基于三標(biāo)度AHP法的河道治理效果模糊綜合評價(jià)研究

鄧景柳

(廉江市水利綜合服務(wù)中心，廣東 廉江 524400)

近年來，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷深入，城市水環(huán)境問題日益凸顯，河道淤積、水體污染、河湖生態(tài)功能退化等問題日益成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸。2022年1月國家發(fā)改委印發(fā)了《“十四五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》，明確到2025年，基本形成較為完善的城鎮(zhèn)水污染防治體系，城市生活污水集中收集率力爭達(dá)到70%以上，基本消除城市黑臭水體。針對河道治理效果評價(jià)的研究目前尚不多見，不同領(lǐng)域的專家和學(xué)者從各自的研究領(lǐng)域?qū)@一問題提出不同的見解，王耀建[1]等人根據(jù)對玉符河近3年的近自然綜合治理，從安全性、水文結(jié)構(gòu)與功能、生態(tài)環(huán)境、親水性和景觀效果等方面對玉符河治理效果進(jìn)行了定性評價(jià)。劉向陽[2]結(jié)合《河流健康評估指標(biāo)、方法與標(biāo)準(zhǔn)》，首次提出了城市河道生態(tài)景觀治理效果評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)5 大體系，包含河流形態(tài)自然化結(jié)構(gòu)體系、河流生態(tài)環(huán)境功能體系、資源再生、循環(huán)利用體系、人本體系、智能監(jiān)測體系。徐玉萍[3]利用浮游植物完整性指數(shù)和底棲動(dòng)物完整性指數(shù)分別對萬平河、東上澳塘、李腰涇河等7條河道進(jìn)行河流健康評價(jià)，為生態(tài)河道的治理與管理工作提供重要理論和實(shí)踐依據(jù)。徐建昌[4]利用ADCP技術(shù)對近幾年京杭運(yùn)河壁虎河口段航道水文數(shù)據(jù)進(jìn)行定期監(jiān)測，通過對比分析整治前后航道水流流速分布情況，對航道整治效果進(jìn)行評價(jià)。尚文凱[5]等人以孫祖河綜合治理工程為例，從生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面，考慮21項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建起FAHP 模型，計(jì)算D 層指標(biāo)的總排序和總權(quán)重向量矩陣，綜合評價(jià)孫祖河綜合治理工程效果的后評價(jià)結(jié)果較好。對項(xiàng)目實(shí)施效果進(jìn)行客觀評價(jià)對于提高項(xiàng)目區(qū)水環(huán)境治理成效具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮城市河道治理所產(chǎn)生的工程效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益等，提出一套系統(tǒng)的河道治理效果評價(jià)體系，以期為有關(guān)部門進(jìn)行項(xiàng)目考核提供技術(shù)參考。

1 評價(jià)指標(biāo)體系的確立

在進(jìn)行項(xiàng)目評價(jià)時(shí)，指標(biāo)的選取至關(guān)重要，在很大程度上決定著評價(jià)結(jié)果的正確與否，必須充分考慮指標(biāo)體系的系統(tǒng)性、代表性、可操作性及科學(xué)性，從中選取最能夠反映項(xiàng)目主要特征的指標(biāo)。根據(jù)層次分析法“目標(biāo)層-準(zhǔn)則層-指標(biāo)層”的評價(jià)體系構(gòu)建思路，首先確立“河道治理效果評價(jià)”作為目標(biāo)層，準(zhǔn)則層又可視為評價(jià)對象的一級(jí)指標(biāo)層，通常也認(rèn)為是目標(biāo)層的概述性指標(biāo)，主要是從宏觀的角度對目標(biāo)層可能產(chǎn)生的效益進(jìn)行評價(jià)，本文中通過實(shí)施河道治理工程，將會(huì)產(chǎn)生直接的工程效益和生態(tài)效益，其次是社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此本文將河道治理過程中產(chǎn)生的工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益作為評價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)則層[6-7]。指標(biāo)層則為評價(jià)對象的二級(jí)指標(biāo)，是對準(zhǔn)則層的進(jìn)一步細(xì)化，指標(biāo)層的選取是整個(gè)評價(jià)體系的關(guān)鍵，必須充分考慮所選取指標(biāo)的系統(tǒng)性、代表性、科學(xué)性和可操作性。至此，項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建完成。

