基于改進(jìn)物元分析法的岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估

方國華，陸洋洋，葉曉晶，廖 濤

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司南京分院，江蘇 南京 210029)

岸線是一定水位下的水域和陸域空間，是不可再生的戰(zhàn)略性自然資源，具有可開發(fā)利用的土地資源屬性，同時具有行洪、調(diào)節(jié)水流和維護(hù)河道健康的生態(tài)功能屬性[1-3]。然而，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人們對岸線的開發(fā)利用程度越來越高，尤其是長江中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、人口稠密、土地資源稀缺，對岸線資源的開發(fā)需求旺盛[4]，港口碼頭、工業(yè)、跨江通道、濱河景觀等開發(fā)利用項目密集[5]。岸線利用的不合理布局和無序開發(fā)導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，河勢和運輸航道被破壞，濱岸帶災(zāi)害頻發(fā)，岸線開發(fā)利用風(fēng)險形勢不容樂觀[6]。為保障岸線生態(tài)資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，黨的十八屆五中全會明確提出要“構(gòu)建科學(xué)合理的自然岸線格局”；2016年12月，我國全面推行河長制，河長制的主要任務(wù)之一就是加強岸線管控，建立健全河流岸線管理體制機(jī)制，統(tǒng)籌推進(jìn)岸線管理保護(hù)；2018年4月，習(xí)近平總書記在武漢召開的深入推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展座談會上更是強調(diào)“長江病了”，要治好“長江病”；2019年6月，為學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”的戰(zhàn)略思想，長江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院成立，長江岸線保護(hù)、利用與修復(fù)便是其重要的研究課題之一。開展岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估研究，將有助于管理者掌握岸線開發(fā)利用風(fēng)險現(xiàn)狀，進(jìn)而合理地開發(fā)利用岸線，對岸線生態(tài)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變及經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

目前，關(guān)于岸線的研究主要集中于岸線資源價值、岸線演變、岸線生態(tài)敏感性評估以及岸線開發(fā)適宜性評價[7-10]等，對岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估研究較少。為此，本文構(gòu)建岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系，基于灰關(guān)聯(lián)改進(jìn)物元分析法建立岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估模型，并以長江南京段為研究實例，評估長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險水平，以期為岸線的開發(fā)利用與保護(hù)提供決策依據(jù)。

1 岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系

1.1 岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估的內(nèi)涵及要求

風(fēng)險評估是項目管理中的重要工作，其是在特定的時間和范圍內(nèi)，管理者結(jié)合實際情況和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定評估指標(biāo)體系和風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)險程度進(jìn)行劃分，通過定性或定量方法，估算風(fēng)險發(fā)生的概率和可能導(dǎo)致的損失大小，為項目管理提供科學(xué)理論依據(jù)。通常情況下，岸線開發(fā)風(fēng)險主要來自不合理的人為活動，如高強度港口和工業(yè)岸線開發(fā)，將會造成水質(zhì)污染和生態(tài)環(huán)境破壞等問題，岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估的實質(zhì)就是對識別的各風(fēng)險因子量化的過程。

