湖南省樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)研究
——以瀏陽河為例

喬 祺，石 林，張恒愷，趙麗子

（湖南省水利水電科學(xué)研究院，410007，長沙）

一、湖南省樣板河湖建設(shè)及評(píng)價(jià)背景

2016年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推行河長制的意見》，提出按照“四個(gè)到位”要求全面推行河長制。2018年8月，為強(qiáng)化推動(dòng)全省河湖保護(hù)，在河長制湖長制基礎(chǔ)上，湖南省印發(fā)了《關(guān)于開展河長制湖長制樣板河湖建設(shè)》的通知，要求在全省每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）選取一條河（湖）開展“樣板河湖”建設(shè)，達(dá)到“河暢、水清、岸綠、景美”的目標(biāo)。

在推行示范河湖建設(shè)背景下，湖南省樣板河湖建設(shè)工作取得了一定成效，截至2019年11月底已有樣板河湖1 900多條（個(gè)），其中瀏陽河入選水利部第一批示范河湖建設(shè)名單。但由于湖南省水系眾多、河網(wǎng)復(fù)雜，加之各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、地理?xiàng)l件等差異懸殊，各地樣板河湖建設(shè)情況存在較大差別，且目前湖南省現(xiàn)行樣板河湖評(píng)估及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主要考評(píng)依據(jù)以行政管理措施為主，缺少不同細(xì)分條件下的典型性指標(biāo)參數(shù)，尚未形成系統(tǒng)科學(xué)的樣板河湖評(píng)價(jià)體系和建設(shè)模式。為此，以瀏陽河為例開展湖南省樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)研究。

二、樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

河流和湖泊評(píng)價(jià)體系不完全相同，本文以瀏陽河為案例，僅討論河流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)。

1.瀏陽河概況

瀏陽河位于湖南省東部，屬于省級(jí)管理河流，是湘江右岸一級(jí)支流，河流全長224 km（干流137.1 km），流域面積4 244 km2，河流坡降0.573‰。瀏陽河發(fā)源于瀏陽市大圍山鎮(zhèn)，由大溪河和小溪河兩個(gè)源流在瀏陽城東10 km處匯合而成，在長沙市開福區(qū)注入湘江。瀏陽河流域水系發(fā)育，支流眾多，一級(jí)支流共32條，流域內(nèi)水資源豐富，河口處多年平均流量為108.8 m3/s，多年平均水資源量為37.25億m3。瀏陽河水量年內(nèi)分配不均，3—6月水量占全年的55%以上，枯水期的1月水量只占全年的1.7%。

2.建設(shè)內(nèi)涵

樣板河湖建設(shè)的終極目標(biāo)和核心內(nèi)涵是貫徹“十六字”治水思路，立足于生態(tài)文明建設(shè)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)開發(fā)與保護(hù)、興利與除害、整體與局部、近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系，解決河流關(guān)鍵問題，持續(xù)改善河流面貌，從而打造具有區(qū)域特色的“河暢、水清、岸綠、景美、人和”的幸福河。

3.指標(biāo)選取方法

常用指標(biāo)選取方法有專家評(píng)選法、最小均方差法、相關(guān)系數(shù)法、回歸分析法、主成分分析法、因子分析法、聚類分析法等。根據(jù)指標(biāo)的含義與屬性，可將指標(biāo)分為定性指標(biāo)與定量指標(biāo)，定性指標(biāo)通過征詢統(tǒng)計(jì)專家意見選取，如落實(shí)情況、河湖保潔度、景觀價(jià)值度等；定量指標(biāo)采用相關(guān)系數(shù)分析法結(jié)合專家咨詢方式選取，如河岸帶植被覆蓋率、岸線開發(fā)利用率等。

4.指標(biāo)確定

近年來，國內(nèi)一些省市的河流評(píng)價(jià)體系研究走在前列。浙江省從安全流暢、生態(tài)健康、水清景美、親水便民、長效管護(hù)、示范引領(lǐng)六大方面對(duì)“美麗河湖”進(jìn)行評(píng)價(jià)；山東省從生物狀況、環(huán)境狀況、社會(huì)服務(wù)功能、管理狀況和水文水資源5個(gè)方面16項(xiàng)指標(biāo)對(duì)“生態(tài)河道”進(jìn)行評(píng)價(jià)；上海市從環(huán)境面貌、河道設(shè)施、工程安全、河道水質(zhì)和基礎(chǔ)工作5個(gè)方面10項(xiàng)指標(biāo)對(duì)“星級(jí)河道”評(píng)價(jià)定級(jí)。