1.1 工程效益

河道最重要的功能首先是防洪排澇，實(shí)施河道治理工程，主要也是為了保證河道通暢，能夠宣泄多余洪澇水，在確定工程效益所屬指標(biāo)層時(shí)，可采用河道治理標(biāo)準(zhǔn)、過流能力、河流水系通達(dá)率等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)[8]。河道治理標(biāo)準(zhǔn)直接決定著河道整治工作的品質(zhì)，一般要求河道治理標(biāo)準(zhǔn)最少應(yīng)不低于河道的行洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，河道治理標(biāo)準(zhǔn)越高，則抵御洪水能力越強(qiáng)，相應(yīng)治理成效也就越好。其次，過流能力是更能反映河道洪水標(biāo)準(zhǔn)的另一重要指標(biāo)，通過實(shí)施河道清淤疏浚主要就是為了增大過流斷面，從而提高河道過流能力，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)不同，每條河道都有規(guī)定的設(shè)計(jì)流量，實(shí)施河道治理工程后，應(yīng)保證河道過流能力不低于設(shè)計(jì)值。最后河流水系通達(dá)率則是考察河道是否通暢的重要指標(biāo)，經(jīng)過治理后的河道應(yīng)破除沿河主要阻水建筑物及斷頭浜，保證河流水系正常的連通性[9-10]。

1.2 生態(tài)效益

近年來，河道生態(tài)功能越來越受到重視，根據(jù)習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想，綠水青山就是金山銀山，在統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)要更加關(guān)注生態(tài)文明建設(shè)。對河道整治生態(tài)效益的界定，本文認(rèn)為可采用河道生態(tài)流量、河流生物多樣性指數(shù)、河流水質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行判斷[11]。對于生態(tài)流量的概念，目前尚無定論，我國現(xiàn)有的有關(guān)文件或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對這一概念也未給出標(biāo)準(zhǔn)表述。我國水利和生態(tài)環(huán)境部門出于生態(tài)流量監(jiān)測考慮提出“生態(tài)流量”的概念，是指為保障河流環(huán)境生態(tài)功能，維持水資源可持續(xù)開發(fā)利用，而不至于發(fā)生生態(tài)環(huán)境惡化所必須保證下游河道的最小流量，對生態(tài)流量的計(jì)算方法概括起來主要有4類：水文學(xué)法、水力學(xué)法、生境模擬法和整體分析法[12-14]，對生態(tài)流量的確定宜化繁為簡，可直接采用現(xiàn)有規(guī)劃成果。生物多樣性指數(shù)是指生物群落中種類與個(gè)體數(shù)的比值，是物種豐富度和均勻度的函數(shù)，是用來描述一個(gè)群落的多樣性的統(tǒng)計(jì)量，其常用的測度方法通常有3種：物種豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和信息指數(shù)(香農(nóng)-維納指數(shù))。河流水質(zhì)指標(biāo)也是能較為可靠地反映河道整治效果的重要指標(biāo)，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)采用不同的指標(biāo)對地表水質(zhì)類別進(jìn)行了劃分，可作為判斷河流水質(zhì)的重要依據(jù)。

1.3 社會(huì)效益

從項(xiàng)目性質(zhì)來看，河道治理工程屬于公益類項(xiàng)目，除傳統(tǒng)的防洪除澇，改善生態(tài)等功能外，還存在一定的社會(huì)效益，所謂的社會(huì)效益是指項(xiàng)目實(shí)施后為社會(huì)所作的貢獻(xiàn)。對社會(huì)效益的度量可采用文化生活的提升率和群眾滿意度指標(biāo)。文化生活提升率指標(biāo)主要是反映項(xiàng)目實(shí)施后通過增加親水步道、景觀平臺(tái)等文化設(shè)施來提升群眾文化生活質(zhì)量的程度。群眾滿意度指標(biāo)則是反映群眾對河道整治效果的滿意程度，和文化生活提升率指標(biāo)類似，上述指標(biāo)主要是通過公眾調(diào)查法進(jìn)行分析判斷。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益

河道整治項(xiàng)目實(shí)施后通常還會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，最直接的體現(xiàn)通常表現(xiàn)為土地、房價(jià)等的增值，在考慮通貨膨脹影響的情況下，土地增值量通常以土地價(jià)格上漲幅度差來計(jì)算，即：

土地增值量=Pi-P0(1+f1)(1+f2)…(1+fi)

式中：

Pi——土地現(xiàn)價(jià)；

P0——土地基價(jià)；

fi——第i年的通貨膨脹率[15]。

其次，項(xiàng)目實(shí)施后，通過提升整體環(huán)境，對周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會(huì)形成一定的帶動(dòng)作用，有助于提升周邊經(jīng)濟(jì)整體水平，從這個(gè)層面來看，河道整治經(jīng)濟(jì)效益的評價(jià)也可用對周邊影響力來度量。