2016年9月，水利部、國土資源部聯(lián)合印發(fā)了由長江水利委員會牽頭編制完成的《長江岸線保護(hù)和開發(fā)利用總體規(guī)劃》。根據(jù)該規(guī)劃，岸線開發(fā)利用應(yīng)重點滿足四點要求：防治水質(zhì)污染風(fēng)險，嚴(yán)格控制排污口水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放和污染負(fù)荷總量，清退或調(diào)整水源保護(hù)地及生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)影響居民飲水和生態(tài)安全的岸線開發(fā)利用項目；保證“發(fā)展決不能犧牲生態(tài)環(huán)境為代價”，對不符合相關(guān)規(guī)劃、不滿足生態(tài)環(huán)保相關(guān)要求以及利用效率低的岸線開發(fā)項目，應(yīng)堅決予以騰退，大力推進(jìn)岸線生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，提高生態(tài)岸線比例；對于新規(guī)劃建設(shè)的水利工程項目，要做到統(tǒng)籌規(guī)劃、未雨綢繆，加強對洪澇的合理防治，提高水利工程的質(zhì)量，同時加強已建水利工程運行管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、堤防工程風(fēng)險評估、水文預(yù)警等非工程措施建設(shè)，確保其具有更高的安全性與可靠性；堅持政府的主導(dǎo)地位，落實河長制考核機(jī)制，健全岸線管理保護(hù)機(jī)制和相應(yīng)的法律法規(guī)體系，完善突發(fā)事件應(yīng)急管理機(jī)制，組織企業(yè)開展風(fēng)險評估和應(yīng)急預(yù)警建設(shè)，以加強應(yīng)對突發(fā)性事故的應(yīng)急處理處置能力。通過對岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估內(nèi)涵及要求的研究，結(jié)合岸線本身的自然屬性、社會屬性及其對應(yīng)的功能特性，本文提出從水質(zhì)污染、生態(tài)環(huán)境退化、工程運行狀況不良、管理應(yīng)急系統(tǒng)不健全等方面分析岸線開發(fā)利用存在的常見風(fēng)險。

1.2 岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建

岸線是一個復(fù)雜并具有開發(fā)性的動態(tài)系統(tǒng)，是人類活動、環(huán)境和自然資源與機(jī)構(gòu)的復(fù)合體。為全面評估岸線開發(fā)利用風(fēng)險狀況，本文采用理論分析與實際調(diào)查的方法，在科學(xué)界定岸線開發(fā)利用風(fēng)險內(nèi)涵和要求的基礎(chǔ)上，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、整體性與層次性相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合和可操作性等原則，從水質(zhì)污染、生態(tài)環(huán)境、工程安全、管理與應(yīng)急能力4個方面(結(jié)構(gòu)關(guān)系見圖1)分析、比較、綜合選擇出針對性較強的指標(biāo)，最后通過咨詢專家意見，對指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選，構(gòu)建岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系如圖2所示，體系包括目標(biāo)層(岸線開發(fā)利用風(fēng)險)、準(zhǔn)則層(一級指標(biāo)B1～B4)和指標(biāo)層(二級指標(biāo)C1～C20)。

圖1 水質(zhì)污染-生態(tài)環(huán)境-工程安全-管理與應(yīng)急能力風(fēng)險系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系

2 岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估模型

2.1 組合權(quán)重法確定指標(biāo)權(quán)重

進(jìn)行岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估時，需要根據(jù)不同評估指標(biāo)的貢獻(xiàn)大小確定各評估指標(biāo)的權(quán)重。常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法包括主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，主觀賦權(quán)法是決策者依據(jù)對研究對象的經(jīng)驗儲備和個人喜好做出的決策，具有主觀性，難以反映事物的真實本質(zhì)；客觀賦權(quán)法是對研究對象多年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雖然數(shù)據(jù)來源非?？陀^，但是無法體現(xiàn)決策者的個人喜好[11]。本文綜合考慮決策者偏好和客觀情況，采取主客觀結(jié)合的方法，運用層次分析法(AHP)確定指標(biāo)的主觀權(quán)重，運用熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，并通過最小相對信息熵原理得到組合權(quán)重，使所得結(jié)果在貼近原來各自權(quán)重的基礎(chǔ)上差異最小，結(jié)果更加科學(xué)合理[12]。

層次分析法計算主觀權(quán)重向量W′的步驟：建立層次結(jié)構(gòu)，目標(biāo)層-準(zhǔn)則層-指標(biāo)層；構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣；利用判斷矩陣計算各指標(biāo)的權(quán)重，并對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗[13]。

熵權(quán)法計算客觀權(quán)重向量W″的步驟如下：

步驟1構(gòu)建n個方案m個評估指標(biāo)的判斷矩陣R=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

