CN105069693A - 水域健康评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水域健康评估方法，建立了基于水基***的流域健康评价指标体系，含稳定态、和谐度、演进率三个准则层的多项评价指标，对评价指标的等级标准量化，利用熵权法和层次分析法耦合确定评价指标权重，增强其合理性，并结合模糊综合评价及TOPSIS模型对挠力河流域的健康状态进行了评估，提高了评估的精确度。

Description

水域健康评估方法

技术领域

本发明涉及水域监测领域，具体涉及一种水域健康评估方法。

背景技术

水基***，涵盖了水、气、生物、土壤、社会经济等诸多方面的内容，是对河流健康状态、流域水资源开发利用、区域水资源承载力等的综合，是真正意义上的巨***。关于这方面的研究目前尚处在初步阶段，国外的研究也仅限于研究水基***中的部分要素，如河流的健康状态监测与评价、水资源可持续利用评价、水利工程影响评价等，即只是针对水基***中某个方面或几个方面进行评价，涵盖内容不够全面。

我国是一个水资源并不丰富的国家，降雨时空分布不均，南多北少，随着经济的发展，水资源问题也越来越突出。随着对水资源了解的深入，“八五”期间在通过对水资源开发利用过程中人与自然的交互作用的研究，提出了基于宏观经济的水资源优化配置理论与方法。“九五”期间，通过对西北水资源项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保持研究”，将水资源、社会经济、生态环境放在流域水资源演变和生态环境变化的背景下，提出了二元模式的区域水资源承载能力的理论框架。“十五”期间，通过“水安全保障技术研究”项目，提出面向全属性功能的流域水资源概念，致力于实时调度的水资源配置与调控。“十一五”期间则致力于基于蒸发蒸腾的水资源整体配置，从水循环角度分析考虑了水资源利用的供、用、耗、排过程。1999年，水利部颁布了《水资源评价导则》(SL/T238-1999)，规范了水资源评价工作。目前，水资源评价主要是从水资源调查评价和水资源开发利用评价两方面出发。

水基***的概念提出以后，丛方杰等提出了城市水基***，建立了大连市水基***健康状态指标体系，利用模糊综合评价模型对大连市水基***的健康状态进行了分析评价，使水基***概念模型向实际应用迈进了一步；但是由于水基***提出时间较短，***本身极为复杂，需要对其进行深入***地研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种水域健康评估方法，建立了基于水基***的流域健康评价指标体系，含稳定态、和谐度、演进率三个准则层的多项评价指标，对评价指标的等级标准量化，利用熵权法和层次分析法耦合确定评价指标的主客观综合权重，增强其合理性，并结合模糊综合评价及TOPSIS模型对挠力河流域的健康状态进行了评估，提高了评估的精确度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

水域健康评估方法，包括如下步骤：

S1、建立基于水基***的流域健康评价模型，评价模型包括

目标层，作为流域健康状态层；

准则层，是连接目标层和指标层的结构，是指标体系的主要***层次，包括稳定态、和谐度、演进率三个特征属性；

指标层，是指标体系中最基本的层次，指标层主要从水基***的三个属性出发，选择能够反映出稳定态、和谐度、演进率的指标，这些指标可根据不同流域的社会、经济、生态的特点进行选择，尽可能多的包含了流域健康状态信息；

S2、构建流域水基***的健康评价指标体系：

S21、确定基于水基***的稳定性指标，水基***的稳定性是指***内部各变量之间相互影响的状态及维持***正常运转和生态功能的能力，用来描述流域水基***内部结构的状态，筛选的指标主要从流域水基***的社会服务功能和生态服务功能现状对流域水基***的稳定性做出评价；

S22、确定和谐度指标，和谐度是指***与外部***(社会经济及生态***)之间的相互关系，即水基***能够满足人类社会的合理需求的同时不破坏生态***稳定的能力。

S23、确定演进率指标，演进率是水基***在时间尺度上对稳定态和和谐度变化的描述，用以跟踪和表征水基***的稳定性和和谐性及其在时间尺度上的变化规律及特征，是水基***在时间尺度上的特征属性；

S3、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，以及各个指标的含义和标准，结合研究区域的实地情况，将流域水基***的稳定态、和谐度、演进率及健康综合评价划分为四个等级，从而确定挠力河流域水基***的各项指标的评价标准；

