基于序關(guān)系-物元可拓模型的澧水幸福度綜合評價

喬祺 石林 趙麗子 吳子涵 李代軍

摘要：為貫徹落實新時代治水思路，推進(jìn)湖南省幸福河建設(shè)，選取湖南省“四水”之一的澧水為對象，從“防洪保安全”“優(yōu)質(zhì)水資源”“宜居水環(huán)境”“水生態(tài)健康”“先進(jìn)水文化”“綠色水產(chǎn)業(yè)”“文明水管護(hù)”7個方面共篩選出21個指標(biāo)建立了指標(biāo)體系，基于序關(guān)系分析方法和物元可拓理論，構(gòu)建了體系完整、操作性強、符合實際的序關(guān)系-物元可拓模型，對澧水幸福度進(jìn)行了綜合評價。評價結(jié)果表明：澧水的綜合幸福度屬于向優(yōu)秀轉(zhuǎn)化等級。

關(guān)鍵詞：幸福河評價; 評價指標(biāo)體系; 序關(guān)系分析法; 物元可拓模型; 澧水

中圖法分類號：X82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.04.020

文章編號：1006 - 0081（2022）04 - 0118 - 05

0 引 言

2019年9 月18 日，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上，第一次提出了“幸福河”概念[1]，為新時代生態(tài)文明條件下的黃河流域乃至全國河湖治理與發(fā)展提出了新的目標(biāo)和方向。2020年全國水利工作會議上明確提出要建設(shè)造福人民的“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。幸福河湖是生態(tài)保護(hù)需求與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求維持平衡的最佳狀態(tài)，具有動態(tài)性、主觀性、區(qū)域性。幸福河湖要滿足人的生態(tài)安全需要、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要、民生福祉需要、文化積淀需要等，進(jìn)而實現(xiàn)人水和諧共生，這既是幸福河湖深刻內(nèi)涵的系統(tǒng)表述，也是建設(shè)幸福河湖的方向指引。建立科學(xué)合理的評價準(zhǔn)則與評價方法，致力于打造湖南省幸福河典型示范案例，對新時代水利事業(yè)發(fā)展意義重大。

澧水位于湖南省西北部，流域跨越湘鄂兩省邊境，是湖南省“湘資沅澧”四水之一，沿途接納溇水、渫水、道水和涔水等支流，至津市小渡口注入洞庭湖。干流全長407 km，流域面積16 959 km2，流經(jīng)張家界、常德兩市。澧水流域河網(wǎng)復(fù)雜、水能資源豐富、涉河水利工程眾多，且上、下游經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不均衡，沿河各地存在的水問題也不盡相同。自湖南省推行河長制工作以來，澧水流域各地積極開展工作，河流生態(tài)環(huán)境與群眾滿意度均明顯提升。

本文選取澧水為評價對象，建立了符合湖南省河湖水域特征的評價體系，采用序關(guān)系分析方法確定指標(biāo)權(quán)重，基于物元可拓模型完成綜合評價。

1 澧水幸福度評價指標(biāo)體系

幸福河評價[2]是超越傳統(tǒng)河湖生態(tài)環(huán)境評價范疇，具有主觀性、地域性以及動態(tài)性的研究工作。目前，中國各地對于幸福河內(nèi)涵的定義不盡相同，相關(guān)研究有待進(jìn)一步深入完善。本文從保持河流的自然結(jié)構(gòu)和滿足人類社會合理需求的二元平衡性出發(fā)，參考國內(nèi)現(xiàn)有較為成熟的評價體系和評價指標(biāo)研究[3-4]，以防洪保安全、優(yōu)質(zhì)水資源、宜居水環(huán)境、水生態(tài)健康、先進(jìn)水文化、綠色水產(chǎn)業(yè)、文明水管護(hù)等7個方面建立準(zhǔn)則層，并考慮湖南省河流的典型特征與流域經(jīng)濟(jì)生態(tài)協(xié)同發(fā)展目標(biāo)，共篩選出21個指標(biāo)建立指標(biāo)層。具體指標(biāo)如表1所示。

由于原始數(shù)據(jù)量綱不同，判別標(biāo)準(zhǔn)不一，在進(jìn)行整體評價之前，對所有指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行等級劃分，統(tǒng)一采用百分制評分。本文將幸福河評價標(biāo)準(zhǔn)劃分為五個等級，各級評價指標(biāo)取值范圍和含義如表2所示。

