基于AHP法的南四湖健康评价

史可庆

（河海大学 公共管理学院，南京 210098）

1 研究概况

南四湖位于山东省微山县，淮河流域北部，是微山湖、南阳湖、独山湖和昭阳湖的总称。湖面面积1300km2，是一个狭长的浅水型湖泊，比降平缓，兼有一般湖泊调蓄水功能和平原河道行洪作用。作为我国北方东部平原地区最大的淡水湖泊，它既是山东省境内重要的水源地，同时又作为调蓄枢纽为南水北调工程起着重要的作用。通过对南四湖健康状况的研究，为南四湖发挥其正常的生态与经济功能提供理论依据与科学参考。

2 湖泊健康的概念与健康南四湖

湖泊健康的概念分为2个层次。基础层，即湖泊生态系统的健康；功能层，指湖泊满足人类社会发展需要的服务能力。在这2个层次当中，又各包含3种健康状态：健康、亚健康与疾病。

“健康”在基础层意味着在不需要人为干预的前提下，湖泊的生态系统可以保持其正常的活力及恢复力，而且非常稳定；在功能层则是指湖泊的服务能力可以完全满足人类社会的发展需要。

“亚健康”在基础层意味着湖泊的生态系统处于健康衰退阶段，如果不进行人为干预，将在一定时期以后无法保持其活力及恢复力，进入疾病状态；在功能层则是指湖泊的服务能力不能全部满足人类社会的发展需要，不进行人工干预无法恢复到其健康状态，甚至转变为疾病状态。

“疾病”在基础层意味着湖泊的生态系统已经开始丧失活力及恢复力，如果没有人为干预，湖泊将持续这种状态直至活力及恢复力完全丧失；在功能层则是指湖泊已经无法满足人类社会发展的任何要求，即服务能力的消亡，必须依靠人工干预才能逐渐恢复。

2003年，山东省人民政府建立了 “南四湖省级自然保护区”，保护区总面积达到了1275.467km2；同时，随着南四湖地区经济的不断发展，南四湖逐渐成为行洪、灌溉、蓄水、航运、水产、旅游等综合性利用湖泊，是地区经济不可或缺的重要资源和发展保障。一个健康的南四湖是以上这些需求得以实现的基础，对南四湖的健康进行评价研究将对南四湖的可持续发展起着不可或缺的指导作用。

3 评价方法

将生态看作一个完整的系统并对其进行健康评价已经有20a的历史，从1988年Schaeffer开始研究探讨如何对生态系统的健康进行度量，到1992年Constanza被广泛认可和采用的生态系统健康概念及标准出现，经过大量多领域研究者的补充与完善，生态系统健康及其评价方法开始逐渐应用在河流、森林、湖泊、湿地及农业等生态系统。针对不同类型的生态系统，研究者所选取的评价角度和具体方法也相应有所变化。我国在这方面的研究比较薄弱，还处于起步阶段，虽然有很多学者和专家进行了大量尝试和实践，但是到目前为止，无论是采用指标体系还是综合体系，都没有相对较成熟的方法。

3.1 评价指标的选择

根据南四湖的实际情况和研究需要，将健康评价指标体系分为总体健康层、生态与功能健康层、状态健康层和指标层4个层级。

（1）总体健康层：反映南四湖的整体健康状况。

（2）生态与功能层：分别反映南四湖生态系统与社会发展服务能力的健康状况。

（3）状态健康层：通过具体的生态要求与功能设置反映南四湖的健康状况。

（4）指标层：根据可获得的定性或者定量指标来具体说明南四湖各个方面的健康状况。

根据南四湖自身的生态特点与实际所承担的主要服务功能，在生态系统健康层面，选取水环境基本状况、水生生物状况与湖泊生态稳定性3个模块进行评价分析；在社会发展服务能力健康层面，则选取防洪蓄水、水资源保障、航运能力与旅游观光4个模块进行分析评价。以上共同构成南四湖健康评价指标体系，见图1所示。

3.2 基于AHP法的生态健康评价模型

AHP法由美国运筹学家T.L.Saaty于20世纪70年代最早提出，作为一种决策分析法，由决策者将复杂问题的决策思维过程模型化或数量化。通过这种方法，可以将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单比较和计算，就可以得出不同方案重要性程度的权重，从而为决策方案的选择提供依据。特别适用于那些难于完全定量分析的问题，相比其他方法，可以将因人为主观喜好引起的偏差控制在令人满意的范围内。