遵循精確性、科學(xué)性、可行性、經(jīng)濟(jì)性等原則，參考國內(nèi)現(xiàn)有較為成熟的評(píng)價(jià)體系研究，從系統(tǒng)論的整體性出發(fā)，選取水安全、水環(huán)境、水生態(tài)景觀、河湖管護(hù)等4項(xiàng)指標(biāo)建立準(zhǔn)則層，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化篩選出具有代表性、獨(dú)立性、易于獲取、能實(shí)際反映樣板河建設(shè)效果的指標(biāo)層指標(biāo)19項(xiàng)，其中定性指標(biāo)7項(xiàng)，定量指標(biāo)12項(xiàng)，如表1所示。

表1 樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

三、研究方法

1.層次分析法確定準(zhǔn)則層權(quán)重

準(zhǔn)則層包括水安全（B1）、水環(huán)境（B2）、水生態(tài)景觀（B3）、河湖管護(hù)（B4）四個(gè)方面。

建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型，邀請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)兩兩比較，判斷每項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層樣板河湖評(píng)價(jià)的重要性，從而構(gòu)建判斷矩陣。指標(biāo)間相對(duì)關(guān)系一般通過1～9標(biāo)度法確定。1～9標(biāo)度法具有思路直觀、操作簡單等特點(diǎn)，但指標(biāo)相對(duì)較少的情況下易導(dǎo)致重要指標(biāo)權(quán)重過高，而略次要指標(biāo)權(quán)重過低，各指標(biāo)權(quán)重值相差較大，與實(shí)際情況不符。故對(duì)1～9標(biāo)度法作出簡單改進(jìn)，將兩指標(biāo)間的重要性用[1，2]之間的數(shù)值界定，且充分考慮指標(biāo)層指標(biāo)數(shù)量對(duì)準(zhǔn)則層的影響，適當(dāng)調(diào)整準(zhǔn)則層相對(duì)重要性關(guān)系數(shù)值。建立判斷矩陣后計(jì)算其最大特征值及特征向量，對(duì)最大特征向量歸一化得到各指標(biāo)權(quán)重向量W。經(jīng)式（1）（2）一致性檢驗(yàn)通過后確定各指標(biāo)權(quán)重，詳見表2。

表2 準(zhǔn)則層權(quán)重表

式（1）中，λmax為最大特征值，n為判斷矩陣階數(shù)，RI取值與Saaty提出的1～9標(biāo)度法相同。若CR＜0.1，則一致性檢驗(yàn)通過。

2.結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定指標(biāo)層權(quán)重

首先運(yùn)用Delphi調(diào)查法確定指標(biāo)重要性排序矩陣，其次對(duì)專家的“結(jié)構(gòu)排序”進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)化，利用公式將專家排序轉(zhuǎn)化為隸屬函數(shù)。設(shè)aij是為第i個(gè)專家對(duì)指標(biāo)j的結(jié)構(gòu)排序，則隸屬度函數(shù)：

μ是在區(qū)間[0，1]間的變量。aij=1，2……j，j+1。j為實(shí)際最大順序號(hào)，m為轉(zhuǎn)化參數(shù)，通常取m=j+2。

其次計(jì)算全體專家對(duì)指標(biāo)j的一致性看法，定義bij=μ（aij），bj稱為平均認(rèn)識(shí)度；定義第i個(gè)專家對(duì)指標(biāo)μi認(rèn)識(shí)的不確定性，稱為“認(rèn)識(shí)盲度”，用Qj表示；定義全體專家對(duì)于每個(gè)指標(biāo)j的總體認(rèn)識(shí)度記為xj。bj、Qj、xj計(jì)算公式如下：

最后進(jìn)行歸一化處理。設(shè)wj=為指標(biāo)權(quán)重向量，即全體專家對(duì)m個(gè)指標(biāo)重要性的一致性整體判斷。

根據(jù)以上方法計(jì)算得到指標(biāo)層權(quán)重。按照綜合權(quán)重=準(zhǔn)則層權(quán)重×指標(biāo)層權(quán)重，最終權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3.指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

參考左其亭教授提出的“人水和諧”理論，本文將樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個(gè)等級(jí)，即“優(yōu)秀、良好、中、較差、差”，分別用“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ”表示。參考《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—2014）、《河湖健康評(píng)估技 術(shù)導(dǎo)則》（SL/T 793—2020）、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）、《湖南省農(nóng)村垃圾專項(xiàng)治理實(shí)施方案（2016—2020年）》、《湖南省農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)實(shí)施方案（2018—2020年）》、《湖南省水土保持規(guī)劃（2016—2030年）》等標(biāo)準(zhǔn)文件及規(guī)劃方案，確定各個(gè)指標(biāo)的等級(jí)范圍劃分，具體如表3所示。以河湖暢通性C12為例，依據(jù)《河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（SL/T 793—2020），該指標(biāo)值由單位河流長度內(nèi)影響河流連通性的建筑物或設(shè)施數(shù)量確定（有過魚設(shè)施的不在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)），單位采用“個(gè)/100 km”。