2 序關(guān)系-物元可拓模型

考慮幸福河評價具有多層次、多指標(biāo)、定性與定量共存、指標(biāo)獲取的時空復(fù)雜性等特點，本文選用序關(guān)系法確定評價指標(biāo)的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上建立物元可拓模型對澧水綜合幸福度進(jìn)行評價。

2.1 指標(biāo)權(quán)重確定

序關(guān)系分析法（ G1 法）[5]通過建立指標(biāo)間的序關(guān)系并構(gòu)造具有一致性的判斷矩陣，解決了層次分析法中判斷矩陣很難達(dá)到一致性的問題。G1法過程簡單清晰、操作性強，且無須進(jìn)行一致性檢驗，具有較好的實用性。

（1） 根據(jù)重要性程度對各級指標(biāo)進(jìn)行排序。若評價指標(biāo)bi相對于評價標(biāo)準(zhǔn)的重要性程度不小于bj，記為bi>bj。如果各評價指標(biāo)對于評價準(zhǔn)則具有關(guān)系b1>b2>…>bn，則 b1，b2，…，bn之間按照“>”確定指標(biāo)間的序關(guān)系。

（2） 確定重要性標(biāo)度。重要性標(biāo)度即為序關(guān)系列表中相鄰評價指標(biāo)bk與bk-1的重要程度之比，記為 hk，且有

[hk=ωk-1ωk]（k=m，m-1，…，3，2）? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：[ωk]為第k個指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重;m為指標(biāo)的數(shù)量;hk∈[1.0，2.0），且 hk 越大，表示指標(biāo) bk相對于bk-1越重要。

（3） 計算指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)各指標(biāo)間的重要性標(biāo)度，得出權(quán)重的計算公式為

[ωk=1+k=2mi=kmhi-1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

[ωk-1=hkωk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

由此可以得出每一指標(biāo)的權(quán)重[ω=ω1，ω2，…，ωm]。

2.2 指標(biāo)體系評價

物元分析是中國學(xué)者蔡文教授于20世紀(jì)80年代提出的一種研究物元、解決矛盾或不相容問題的方法，即把研究對象用帶有信息的3個要素組成基本元來描述，從而分析研究基本元及其變化規(guī)律[6]。本文將物元分析理論應(yīng)用于幸福河指標(biāo)體系評價中，不僅能夠評價河流“幸福河湖”建設(shè)綜合水平，還能得到每個單項指標(biāo)的發(fā)展水平，具有明顯的科學(xué)性和合理性。

2.2.1 物元矩陣構(gòu)建

將評價對象（描述事物）M、評價對象的指標(biāo)C及指標(biāo)數(shù)值x結(jié)合起來，構(gòu)成一組描述事物的基本單元，即稱為物元。表示為物元R=（M，C，x）。模型應(yīng)用公式為

[R=R1?Rn=C1?CnMx1?xn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：Ci 為待評價對象M的第i個評價指標(biāo)（i=1，2，…，n）;xi為M關(guān)于第i項評價指標(biāo)對應(yīng)的量值。

2.2.2 幸福河建設(shè)經(jīng)典域和節(jié)域確定

幸福河建設(shè)的經(jīng)典域物元Rj如下所示：

[Rj=Mj，C，Xj=C1?CnXj1?Xjn=C1?Cn（aji，bj1）?（ajn，bjn）]? ? ? ?（5）

式中：Mj（ j = 1，2，…，m） 為所劃分的第j個幸福河建設(shè)評價等級; 區(qū)間 Xji = （ aji，bji ） 為Mj 對應(yīng)指標(biāo)Ci的取值范圍，即經(jīng)典域。

幸福河建設(shè)的節(jié)域物元Rp可表示為

[Rp=Mp，C，Xp=C1?CnXp1?Xpn=C1?Cn（api，bp1）?（apn，bpn）]? ? ? ?（6）

式中：Mp為評價等級全體;區(qū)間 Xpi = （ api，bpi ） 為Mp 關(guān)于Ci的取值范圍，即節(jié)域，[Xji∈Xpi]。

2.2.3 單指標(biāo)關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度確定

關(guān)聯(lián)函數(shù)表示待評價物元符合某一等級的程度。令有界實區(qū)間X0 =[a，b]的模為| X0 | = | b-a |，則某一點xi到區(qū)間x0的距可表示為

