基于模糊数学综合评判法对囊谦县三江源白扎自然保护区进行生态环境评价

刘畅 邵治涛 李少阳

摘要：三江源自然保护区是我国重要的生态环境地区，对其进行生态环境评价，评估当前环境状态十分重要。本文选择囊谦县三江源白扎保护区为评价对象，基于遥感影像对其提取评价因子，为了使评价结果客观准确，有效解决评价因子模糊性的问题，采用层次分析法计算权重集，通过模糊数学与层次分析相结合的综合评判法，得出隶属度关系，进而得到生态环境评价结果。

关键词：生态环境评价;层次分析法;模糊数学法

中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）09-000-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.004

Assessment of eco-environmental based on fuzzy mathematics comprehensive evaluation method about Baizha Reserve of the Natural Preserved Zone of Sanjiangyuan in Nangqian County

Liu Chang1，2，Shao Zhitao3，Li Shaoyang4

（1.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2.China university of geosciences（Beijing），Beijing 100083，China;3.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resource，Beijing 100083，China;4.China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083，China）

Abstract：The Natural Preserved Zone of Sanjiangyuanis an important ecological environment in China.On the ecological environment evaluation and assess the current environment status are very important.This paper chooses Baizha Reserve of the Natural Preserved Zone of Sanjiangyuan in Nangqian County as evaluation object， based on remote sensing image to extract evaluation factors. In order to make the evaluation result objective and accurate， and solve the fuzzy problem of factor problem， it adoptes the Analytic Hierarchy Process to calculate the weight set， and obtains affiliation through the combination of Fuzzy Mathematics and Analytic Hierarchy Process ， and ecological environment evaluation result is obtained.

Key words：Assessment of eco-environmental;Analytic hierarchy process;Fuzzy mathematics

被譽为“中华水塔”的青海三江源国家级自然保护区于2003年1月24日建立，总面积为15.23万km?，位于青藏高原腹地、青海省南部，是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地，是我国海拔最高、面积最大、动物资源丰富且多样的超大型国家级自然保护区，由相对完整的6个区域组建成自然保护区网络，被划分为白扎保护分区、通天河沿保护分区等多个保护分区管理，涉及了青海省、海西蒙古族藏族自治州等地区内的17个县市[1][2]。

然而在随着自然条件变化以及人类生产活动加剧的双重影响下，有可能导致三江源自然保护区内生态环境质量下降，为了避免破坏人与自然的和谐性、可持续性的共存环境，本文以囊谦县内的三江源保护分区——白扎保护区为样本进行生态环境质量评价。

本文利用RS/GIS技术，数据来源分别为2017年PLB遥感数据、2018年PLB、GF1、RE遥感数据，对白扎保护分区内的影像提取因子，进行客观解译，由于常规评价法存在人为主观因素影响等弊端，且对因子间互相关联、互相制约等问题考虑甚少，故采用层次分析法与模糊数学综合评判法对解译数据进行处理，科学有效的对保护区作出生态环境质量评价，掌握其变化趋势，及时提出应对措施。

1 研究区域概况

囊谦县（图1）位于青海省最南端，地处95°21′58″～ 97°07′0″E， 31°32′20″～32°43′46″N，总面积约12741 km?，其内的三江源白扎保护分区位于囊谦县的西南部，面积逾8400 km?，约占囊谦县的66%，占整个三江源自然保护区的5.5%，大小乡镇80余座，建筑房屋占地面积总和不足3 km?，河流发育充分，河水充沛期保护区内河流累计总长近600km，平均宽度0.25km，矿产资源种类多样，草场、林地覆盖面积广阔，野生动物资源丰富，因其资源宝贵和生态脆弱，具有极其重要的保护价值。

