凌源市水生态文明综合评价

柳天华

(辽宁省凌源市水务局，辽宁 凌源 122500)

0 引 言

近年来，河流生态系统与城市化发展之间的协调性问题越来越引起人们的关注，以可持续发展理论为基础的水生态文明建设成为当前研究的重要课题[1]。水资源为控制生态环境的重要因素，为更好的推进水生态文明建设有必要开展科学系统的综合评价。当前，随机森林回归法、改进熵权法和网络层次分析法等为国内外较为常用的水生态文明评价方法，但仍未形成成熟、完善且普遍适用的评价标准和指标体系，目前相关研究处于初始阶段[2-8]。

1 评价方法

1.1 研究区概况

凌源市位于辽宁省西部低山丘陵区，占地面积3278km2，地处东经118°50' 20''-119°37' 40''、北纬40°35' 50''-41°26' 06''之间。该区域地貌形态复杂以丘陵和低山为主，中部呈略隆起且地势自西向东倾斜，平均海拔552.1m。凌源市为温带季风气候，特点冬冷干燥、夏热多雨、光照丰富、降雨集中，四季分明，平均气温8.7℃，年日照时数2748.1h，年均降水量479.4mm，且年均蒸发量远远高于降水量。受气候条件和复杂的地形地貌影响，从南到北凌源气候存在较大差异，南部的水热资源多于北部，且降水量自北向南逐渐增多，年降水量的60-75%发生于汛期、雨季的6-8月。该地区存在四官营子河、青龙河、大凌河西支和渗津河4大水系，河网密度0.36km/km2，河流总长1164.4km，其特点总体呈南北或东西分散型汇入干流、河汊多、河谷未形成阶段等特征[9-10]。

1.2 模糊层次分析法

AHP层次分析法是依据参评对象的内涵特征将有关元素分解为方案、指标、准则、目标等若干层级，然后进行定量计算和定性分析的综合决策法；模糊评价法是一种将定性问题利用隶属度原理转化为定量评价的数学法，该方法能够按照某种属性将评判因素集合划分为多个层级，通过对每一类参数的评价最终给出综合评价结果。因此，对水生态文明建设考虑利用AHP-模糊评价法分析，其中各因子权重和层次结构体系利用AHP法确定，然后将评价指标值运用模糊评价法求解，其数学模型如下：

Zi=∑wjzij

(1)

式中：Zi为第i年的指数值；zij为方案层指标j在第i年的评价值；wj为方案层指标j的权重值。

1.3 层次结构与论域

水生态文明评价体系利用层次分析法构造，结合金波、崔东文等研究资料，从水环境、水管理、水生生物等6方面筛选出24个典型指标，并按照层次分析原理构成梯阶层次评价体系。根据文献中各评价因子最大值、最小值和分级标准确定论域，评价体系及论域见表1。

表1 水生态文明评价体系与各要素论域

2 水生态文明评价

2.1 方案层指标值

各指标在参评方案层中的评价值zij利用模糊评价法求解，采用Fuzzy Logic模块构建模糊逻辑分析模型，其流程如下：

步骤一：依据区域水生态文明建设实际情况确定各因子论域，并将评价指标值(表1)输入模型。

步骤二：在某一集合中不同值的隶属度利用模糊逻辑隶属曲线求解，由此构建G、M、B三个集合，分别代表有利于、中等和不利于区域水生态文明建设。选取当前广泛应用的Gbellmf方程作为隶属度求解公式，图1为水功能区达标率、用水计量、公众认知度和生物栖息地状况等6项指标的隶属度曲线，以水资源开发利用率为例简要说明隶属度求解过程：在实测值为42%时，该评价因子隶属于G、M、B集合的程度分别为0.50、0.95、0.15。

步骤三：将各评价因子实测值输入模型，相关数据来源于经济社会发展统计公报、凌源市水资源公报、统计年鉴及有关文献。

步骤四：为代替和表达判断思维过程采用程序化、数字化的方式建立运算规则，采用应用较为成熟“IFTHEN”规则，用于描述“若人均水资源和生态基流保障率高、水资源稳定性强且开发利用率低，则该系统层评价因子值大”的过程。