[ρxi，X0=xi-12a+b-12b-a]? ? ?（7）

由式（7）得到某點xi到經(jīng)典域區(qū)間Xji的距[ρxi，Xji]和到節(jié)域區(qū)間Xpi的距[ρxi，Xpi]，則幸福河評價M關(guān)于等級j的單指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Kj（xi）的計算公式為

[Kjxi=-ρxi，XjiXji， xi∈Xjiρxi，Xjiρxi， Xpi-ρxi， Xji， xi?Xji]? ? ? （8）

式中：[Xji=aji-bji]。若[Kji=maxKj（xi）]，則待評對象第i項指標(biāo)隸屬于評價等級 j。

2.2.4 綜合關(guān)聯(lián)度計算與評價等級確定

幸福河建設(shè)Mx隸屬于某一等級j的程度Kj （Mx）稱為綜合關(guān)聯(lián)度，表示為

[KjMx=i=1nωiKjxi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

式中：[ωi]為各評價指標(biāo)的權(quán)重。若Kjx =max[Kj （Mx）]，則待評對象Mx屬于評價等級 j。當(dāng) 0≤Kj （Mx）<1 時，表示Mx符合標(biāo)準(zhǔn)等級要求;當(dāng) -1≤Kj （Mx）<0 時，表示Mx不符合標(biāo)準(zhǔn)等級要求，但具備轉(zhuǎn)化為該標(biāo)準(zhǔn)等級的條件，且數(shù)值越大，越容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;當(dāng) Kj （Mx）<-1時，表示Mx不符合該標(biāo)準(zhǔn)等級要求，且不具備轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)等級的條件。

3 實例應(yīng)用

3.1 指標(biāo)原始分值

通過查閱分析《湖南省澧水干流“一河一策”實施方案（2018-2020年）》《湖南省“一河（湖）一策”（2018-2020年）實施評估》《湖南省水功能區(qū)限制納污紅線控制指標(biāo)核算報告》《湖南省主要河流控制斷面最小流量方案報告》《湖南省統(tǒng)計年鑒》《湖南省水資源公報》等資料，實地調(diào)研及走訪澧水沿線居民，并邀請多位專家對各項指標(biāo)打分，經(jīng)統(tǒng)計處理得到澧水各評價指標(biāo)分值（百分制），具體如表3所示。

3.2 權(quán)重確定

首先確定準(zhǔn)則層指標(biāo)間的序關(guān)系，將防洪保安全B1、優(yōu)質(zhì)水資源B2、宜居水環(huán)境B3、水生態(tài)健康B4、先進(jìn)水文化B5、綠色水產(chǎn)業(yè)B6、文明水管護(hù)B7準(zhǔn)則層指標(biāo)按重要性從大到小排序為：B1，B2，B3，B4，B6，B7，B5。通過資料查閱、咨詢專家確定重要性標(biāo)度為{1.25，1.00，1.00，1.00，1.20，1.50}。根據(jù)式（2）～（3）得到準(zhǔn)則層權(quán)重如表4所示。

再對每個準(zhǔn)則層下的指標(biāo)層建立序關(guān)系。以防洪保安全層為例，包括兩個評價指標(biāo)，對其按照重要性排序，依次為防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率C1、河流流動暢通性C2。根據(jù)湖南省情與澧水防洪特點， C1指標(biāo)相對C2指標(biāo)比較重要，重要性標(biāo)度C1/C2設(shè)為1.7，代入式（2）和式（3），得出防洪保安全指標(biāo)層的相對權(quán)重。各指標(biāo)最終權(quán)重=指標(biāo)層相對權(quán)重×準(zhǔn)則層權(quán)重。同理確定其他指標(biāo)的權(quán)重，具體計算結(jié)果如表4所示。

3.3 綜合評價

3.3.1 經(jīng)典域、節(jié)域確定

根據(jù)幸福河建設(shè)綜合評價的可拓性，將澧水幸福河建設(shè)的各評價指標(biāo)發(fā)展階段劃分為5個等級，即Ⅰ級（優(yōu)） 、Ⅱ級（較優(yōu)）、Ⅲ級（中等）、Ⅳ級（較差）和Ⅴ級（差），確定各等級每項指標(biāo)的經(jīng)典域及節(jié)域取值，節(jié)域取值空間均為[0，100]，如表2所示。