S4、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，通过专家打分的方法建立判断矩阵，计算稳定态指标和和谐度指标权重(稳定态演进率及和谐度演进率权重一般均为0.5)，并对权重进行一致性检验；

S5、将原始数据进行归一化处理，得到评价指标体系的归一化矩阵；

S6、计算求得各评价指标的信息熵，并最终求得评价指标的权重向量；

S7、构建模糊互补矩阵对求得的权重向量进行一致性分析；

S8、确定熵权法确定的主观权重；

S9、利用权重最优解公式

$W_c(k,j)=\frac{{[W(k,j)\·\left(W_S(k,j)\right)]}^{0.5}}{{\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}}_{j=1}^k[W(k,j)\·W_S(k,j){]}^{0.5}}(j=1~n_k)$

，求解组合权重；

S10、基于流域水基***健康评价指标体系，结合挠力河流域的实际情况，在上述利用层次分析法耦合改进熵权法确定权重的基础上，利用模糊综合评价对挠力河流域水基***健康状况进行评价。

其中，所述稳定性指标包括城市化进度、人口密度、人均GDP、水土流失强度、人均绿地面积、林地比例、水域面积比重、有效灌溉面积比。

其中，所述和谐度指标包括水土流失治理强度、化肥使用强度、顷农药使用量强度、人均生活用水、工业重复用水率、工业用水处理率、高耗水作物种植比例、农村饮用水达标比例、节水推广强度。

其中，所述演进率选择的指标为稳定态演进率和和谐度演进率。

本发明具有以下有益效果：

建立了基于水基***的流域健康评价指标体系，含稳定态、和谐度、演进率三个准则层的多项评价指标，对评价指标的等级标准量化，利用熵权法和层次分析法耦合确定评价指标的主客观综合权重，增强其合理性，并结合模糊综合评价及TOPSIS模型对挠力河流域的健康状态进行了评估，提高了评估的精确度。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施提供了一种水域健康评估方法，包括如下步骤：

S1、建立基于水基***的流域健康评价模型，评价模型包括

目标层，作为流域健康状态层；

准则层，是连接目标层和指标层的结构，是指标体系的主要***层次，包括稳定态、和谐度、演进率三个特征属性；

指标层，是指标体系中最基本的层次，指标层主要从水基***的三个属性出发，选择能够反映出稳定态、和谐度、演进率的指标，这些指标可根据不同流域的社会、经济、生态的特点进行选择，尽可能多的包含了流域健康状态信息：

S2、构建流域水基***的健康评价指标体系：

S21、确定基于水基***的稳定性指标，水基***的稳定性是指***内部各变量之间相互影响的状态及维持***正常运转和生态功能的能力，用来描述流域水基***内部结构的状态，筛选的指标主要从流域水基***的社会服务功能和生态服务功能现状对流域水基***的稳定性做出评价；

S22、确定和谐度指标，和谐度是指***与外部***(社会经济及生态***)之间的相互关系，即水基***能够满足人类社会的合理需求的同时不破坏生态***稳定的能力。

S23、确定演进率指标，演进率是水基***在时间尺度上对稳定态和和谐度变化的描述，用以跟踪和表征水基***的稳定性和和谐性及其在时间尺度上的变化规律及特征，是水基***在时间尺度上的特征属性；

S3、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，以及各个指标的含义和标准，结合研究区域的实地情况，将流域水基***的稳定态、和谐度、演进率及健康综合评价划分为四个等级(每个等级具体的内涵见表1-4)，从而确定挠力河流域水基***的各项指标的评价标准；

表1稳定态等级内涵

表2和谐度等级内涵

表3演进率等级内涵

表4流域健康综合评价等级内涵

S4、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，通过专家打分的方法建立判断矩阵，计算稳定态指标和和谐度指标权重(稳定态演进率及和谐度演进率权重一般均取为0.5)，并对权重进行一致性检验；