步骤五：运行模型，获取水管理、水环境、水利用等准则层各指标的水生态文明指数，结果见图2。

自然气候条件能够显著影响区域水资源要素，所以2004-2018年凌源市资源状况未呈现出显著的变化特征。近年来，凌源市相继建成投运了一批乡镇污水处理站工程，陆续开发完成了大凌河、青龙河等滩地、湿地公园等项目，显著改善了区域水生态环境和水利用效率，相应的水生生物条件也得以大幅度提升。水生态文明建设活动落实到位和水管部门生态管护责任的增强，在很大程度上提高了居民生态文化素养和环保意识。综上分析，区域实际情况与模糊评价结果保持良好的一致性，所建立的模型和方法具有可信度和可行性[11-12]。

2.2 方案层权重值

评价体系中各因子权重wj利用AHP层次分析法求解，其运算步骤如下：

步骤一：根据标度准则(表2)和区域水生态实际情况建立比较矩阵，见表3；其中，定量化描述两个要素间的相对重要度即为比较矩阵的实质，如数值为1/3、3的比较值，代表前者的重要度性略高于后者。

图1 评价指标隶属度曲线

图2凌源市水生态文明准则层指数值

表2 比较矩阵标度准则

表3 水生态文明评价比较矩阵

步骤二：根据区域实际情况构造的比较矩阵并不一定，案子合理性要求，因此利用下式检验其一致性，即：

(2)

CR=CI/RI

(3)

式中：CI、CR为矩阵的不一致程度指标和随机一致性比率；RI为考虑不同阶数的平均随机一致性指标，依据表4获取；n、λmax(A)为矩阵阶数和比较矩阵A的最大特征根。矩阵A符合一致性检验的判别依据为CR<0.10，符合该此要求认为权重计算科学合理；如果不符合该要求则重新调整，直至满足检验要求停止运算。

表4 不同阶数的检验指标值RI

表3所示矩阵的最大特征根λmax(A)利用MATLAB软件的Eigs命令求解，经计算确定λmax(A)、CI、RI、CR值分别为6.6218、0.1256、1.24、0.0521，因此CR=0.0521<0.10，通过检验满足要求。

步骤三：获取各评价因子权重。表3所示矩阵的特征向量运用MATLAB软件的Eigs命令求解，从而确定各要素分量，经标准化处理获取水生态文明各评价因子权向量见表5。

表5 水生态文明评价权向量与特征向量

2.3 综合评价结果

根据各评价因子权重wj和图2所示zij值，对凌源市水生态文明综合指数利用公式(1)求解，结果见图3。

图3 凌源市水生态文明综合评价

从图3可以看出，凌源市水生态文明指数总体呈现出上升趋势，从2014年的0.651不断增大至2018年的0.737，且变化幅度不断增加。同时，研究期间的滑动平均指数也表现出不断增大的趋势，所以可评判为凌源市水生态文明水平近5a来呈上升趋势。结合区域实际情况，近年来凌源市建设实施了一批水生态保护、河流治理等项目，充分发挥了当地生态资源和自然条件优势，取得了较为显著的治理成效。区域实际情况与评价结果保持良好的一致性，且能够定量反映水生态真实情况，因此评价结果的参考价值较高。拟合的趋势线斜率值大小反映了近5a凌源市水生态文明提升速度，但处于相对较低水平的趋势线最大似然系数无法准确反映各年份的水生态变化情况。最大似然系数在二次多项式拟合中为0.9951，具有较高的拟合度，该值能够定量描述凌源市2014-2018年的水生态文明建设水平，二次项系数为正则说明其进步速度正处于上升趋势。

3 结 论

凌源市2014-2018年水生态文明状态利用模糊层次分析法评价，结果显示凌源市水生态文明指数总体呈现出上升趋势且变化幅度不断增加，区域实际情况与评价结果保持良好的一致性，能够定量反映水生态真实情况，评价结果的参考价值较高。然而，当前水生态文明水平距离理想状态仍存在一定差距，应统筹兼顾水管理、水环境、水资源、水利用等各方面因素不断完善水文化和水生生境，有规划、有步骤的采取科学有效的措施。