3.3.2 各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算

將各指標(biāo)數(shù)據(jù)分別代入關(guān)聯(lián)函數(shù)公式，得出相應(yīng)的指標(biāo)對各等級的關(guān)聯(lián)度。以C1防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率指標(biāo)為例，將x1=85.6代入式（8），可得該指標(biāo)對應(yīng)于Ⅰ～Ⅴ級各評價等級的關(guān)聯(lián)度分別為-0.234，0.440，-0.280，-0.520，-0.640，可判定該指標(biāo)水平屬于較優(yōu)，各幸福河評價指標(biāo)水平如表5所示。

3.3.3 評價等級

將得到的各項指標(biāo)對應(yīng)各等級的關(guān)聯(lián)度與其對應(yīng)的權(quán)重（表5）代入式（9），得出澧水幸福河評價所有指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度，如表6所示。

由上表可知[Kjx=maxKj（Mx）=K1（M）=-0.051]，故-1≤Kj（Mx）<0，表明澧水尚不完全符合幸福河建設(shè)Ⅰ級的標(biāo)準(zhǔn)，但[-0.051∈[-1，0）]，且非常接近0，說明具備向Ⅰ級轉(zhuǎn)化的條件，即澧水整體幸福度等級為向優(yōu)轉(zhuǎn)化。

分析表5單個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度信息，河流流動暢通性、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、地表水達(dá)到或好于Ⅲ類水比例、黑臭水體整治達(dá)標(biāo)率、文化古跡保存程度、河道“清四亂”完成率、河道管理范圍劃定完成率、建立完善評價激勵機制等指標(biāo)均處于優(yōu)秀水平，這主要與澧水整體水質(zhì)較好，河流連通性較好，湖南省河湖管理體制機制日趨完善，大力推動“清四亂”與河道劃界工作等因素相關(guān);美麗宜居鄉(xiāng)村建設(shè)達(dá)標(biāo)率、綠道比例、水文化挖掘程度、垃圾分類集中處理率、綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品比重等指標(biāo)處于中等級別，與優(yōu)秀水平還有一定距離，這主要與澧水上下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不均衡，自然岸線保有率較高等因素有關(guān)。

4 結(jié)論與展望

幸福河建設(shè)是新時期治水管水的重要任務(wù)，本文從防洪保安全、優(yōu)質(zhì)水資源、宜居水環(huán)境、水生態(tài)健康、先進(jìn)水文化、綠色水產(chǎn)業(yè)、文明水管護(hù)7個方面優(yōu)選出21個評價指標(biāo)構(gòu)建澧水幸福河評價指標(biāo)體系，基于層次分析-物元可拓模型，確定各指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行各項關(guān)聯(lián)度和總體關(guān)聯(lián)度計算。評價結(jié)果顯示：澧水整體幸福度雖未完全符合優(yōu)秀等級但具備向優(yōu)秀等級轉(zhuǎn)化的條件，與實際情況基本相符，證明了模型的有效性，為湖南省幸福河湖建設(shè)提供了參考依據(jù)?；诒疚慕Y(jié)論，建議澧水沿線各市縣進(jìn)一步加強堤防達(dá)標(biāo)建設(shè)，大力推動美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，深入挖掘水文明內(nèi)涵，提升城鄉(xiāng)垃圾分類集中處理率，推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，最大程度提升澧水幸福度。同時，“幸福河”評價指標(biāo)體系具有一定主觀性與地域性，湖南省地貌復(fù)雜，水系眾多，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不均衡，本文選取的研究對象澧水在湖南省具有一定代表性，但對于全省各地更具普適性的科學(xué)評價體系仍有待進(jìn)一步研究。

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（編輯：李 晗）

Comprehensive evaluation on happiness of Lishui River based on order relation analysis method and matter-element extension model

QIAO Qi， SHI Lin， ZHAO Lizi， WU Zihan， LI Daijun

（Hunan Institute of Water Resource and Hydropower Research， Changsha? 410007， China）

Abstract：In order to implement the idea of water control and management in the new era and promote the happy river construction in Hunan Province， this paper selected Lishui River， one of the “Four Rivers” in Hunan Province， as the object， based on 21 indexes about “flood control and safety”， “high quality of water resources”， “l(fā)ivable water environment”， “water ecological health”， “advanced water culture”， “green water industry ” and “civilized water management and protection” and established the evaluation system. Based on the order relation analysis method and matter-element extension theory， a complete， easily operated and practical system was established to comprehensively evaluate the happiness degree of Lishui River. The evaluation results showed that the comprehensive happiness of Lishui River belonged to the level of? “development toward excellent”.

Key words： happy river; evaluation indexes system; order relation analysis method; matter-element extension model; Lishui River