S5、将原始数据进行归一化处理，得到评价指标体系的归一化矩阵；

S6、计算求得各评价指标的信息熵，并最终求得评价指标的权重向量；

S7、构建模糊互补矩阵对求得的权重向量进行一致性分析；

S8、利用熵权法确定评价指标的客观权重；

S9、利用权重最优解公式

$W_c(k,j)=\frac{{[W(k,j)\·\left(W_S(k,j)\right)]}^{0.5}}{{\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}}_{j=1}^k[W(k,j)\·W_S(k,j){]}^{0.5}}(j=1~n_k)$

，求解组合权重；

S10、基于流域水基***健康评价指标体系，结合挠力河流域的实际情况，在上述利用层次分析法耦合改进熵权法确定主客观综合权重的基础上，利用模糊综合评价对挠力河流域水基***健康状况进行评价。

其中，所述稳定性指标包括城市化进度、人口密度、人均GDP、水土流失强度、人均绿地面积、林地比例、水域面积比重、有效灌溉面积比。

其中，所述和谐度指标包括水土流失治理强度、化肥使用强度、顷农药使用量强度、人均生活用水、工业重复用水率、工业用水处理率、高耗水作物种植比例、农村饮用水达标比例、节水推广强度。

其中，所述演进率选择的指标为稳定态演进率和和谐度演进率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.水域健康评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立基于水基***的流域健康评价模型，评价模型包括

目标层，作为流域健康状态层；

准则层，是连接目标层和指标层的结构，是指标体系的主要***层次，包括稳定态、和谐度、演进率三个特征属性；

指标层，是指标体系中最基本的层次，指标层主要从水基***的三个属性出发，选择能够反映出稳定态、和谐度、演进率的指标，这些指标可根据不同流域的社会、经济、生态的特点进行选择，尽可能多的包含了流域健康状态信息；

S2、构建流域水基***的健康评价指标体系：

S21、确定基于水基***的稳定性指标，水基***的稳定性是指***内部各变量之间相互影响的状态及维持***正常运转和生态功能的能力，用来描述流域水基***内部结构的状态，筛选的指标主要从流域水基***的社会服务功能和生态服务功能现状对流域水基***的稳定性做出评价；

S22、确定和谐度指标，和谐度是指***与外部***之间的相互关系，即水基***能够满足人类社会的合理需求的同时不破坏生态***稳定的能力。

S23、确定演进率指标，演进率是水基***在时间尺度上对稳定态和和谐度变化的描述，用以跟踪和表征水基***的稳定性和和谐性及其在时间尺度上的变化规律及特征，是水基***在时间尺度上的特征属性；

S3、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，以及各个指标的含义和标准，结合研究区域的实地情况，将流域水基***的稳定态、和谐度、演进率及健康综合评价划分为四个等级，从而确定挠力河流域水基***的各项指标的评价标准；

S4、根据构建的流域水基***的健康评价指标体系，通过专家打分的方法建立判断矩阵，计算稳定态指标和和谐度指标权重，并对权重进行一致性检验；

S5、将原始数据进行归一化处理，得到评价指标体系的归一化矩阵；

S6、计算求得各评价指标的信息熵，并最终求得评价指标的权重向量；

S7、构建模糊互补矩阵对求得的权重向量进行一致性分析；

S8、利用熵权法确定评价指标的客观权重；

S9、利用权重最优解公式

$W_c(k,j)=\frac{{[W(k,j)\·W_s(k,j)]}^{0.5}}{\underset{j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Σ}}}{[W(k,j)\·W_s(k,j)]}^{0.5}}(j=1~n_k),$ 求解组合权重；

S10、基于流域水基***健康评价指标体系，结合挠力河流域的实际情况，在上述利用层次分析法与熵权法耦合确定主客观综合权重的基础上，利用模糊综合评价对挠力河流域水基***健康状况进行评价。

2.根据权利要求1所述的水域健康评估方法，其特征在于，所述稳定性指标包括城市化进度、人口密度、人均GDP、水土流失强度、人均绿地面积、林地比例、水域面积比重、有效灌溉面积比。

3.根据权利要求1所述的水域健康评估方法，其特征在于，所述和谐度指标包括水土流失治理强度、化肥使用强度、农药使用量强度、人均生活用水、工业重复用水率、工业用水处理率、高耗水作物种植比例、农村饮用水达标比例、节水推广强度。

4.根据权利要求1所述的水域健康评估方法，其特征在于，所述演进率选择的指标为稳定态演进率和和谐度演进率。