表3 樣板河評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及等級(jí)劃分表

4.云模型

云模型由李德毅院士基于概率測度空間提出，是定性與定量數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換的認(rèn)知模型，通過期望Ex、熵En和超熵He三個(gè)數(shù)字特征進(jìn)行描述，并配合使用相應(yīng)算法，構(gòu)造出服從泛正態(tài)分布的隨機(jī)變量——云滴，在概率層面統(tǒng)一描述認(rèn)知模糊性。經(jīng)過諸多學(xué)者研究，其中呈正態(tài)或半正態(tài)分布的正態(tài)云模型對(duì)評(píng)價(jià)研究具有普適性。

云發(fā)生器主要分為正向云發(fā)生器、逆向云發(fā)生器、X條件云發(fā)生器、Y條件云發(fā)生器四種，本文利用的X條件云發(fā)生器是已知數(shù)字特征和一個(gè)云滴數(shù)值X0，利用X條件云發(fā)生器求得該條件下云滴隸屬度μ0，算法步驟如下：

①計(jì)算模型數(shù)字特征值。利用指標(biāo)等級(jí)區(qū)間邊界值確定，設(shè)指標(biāo)i的某一等級(jí)區(qū)間為[Bmin，Bmax]，則云模型的特征值可利用公式（7）～（9）計(jì)算。若超熵He計(jì)算值過小，可直接取經(jīng)驗(yàn)值0.01或0.05。

②利用計(jì)算機(jī)按正態(tài)分布特征（En，He）生成正態(tài)隨機(jī)數(shù)En*。

③根據(jù)公式（10）計(jì)算得到第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的第j個(gè)等級(jí)的隸屬度μij：

④重復(fù)以上步驟，直到產(chǎn)生N個(gè)云滴，從而得到平均隸屬度μij，利用權(quán)重集合W和平均隸屬度矩陣得到各維度層綜合隸屬度矩陣Z，最后根據(jù)最大隸屬度原則判斷評(píng)價(jià)對(duì)象的和諧度等級(jí)。

四、實(shí)證研究

1.數(shù)據(jù)來源

瀏陽河樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)定量數(shù)據(jù)來自《湖南省瀏陽河“一河一策”實(shí)施方案 （2018—2020年）》、《湖南省“一河（湖）一策”（2018—2020年）實(shí)施評(píng)估》、《瀏陽河示范河流建設(shè)實(shí)施方案》、《瀏陽河示范河湖建設(shè)工作報(bào)告》及評(píng)審意見、《長沙市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《長沙市水資源公報(bào)》等資料，定性數(shù)據(jù)來自多位專家打分以及實(shí)地走訪瀏陽河沿線居民采集的數(shù)據(jù)，綜合統(tǒng)計(jì)處理得到瀏陽河各評(píng)價(jià)指標(biāo)分值（定性指標(biāo)已轉(zhuǎn)化為百分制），具體見表4所示。

表4 瀏陽河樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

2.模型計(jì)算及結(jié)果分析

將表2中樣板河建設(shè)原始數(shù)據(jù)輸入X云模型發(fā)生器，得出各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各等級(jí)的隸屬度，再利用各指標(biāo)權(quán)重加權(quán)求和得出綜合隸屬度，計(jì)算結(jié)果如表5所示。各指標(biāo)對(duì)應(yīng)隸屬等級(jí)如圖1所示。

圖1 各指標(biāo)隸屬等級(jí)圖

根據(jù)表5可知，瀏陽河樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)14個(gè)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ等級(jí)，4個(gè)指標(biāo)為Ⅱ等級(jí)，1個(gè)指標(biāo)為Ⅲ等級(jí)，綜合隸屬度最大值為0.465，對(duì)應(yīng)Ⅰ等級(jí)，樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)為優(yōu)秀，符合瀏陽河建設(shè)實(shí)際情況，基本驗(yàn)證了評(píng)價(jià)模型的有效性。

表5 瀏陽河樣板河建設(shè)評(píng)價(jià)各指標(biāo)隸屬度及綜合隸屬度

事實(shí)上，瀏陽河作為第一批全國示范河湖之一，自開展示范建設(shè)至今，在機(jī)制體制建設(shè)、治理管護(hù)、文化建設(shè)、河長履職、資金保障、宣傳發(fā)動(dòng)、科技應(yīng)用等多方面均取得了較好成績，逐漸成為人水和諧的幸福河流。其建設(shè)模式值得湖南省其他地區(qū)研究與借鑒。 ■