步驟2數(shù)據(jù)歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣B=(bij)m×n。 對于指標(biāo)量化值越大，岸線開發(fā)利用存在的風(fēng)險越大和越小的指標(biāo)，分別采用式(1)和式(2)進(jìn)行歸一化處理。

bij=(xij-xij，min)/(xij,max-xij，min)

(1)

bij=(xij,max-xij)/(xij,max-xij，min)

(2)

式中：xij為第j個方案的第i個評估指標(biāo)；bij為xij歸一化后的值；xij,min、xij,max分別為第j個方案的第i個評估指標(biāo)的最小值和最大值。

步驟3確定評估指標(biāo)的熵:

(3)

式中：Ei為各方案中第i個評估指標(biāo)的熵；fij為第j個方案第i個指標(biāo)在該方案中的比重。

步驟4計算評估指標(biāo)的熵權(quán):

(4)

(5)

2.2 改進(jìn)物元分析評估模型構(gòu)建

岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系涉及多指標(biāo)、多層次，屬于定性與定量相結(jié)合的評價問題，且單項指標(biāo)的評價結(jié)果具有不相容性[14]。如何解決指標(biāo)之間的不相容問題，是建立科學(xué)合理岸線風(fēng)險評估模型的關(guān)鍵[15]。物元分析法由我國學(xué)者蔡文提出，是專門研究求解不相容問題的一種方法[16-17]。將物元分析法引入到岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估中，可有效處理評估過程中的不相容問題，使得評估結(jié)果更合理。

傳統(tǒng)物元分析法采用歐式“貼近度”描述待評對象與標(biāo)準(zhǔn)對象的相近程度。然而，歐式“貼近度”僅考慮了待評對象與標(biāo)準(zhǔn)對象向量終點之間的距離，會導(dǎo)致多個待評對象的區(qū)分度不高[18]。為此，本文基于灰關(guān)聯(lián)改進(jìn)物元分析法建立岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估模型，充分反映待評對象與標(biāo)準(zhǔn)對象之間的一致性程度?；诨谊P(guān)聯(lián)改進(jìn)物元分析法的基本步驟如下:

步驟1構(gòu)建物元矩陣。岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系中有多個評估指標(biāo)，記為m個特征，P為待評單元；Ci(i=1,2,…,m)為待評單元中第i項評估指標(biāo)；Vi(i=1,2,…,m)為對應(yīng)評估指標(biāo)Ci的量值，待評單元的物元矩陣為

(6)

步驟2確定經(jīng)典域、節(jié)域。將岸線開發(fā)利用風(fēng)險劃分為r個評估等級，記作Nr(r=1,2,…,t)，Vr=(ari,bri)為Nr關(guān)于Ci的量值范圍，即經(jīng)典域，經(jīng)典域物元為

(7)

所有評估等級的Nr構(gòu)成岸線開發(fā)利用風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)對象Np，Vp=(api,bpi)為Np關(guān)于Ci的量值范圍，即節(jié)域，節(jié)域物元為

(8)

步驟3計算綜合關(guān)聯(lián)度。待評物元的指標(biāo)i對評估等級r的灰關(guān)聯(lián)度的計算為

(9)

步驟4評定等級。若Kq(P)=max{Kr(P)}，則待評物元P屬于q等級。

3 實例應(yīng)用

將灰關(guān)聯(lián)改進(jìn)物元分析法模型運用到長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估研究中，對長江南京段岸線風(fēng)險現(xiàn)狀進(jìn)行評估。

3.1 長江南京段岸線開發(fā)利用概況

長江南京段是長江下游進(jìn)入江蘇境內(nèi)的首段，上接蘇皖交界的和尚港，下迄寧鎮(zhèn)交接的大道河口，干流長81 km，岸線總長度275.5 km，其中南岸岸線長約100.1 km，北岸長約90 km，江心洲島岸線長約85.4 km[19]。長江南京段岸線分布見圖3。近年來，長江南京段岸線從開發(fā)利用為主轉(zhuǎn)向以管理保護(hù)為重，南京市政府加大岸線整治力度，開展了整治非法碼頭、清理三無船舶、騰退重點行業(yè)岸線等行動，生產(chǎn)岸線占比由27.7%降為19.4%，生產(chǎn)岸線長度大幅度降低，生態(tài)岸線占比由57.7%上升到65.7%，岸線開發(fā)利用風(fēng)險持續(xù)減少。

