異化定位、市場化運(yùn)作等手段，打造具有湖湘村落文化的特色小鎮(zhèn)。全力推進(jìn)農(nóng)村示范園建設(shè)，培育農(nóng)村發(fā)展新動力，以園區(qū)建設(shè)為重點(diǎn)，通過深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推進(jìn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)方式現(xiàn)代化，全面提高湘潭農(nóng)業(yè)的質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。

5 結(jié) 論

(1) 本文將組合權(quán)重、綜合貼近度與區(qū)域河流幸福度評價相結(jié)合，建立了區(qū)域河流幸福度等級評價模型。該模型通過云模型確定主觀權(quán)重、熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，并進(jìn)行無偏好組合得出最終權(quán)重，減少了單一權(quán)重的誤差。將逼近理想解排序法和灰色關(guān)聯(lián)度分析相結(jié)合，形成改進(jìn)灰色TOPSIS模型，計(jì)算河流幸福度的綜合貼近度，得出各河流相應(yīng)的幸福度評價等級，從而為區(qū)域河流的幸福度評價提供一種科學(xué)合理的新路徑。

(2) 利用模型對湖南省的長株潭及其周邊地區(qū)的7條典型河流(湖庫)，以2019年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行幸福度等級評價計(jì)算，根據(jù)綜合貼近度結(jié)果判斷各條河流的幸福度等級，分析得出的評價結(jié)果符合研究區(qū)河流(湖庫)實(shí)際情況，表明該模型合理可行，可適用于其他區(qū)域河流幸福度評價。

(3)根據(jù)評價模型中單一指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)被評價區(qū)域河流在幸福度方面的共性問題和個性問題，從而以此為導(dǎo)向，提出相應(yīng)的整改意見，這對于研究區(qū)域進(jìn)行下一步河道整治規(guī)劃和幸福河創(chuàng)建工作具有重要意義。