2 评价方法

目前关于环境的评价方法众多，主要有灰色关联度法、神经网络法、层次分析法以及模糊数学评判法等等。考虑到方法的可操作性与精确性，结合研究区域的实际情况，层次分析法（AHP法）是一种成熟实用，使评价因子之间相对重要性得到合理体现、所得结果相对科学合理的方法[3]。由于从研究区域中所提取的评价因子普遍具有模糊性，难以量化，为了使结果更为清晰准确，在使用层次分析法确定权重的基础上，采用与模糊数学评判法相结合的综合评判法，依据各类评价因子的特征，给出评价值与评价因子的隶属关系。

层次分析法与模糊数学评判法在环境评价中均可独立运用建立相应的评估模型。层次分析法定性与定量相结合，具有系统性、灵活性等特点，然而存在专家打分的机制，难以避免人为主观影响等弊端。模糊数学法使用方便，适合解决非确定性问题，权重集的获取存在偏差。故为了解决单一评价方法所得评价结果片面主观，本文以层次分析法确定评价因子的权重，以模糊数学法开展综合评判，基于遥感技术对囊谦县内的三江源白扎保护分区进行环境评价，充分发挥两种数学方法的优点，保证评价结果相对客观准确。

本次自然保护区环境综合评价通过遥感影像解译分析，采用人机交互方式对研究区环境信息进行提取，根据针对性、简明性、普适性、代表性等原则选取评价因子。根据保护区内的环境特征，最终选取了植被覆盖率（图2）、河流发育、年降水量、工矿开发占地、工矿恢复治理、人口密度、地质灾害7个指标作为评价因子。

3 层次分析法

3.1 建立层次结构模型

应用层次分析法时，需要建立目标层、准则层、方案层[4]。目标层是需要解决的问题，即自然保护区内的环境评价;准则层是需要考虑的因素、判断准则，即评价因子;方案层反应了决策的方案，即评价因子对环境的影响。

建立好层次结构模型后即可确定判断矩阵。在确定各评价因子之间权重时，如果只是将评价因子与目标层相比较，所得结果片面不易接受，因此提出层次分析法的美国运筹学家萨迪教授提出了一致矩阵法，即将评价因子之间两两相互比较，对比时采用相对尺度（表1） ，根据其重要性，构建判断矩阵（表2）。

3.2 求解权重值

根据已得出的判断矩阵，用和积法计算求解特征向量与最大特征值。首先对判断矩阵按（1）式进行归一化处理，进而得到归一化矩阵（表3）。

对归一化矩阵按（2）式求和计算得到向量W。

得W=[0.726513，1.039342，2.285499，0.286639，1.851355，0.333638，0.477014]T

对向量W进行归一化，按式（3）计算得特征向量。

=[0.10379，0.14848，0.32650，0.04095，0.26448，0.04766，0.06814]T，特征向量为评价因子对上一层次的相对重要性，即权重。

3.3 验证权重的合理性

由于客观事物的多变性复杂性，以及人们主观意识的多样性，无法要求判断矩阵具有完全的一致性，但判断矩阵应该具有大体上的一致性[5]，即因子A比B重要，B比C重要，则需要A比C更为重要，因此为了保证判别的一致性与评价结果的可靠性，需要对已构造好的判断矩阵进行一致性检验，见下式（4-6）。

CI为一致性指标，CI越大，表明判断矩阵越偏离完全一致性，判断矩阵阶数n越大，表明人为因素造成的偏离完全一致性指标CI的 值越大。

RI为平均随机一致性指标，见下表。

CR为一致性比率，当CR<0.10时，判定该矩阵具有可以接受的一致性，否则需要重新调整判断矩阵。本文CR为0.07139<0.10，判断矩阵具有较好的一致性。

4 模糊数学法综合评价

由于评价因子难以量化，模糊数学综合评判法是用模糊集合的方式表示相关的模糊概念，从多个指标角度评判事物隶属度等级的一种方法，对事物变化的区间进行划分，使问题的分析更加客观具体。其基本步骤是因素集的建立、评判集的建立、确定隶属度、建立模糊矩阵、确定权重集、按最大隶属度原则对结果进行分析得到最终的评价结果[6]。