圖3 長江南京段岸線分布

然而，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展定位以及歷史遺留問題，長江南京段部分岸線開發(fā)利用仍存在諸多問題。目前，長江南京段岸線共分布416個碼頭，已利用岸線約占總岸線長的40%，岸線開發(fā)利用強度大，生產(chǎn)型岸線占比過高；局部岸線開發(fā)利用布局不合理，部分污染企業(yè)布置在水源保護(hù)地和生態(tài)保護(hù)地，威脅居民飲水和生態(tài)安全；在長江南京段，列入國家清理整治項目的岸線共有21.8 km，清理整治任務(wù)較重，部分違建項目時間久遠(yuǎn)，歷史遺留問題多，清理整治難度較大。

3.2 評價標(biāo)準(zhǔn)及長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險現(xiàn)狀水平

以長江南京段為評估對象，用AHP-熵權(quán)法綜合計算指標(biāo)組合權(quán)重，基于灰關(guān)聯(lián)改進(jìn)物元分析法進(jìn)行綜合評價。根據(jù)長江南京段岸線開發(fā)利用各指標(biāo)現(xiàn)狀實際水平，參考國內(nèi)外已有相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專家咨詢意見，將風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)劃分為低、較低、一般、較高、高5個等級。對定性指標(biāo)按照風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，相應(yīng)分值為[0.9,1.0]、[0.8,0.9)、[0.7,0.8)、[0.6,0.7)、[0.4,0.6)，其中各指標(biāo)對應(yīng)分值即為該指標(biāo)的現(xiàn)狀水平值[20]。各定量指標(biāo)根據(jù)其實際現(xiàn)狀值與對應(yīng)目標(biāo)值之間的比值作為現(xiàn)狀水平值，其中部分定量指標(biāo)的目標(biāo)值及實際現(xiàn)狀值計算方法如表1所示。

表1 部分指標(biāo)目標(biāo)值

基于2019年南京市岸線已有數(shù)據(jù)資料、《南京市2019年水資源公報》《江蘇省長江岸線保護(hù)利用規(guī)劃》，定量指標(biāo)與定性指標(biāo)經(jīng)歸一化處理后得到現(xiàn)狀水平標(biāo)準(zhǔn)值，長江南京段岸線開發(fā)利用各評估指標(biāo)風(fēng)險現(xiàn)狀水平見表2。

表2 長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險現(xiàn)狀水平

3.3 長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估

根據(jù)AHP確定準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重進(jìn)而得到主觀權(quán)重，根據(jù)熵權(quán)法計算得到指標(biāo)層客觀權(quán)重，將主客觀權(quán)重耦合得到各指標(biāo)對應(yīng)于目標(biāo)層的組合權(quán)重(表3)。

表3 各項指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

按照低、較低、一般、較高、高5個風(fēng)險等級，則經(jīng)典域為[0.9，1.0]、[0.8，0.9)、[0.7，0.8)、[0.6，0.7)、[0.4，0.6)，節(jié)域為[0.4，1.0]。根據(jù)式(9)計算待評物元指標(biāo)對評估等級的灰關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表4。