2 河道整治效果評價(jià)體系構(gòu)建

2.1 確定評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)評價(jià)指標(biāo)選取的主要原則，本文從工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益四個(gè)層面構(gòu)建了河道治理效果評價(jià)指標(biāo)體系，并選取了10項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)作為河道治理效果評價(jià)指標(biāo)層，河道治理效果評價(jià)指標(biāo)體系見表1所示。

表1 河道治理效果評價(jià)指標(biāo)體系

2.2 改進(jìn)層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

本文采用改進(jìn)的三標(biāo)度法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的九標(biāo)度法，在指標(biāo)重要性判定中只考慮“A比B重要”、“A與B同等重要”、“A沒有B重要”三種情況，并分別以“1”、“0.5”、“0”進(jìn)行等效替代，改進(jìn)的三標(biāo)度法較大程度上降低了計(jì)算量，同時(shí)提高了判斷矩陣收斂速度，在實(shí)踐中具備較強(qiáng)的操作性，具體計(jì)算方法如下[16]：

1)三標(biāo)度法構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)評價(jià)指標(biāo)的重要性排序，利用三標(biāo)度法構(gòu)建互補(bǔ)性判斷矩陣F=(fij)n×n。

(1)

式中：

fij——指標(biāo)C(i)、C(j)的重要性判斷。

將互補(bǔ)性判斷矩陣F=(fij)n×n轉(zhuǎn)換為判斷矩陣R=(Rij)n×n，轉(zhuǎn)換方法如下：

(2)

(3)

2)計(jì)算權(quán)重向量

① 計(jì)算初始權(quán)重。采用行和歸一法計(jì)算初始權(quán)重向量，具體公式如下：

W(0)=(w1，w2，…，wn)T

(4)

② 構(gòu)造互反型矩陣。采用式(5)將矩陣R=(Rij)n×n轉(zhuǎn)換為互反矩陣P=(Pij)n×n，公式如下：

(5)

③ 求解更高精度向量。從初始向量開始進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算，即令Tk+1=P·Tk，直至‖Tk+1‖∞-‖Tk‖∞<ε(ε≤10-5)時(shí)，此時(shí)計(jì)算得到的‖Tk+1‖∞即為最大特征值，將此時(shí)的Tk+1做歸一化處理，即可得到指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，至此權(quán)重計(jì)算結(jié)束。

2.3 模糊綜合評價(jià)法構(gòu)建隸屬度矩陣

河道治理效果評價(jià)是一項(xiàng)涉及多因素綜合評價(jià)的復(fù)雜課題，在多目標(biāo)決策中由于部分指標(biāo)通常具有較強(qiáng)的不確定性，容易影響最終評價(jià)結(jié)果。模糊綜合評價(jià)法特有的模糊變換理論在某些模糊性強(qiáng)、難于量化的問題中具有較強(qiáng)的適用性。為此，本文選取模糊綜合評價(jià)法對河道治理效果進(jìn)行綜合評價(jià)[17]。在確定指標(biāo)隸屬度時(shí)，考慮到評價(jià)指標(biāo)體系中多數(shù)指標(biāo)難以直接量化，本文采用專家賦分法對指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評價(jià)，根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)層確定河道整治效果依次為很好、較好、中等、一般、較差共計(jì)5個(gè)等級(jí)，由各位專家依次對準(zhǔn)則層中各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行評定。對評定結(jié)果進(jìn)行整理，即可形成各指標(biāo)的判斷矩陣，結(jié)果如下：

(6)

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

廉江河發(fā)源于石城鎮(zhèn)流沙埇，經(jīng)高垌、那良、五里、東蓮塘、廉城、西瓜坡、北埇仔、鎮(zhèn)江村、三叉灣，至新民平塘匯入九洲江，其為九洲江左岸的一級(jí)支流。 廉江河全流域河長為26.7 km，集雨面積為161.1 km2，河道平均比降為 0.80‰。廉江河現(xiàn)狀防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，河道彎曲狹窄，淤積嚴(yán)重，泄洪不暢，導(dǎo)致沿岸地區(qū)常遭洪水侵襲，同時(shí)廉江河沿岸地區(qū)由于歷史原因，城市建設(shè)缺少控制，生態(tài)污染嚴(yán)重，無法承擔(dān)廉江城市中心的功能。為了保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，完善城市服務(wù)功能、提升城市空間品質(zhì)，本次按照50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)對廉江河自青年運(yùn)河至北部灣大道河段共計(jì)16.92 km范圍內(nèi)進(jìn)行綜合整治，重點(diǎn)解決河道行洪通暢，提高廉江河綜合防災(zāi)減災(zāi)能力，改善廉江河水體水質(zhì)；恢復(fù)河道功能，美化綠化河道兩岸環(huán)境，完善沿河景觀網(wǎng)絡(luò)，為附近居民提供親水休閑場所，將廉江河上游段打造成河暢、水清、堤固、岸綠、景美的自然生態(tài)景觀河，支持廉江經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)改進(jìn)的層次分析法，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)相對重要性判斷結(jié)論，按照相應(yīng)步驟依次計(jì)算廉江河綜合治理效果評價(jià)指標(biāo)各項(xiàng)權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見表2所示。