运用AHP法建模，一般可按4个步骤进行：

（1）建立递阶层次结构模型；

（2）构造出各层次中的所有判断矩阵；

（3）层次单排序及一致性检验；

（4）层次总排序及一致性检验。

根据南四湖的健康评价目标，所建立的递阶层次结构如图1所示。接下来建立判断矩阵。建立判断矩阵的目的是为了通过比较矩阵的特征值和特征向量，从而得到同一层次中的不同因素之间关于上一层因素的相对权重 （即层次单排序权值）。自上而下地用上一个层次因素的相对权重加权求和，进而得到各层次因素关于系统总体的综合重要度（即层次总排序权值）。在同一层次中，将与上一层次相关的各因素进行两两比较，根据相对的重要程度给出判断值，见表1。

表1 判断矩阵的重要性比较标度及含义

由此可得南四湖健康评价指标体系各层级中因素之间相对上一层的权重。接下来对判断矩阵的特征向量进行归一化处理，即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。归一化的方法最常用的有方根法与和积法，此处采用方根法。 设判断矩阵为U=（uij）n×n，uij表示同一层因素i与因素j相对上一层因素的相对重要性，其中n为矩阵阶数。其具体计算步骤为：

则W＝（Wi，i＝1，2，…，n），经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。由于判断矩阵中的比较标度值完全依赖于人们的分析判断，因此有可能造成片面性的判断结果。所以我们要对排序权值进行一致性检验，以决定是否接受它。

一致性检验计算步骤如下：

上式中，RI为平均随机一致性指标，这个指标值与判断矩阵的阶数相关，对应的RI值见表2。当n＜3时，判断矩阵永远具有完全一致性。当CR＜0.10时，便认为判断矩阵具有可接受的一致性；当CR≥0.10时，便意味着判断矩阵需要调整和修正，使CR＜0.10，具有可接受的一致性。

表2 平均随机一致性指标

根据上述步骤，建立总体健康层下的判断矩阵并得到指标对应权重W＝（0.50，0.50）。

表3 总体健康层下的判断矩阵及因素权重

为了不过分强调南四湖的社会发展功能而迎合当下经济快速发展的现实，认为其生态系统健康与为社会发展的服务能力健康是同等重要的，从而可以最大限度地保证南四湖的生态系统健康不会因为承担社会发展的重任而受到忽视。

同理，分别建立状态健康层及指标层的判断矩阵，并计算其权重。结果如表4所示。

表4 健康南四湖评价指标权重

4 评价结果与分析

如本文开头所述，根据南四湖生态系统与社会发展服务功能健康的概念，表5给出了南四湖健康指标优劣评分标准。该标准依据指标项所对应的状态或功能是否需要依靠人工干预才能保持或恢复健康，将评分标准分为3个部分：健康、亚健康、疾病。在每个区间段则依据实际测量或者调查数据赋予取值区间对应值，以区分健康程度。表6则给出了南四湖健康评价指标的各项评分值及具体状况。

表5 健康指标优劣程度评分标准

表6 南四湖健康评价指标评分值

依据逐层加权求和的方法，即指标层通过指标评分加权求和，得出状态健康层的健康指标值，继而同理得出生态与功能健康层的健康指标值，最后再次加权求和得出南四湖总体健康水平。其最终评价结果如表7。

表7 南四湖健康综合评价结果

5 结语

通过对南四湖的健康评价，得出南四湖现今的总体健康水平为亚健康。这样的健康水平说明人工干预以保证南四湖生态健康与服务功能健康是十分必要的。尤其是加快防洪行洪工程建设及改善水质。供水缺口较大的现实不可能在短时期内得到根本改善和缓解，既要通过引水等措施开源，也要节流提高用水效率。

建立基于AHP法的南四湖健康评价分析决策模型，对南四湖的健康状况进行综合评价。不仅能够避免单一指标体系所反映的片面情况，而且通过选取可得性与可操作性强的指标，能够长期系统反映南四湖的健康变化，有助于相关管理部门的日常监控和湖泊治理，使南四湖实现可持续利用。

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