表4 待評物元各指標(biāo)對評估等級的灰關(guān)聯(lián)度

通過計算得出長江南京段岸線開發(fā)利用評估等級的綜合關(guān)聯(lián)度為

因為K2(P)=max{Kr(P)}，表明長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估等級為“較低”，岸線管護(hù)效果良好。在長江南京段岸線開發(fā)利用風(fēng)險單指標(biāo)評估中，水質(zhì)污染風(fēng)險有6個指標(biāo)，其中僅有突發(fā)事故水污染概率C5指標(biāo)風(fēng)險等級為一般，其余指標(biāo)風(fēng)險等級均為低或者較低。對長江南京段1990—2020 年發(fā)生的水污染事故進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計顯示，突發(fā)水污染事故時有發(fā)生，2020年南京市中級人民法院更是對某水務(wù)公司故意偷排高濃度廢水直入長江開出了天價罰單。由此可見，南京市應(yīng)加大經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，吸引人才和高科技企業(yè)落戶，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，同時加強水環(huán)境監(jiān)管治理和污水處理項目的提標(biāo)改造，嚴(yán)格控制排污口水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放和削減污染排放總量，降低突發(fā)事故水污染發(fā)生概率。

目前生態(tài)環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)是控制風(fēng)險水平的短板，在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險的5個指標(biāo)中，港口碼頭分布C8和排污口分布C9為一般風(fēng)險等級，岸線開發(fā)利用率C11為較高風(fēng)險等級，表明長江南京段岸線開發(fā)利用強度大、生產(chǎn)型岸線占比過高等問題仍然突出。為降低岸線生態(tài)環(huán)境風(fēng)險水平，有關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格岸線管控，清理整頓不符合“長江大保護(hù)”等相關(guān)規(guī)劃的岸線，優(yōu)化利用效率偏低的岸線，推進(jìn)岸線生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)。

工程安全風(fēng)險和管理與應(yīng)急能力風(fēng)險的9個指標(biāo)均為低或者較低。說明長江南京段岸線防洪、供水等工程管護(hù)效果良好，管理機(jī)構(gòu)完善，責(zé)任明確，管理人員素質(zhì)過硬，水源地保護(hù)區(qū)劃分合理，應(yīng)急響應(yīng)能力強，上游風(fēng)險企業(yè)制定了應(yīng)急預(yù)案，備用水源地建設(shè)完善，一旦遇到突發(fā)性污染事件，可以及時妥善處理。

本文評估結(jié)果符合長江南京段實際情況，具有較高的可信度?！伴L江大保護(hù)”戰(zhàn)略提出后，南京市政府先后開展了非法碼頭整治、長江干流岸線開發(fā)利用項目清理騰退等系列專項整治，取得了階段性成效，長江南京段岸線狀況有所改善，岸線開發(fā)利用風(fēng)險持續(xù)減少。

4 結(jié) 語

在科學(xué)界定岸線開發(fā)利用風(fēng)險內(nèi)涵和要求的基礎(chǔ)上，從水質(zhì)污染、生態(tài)環(huán)境、工程安全和管理與應(yīng)急能力4個方面，構(gòu)建了岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估指標(biāo)體系。運用層次分析法確定指標(biāo)的主觀權(quán)重，熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，應(yīng)用最小相對信息熵原理確定組合權(quán)重，得到科學(xué)合理的指標(biāo)權(quán)重?；谖镌治龇ń毒€開發(fā)利用風(fēng)險評估模型，解決指標(biāo)間的不相容問題，并且結(jié)合灰關(guān)聯(lián)，對傳統(tǒng)物元分析法中的歐式“貼近度”進(jìn)行改進(jìn)，使評估結(jié)果更加明確可信。

將改進(jìn)物元分析法風(fēng)險評估模型應(yīng)用于長江南京段岸線，得到其風(fēng)險評估等級為“較低”，評估結(jié)果與實際情況相符，表明該評估模型合理適用。長江南京段岸線在水質(zhì)污染風(fēng)險、工程安全風(fēng)險和管理與應(yīng)急能力風(fēng)險控制上，成效顯著，基本維持在低風(fēng)險水平。但在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險控制上仍有較大提升空間，需加強管控措施，可通過優(yōu)化港口碼頭布局、壓減化工產(chǎn)能、優(yōu)化船舶岸線布局以及重構(gòu)鋼鐵發(fā)展格局等方式降低岸線開發(fā)利用風(fēng)險水平。本文研究方法也可以應(yīng)用于黃河、珠江等岸線開發(fā)利用風(fēng)險評估，具有普適性。