表2 廉江河治理效果評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.3 構(gòu)建隸屬度矩陣

本項(xiàng)目涉及的部分評價(jià)指標(biāo)具有模糊性強(qiáng)、難以量化的特點(diǎn)，同時(shí)個(gè)別指標(biāo)還需要結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)方能做出準(zhǔn)確的判斷，因此本文采用專家賦分法進(jìn)行隸屬度判定。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)施，邀請了行業(yè)內(nèi)多位專家對廉江河治理效果進(jìn)行現(xiàn)場賦分。為便于后期統(tǒng)計(jì)，對各項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果設(shè)置了良好、較好、中等、一般、較差共5個(gè)等級(jí)，由各位專家對各項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行選擇，最后統(tǒng)計(jì)各等級(jí)所對應(yīng)的專家人數(shù)，并核算百分比作為各指標(biāo)的隸屬度值。

表3 廉江河治理效果評價(jià)指標(biāo)隸屬度

根據(jù)各評價(jià)指標(biāo)隸屬度計(jì)算結(jié)果，經(jīng)整理后得到河道整治工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益等評價(jià)指標(biāo)的隸屬度矩陣，依次為S1、S2、S3、S4，其中：

3.4 河道治理效果綜合評價(jià)

3.4.1多級(jí)效果評價(jià)

根據(jù)改進(jìn)層次分析法確定的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重W1、W2、W3、W4及相應(yīng)隸屬度矩陣依次對廉江河治理工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行多級(jí)評價(jià)，結(jié)果如下：

1)工程效益

C1=W1·S1=(0.385，0.332，0.283)·

=(0.038 5，0.520 0，0.384 9，0.056 6，0)

2)生態(tài)效益

C2=W2·R2=(0.404，0.315，0.281)·

=(0.080 8，0.615 8，0.303 4，0，0)

3)社會(huì)效益

C3=W3·R3=(0.642，0.358)·

=(0，0.335 8，0.364 2，0.300 0，0)

4)經(jīng)濟(jì)效益

C4=W4·R4=(0.588，0.412)·

=(0，0.158 8，0.306 0，0.535 2，0)

按照最大隸屬度原則，廉江河治理效果評價(jià)各指標(biāo)中工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)等級(jí)依次為較好、較好、中等、一般。

3.4.2廉江河治理效果綜合評價(jià)

根據(jù)廉江河多級(jí)評價(jià)矩陣可進(jìn)行最終的綜合評價(jià)，其中綜合評價(jià)的隸屬度矩陣：

U=(C1，C2，C3，C4)=

綜合權(quán)重W=(0.401，0.315，0.202，0.082)，據(jù)此計(jì)算廉江河治理效果綜合評價(jià)隸屬度矩陣：

C=W·U=(0.401，0.315，0.202，0.082)·

=(0.041，0.483，0.349，0.127，0)。

從綜合評價(jià)結(jié)果來看，約有4.1%的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果為良好，48.3%的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果為較好，34.9%的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果為中等，12.7%的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果為一般，0%的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果為較差，根據(jù)最大隸屬度原則，廉江河綜合治理效果應(yīng)評價(jià)為較好，87.3%以上的專家認(rèn)為廉江河綜合治理效果達(dá)到中等以上水平。

4 結(jié)語

河道治理項(xiàng)目的實(shí)施能有效地改善城市水環(huán)境，對項(xiàng)目實(shí)施效果進(jìn)行客觀評價(jià)對于解決好城市水環(huán)境治理問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以廣東省廉江河綜合治理項(xiàng)目為例，引用改進(jìn)層次分析法對廉江河治理效果進(jìn)行綜合評價(jià)。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，廉江河治理產(chǎn)生的工程效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)等級(jí)依次為較好、較好、中等、一般，廉江河治理效果綜合評價(jià)為較好，評價(jià)結(jié)論整體上肯定了廉江河治理成效，同時(shí)也指明了今后在治理過程中應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化其在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益方面的作用，使項(xiàng)目在保證工程效益和生態(tài)效益的同時(shí)兼顧社會(huì)功能和經(jīng)濟(jì)功能。