本文中的因素集为U={植被覆盖率、河流发育、年降水量、工矿开发占地、工矿恢复治理、人口密度、地质灾害}，评价集为自然保护区的环境评价结果，即V={优、良、中等}。对于隶属函数的确定，根据环境评价指标分级表确定函数关系式如下：

按照评价指标分级表进行计算最终得到模糊矩阵为：

将层次分析法获得的权重集与模糊矩阵得到的模糊集按下式相结合：

得到B=[0.436333，0.335431，0.226130]，根据最大隶属度原则，该保护区环境模糊评价为 “优”。从所得结果来看，该保护区大部分区域生态环境优秀，整体环境良好，有着较好的生态环境系统，人类破坏范围小，降水充足，植被覆盖率高。但是部分区域存在工矿开发情况，并且降雨过于集中且强度较大，导致部分区域发生泥石流等灾害，因而小部分区域环境一般。

5 结论

（1）本文对囊谦县内的三江源白扎保护区进行了生态环境评价，提取评价因子：植被覆盖率、河流发育、年降水量、工矿开发占地、工矿恢复治理、人口密度、地质灾害。根据评价结果，结合工作区实际情况，该保护区内降水量充足，河流发育较好，有着较高的植被覆盖度，因而有效的防止了水土流失，保持水分，促使保护区内形成良好的生态循环。由于地形地势和强降雨的关系，在降水高峰期降水量高达30mm，小部分区域发生泥石流、洪涝等灾害，生态环境遭到破坏。囊谦县行政中心位于囊谦县东北部，人口较为密集，城镇建设较多，未包含在保护区内，故保护区内人口密度稀疏，人类活动少，破坏范围小。然而该保护区内存在部分工矿开发占地，位于囊谦县的西北部与东南部，因其远离行政中心，疏于管制，对保护区内的生态环境造成威胁，且对已开发过的土地缺少恢复治理措施，造成小部分区域生态环境一般。总体来看，评价结果与实际情况相结合，白扎保护区生态环境良好，但仍需加强管制和治理措施。

（2）本文基于遥感技術，利用Arcgis、ENVI等软件对影像进行解译处理获取数据，对所得数据用层次分析法进行权重集的计算，再通过模糊数学的综合评判法，得出该保护区环境评价为 “优”，整体环境偏好。两种数学方法相结合，更为清晰准确的展示出评价因子与评价对象的逻辑关系，且有效解决了评价因子的模糊性，降低人为主观性，尽可能的客观描述了评价对象，使所得结果符合客观实际。

参考文献

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[2]赵金德.三江源国家级自然保护区[J].绿色财会，2015（10）：2.

[3]陈哲锋，吴静，郭玉斌，林腾.层次分析与模糊数学综合评价法在矿山环境评价中的应用[J].华东地质，2018，39（04）：305-310.

[4]朱双燕，范旭光，王莹.基于综合判断法的矿山地质环境分区评价[J].能源与环保，2019，41（05）：62-65.

[5]李艳玲，吴建伟，朱烨行.基于判断矩阵一致性程度的专家权重确定方法[J].计算机与现代化，2017（06）：20-24+29.

[6]孙厚云，吴丁丁，毛启贵，张会琼，葸玉泽.基于遥感解译与模糊数学的矿山地质环境综合评价——以戈壁荒漠区某有色金属矿山为例[J].矿产勘查，2019，10（03）：682-689.

[7]张海娥，柴源，林琦.囊谦县汛期降水量特征及对气候的影响[J].农业与技术，2019，39（07）：147-148.

[8] 张久华，其米次仁，丹增尼玛.羌塘自然保护区生态环境综合评价研究[J].西藏科技，2011（11）：34-36.

[9]党杰.基于GIS技术的六盘水市矿山地质环境评价[J].贵州地质，2018，35（01）：49-54.

[10]王丽丽. 模糊数学法结合层次分析法用于清洁生产潜力评估研究[D].重庆：重庆大学，2010.

收稿日期：2019-07-09

作者简介：刘畅（1995-），男，汉族，硕士在读，中国地质科学院与中国地质大学（北京）联合培养研究生，地质工程专业。