基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价研究

王 迪

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518000)

0 引 言

根据目前的状况，对国内外河道治理工程及治理技术进行了总结，并与当前城市黑臭河道污染治理技术体系相结合,研究了基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价系统，为我国城市黑臭河道污染治理工作提供一份帮助，为水环境的改善贡献出一份力量。

1 基于CW-GRAP模型黑臭河道治理工程效益评价方法

对每个黑臭河道治理工程进行评价研究，才能总结经验，提出更好的治理方案。下面介绍在CW-GRAP模型基础上所建立的黑臭河道治理工程效益评价研究方法。

1.1 基于CW-GRAP的评价分析模型建立

黑臭河道治理工程综合效益评价模型的构建应该以实际的经济发展为基础，而实际经济发展就要从经济效益、社会效益和生态循环效益、科学效益、稳定性和实际可行性这6个方面来进行衡量。生态循环效益是指在黑臭河道治理工程进行过程中和完成后对河道区域内生态系统产生的改变，具体表现在绿色植被覆盖率增加、水污染自净能力提升等方面。基于以上衡量实际经济发展的衡量方法，本模型建立了经济效益、社会效益和生态循环效益、科学效益、稳定性和实际可行性这6个评价模块[1]，再加上模型的自主反馈系统，待评价完成后将河道治理工程的优缺点筛选出来，构成一个完整、稳定、精准的黑臭河道治理工程效益评价系统[2]。

整体的基于CW-GRAP的评价分析模型具体流程见图1。

图1 基于CW-GRAP的评价分析流程

1.2 效益评价指标

建立一个具有现实意义并且能够客观全面地反映河道治理情况的评价指标体系，对今后河道治理工程能否顺利实施、能否成功治理河道都具有决定性作用。

从客观性和科学性两个方面出发选取效益评价指标，结合目前河道治理工程效益以及实际经济发展的衡量方法，本文选取12种效益评价指标[3]，这12种效益评价指标将会公平客观地对黑臭河道治理工程效益进行评价。综合河道治理综合效益的区域性，将效益评价分为 5 个等级，分别是效益好(1)、效益较好(2)、效益中(3)、效益较差(4)、效益差(5)，这个评定等级的来源就是指效益评价指标的到达率，具体指标体系见表1。

表1 效益评价指标

1.3 黑臭河道治理工程效益评价实现

要想成功地对河道治理工程进行效益评价还要考虑多个因素，并且每个因素之间都是互不干涉、相对独立的。此次研究将河道与各个效益[4]的关系描述见图2。

图2 河道与各个效益的关系描述

在整个评价过程中，每个因素都同样重要，没有轻重之分，从理论上来说，评价因素近似于立态分布。基于此，本文选取立态云模型来进行主观权重计算[5]。根据逆向立体发生器确定特征值，再用正向立体发生器进行补充，得出最后的权重结果。整个计算步骤如下：

1) 各个探勘专家进行打分[6]，计算初始权重值。

2) 通过逆向立体器求解方差Dx、熵Gg、超熵Bg，计算公式为：

(1)

式中：xi为所有调查样本；n为样本总数；He为样本方差。

3) 根据所求得的特征值Dx、Dn、Bg，再通过正向立体发生器进行补充，得到最后的权重结果。

在此基础上，对指标进行分析计算[7]，映射取优法(YY)。这个方法就是将立体空间通过映射归纳到平面空间上，从而得到一个映射指标函数，然后通过计算得到最优指标，得到在立体空间的最优质指标值，这样就可以通过对平面上的指标进行分析计算，然后得到立体空间数据的指标分析结果。映射指标函数可以反映出指标的数据情况，选用归一处理法对数据进行整理，并把能反映数据特征的方面作为映射方向[8]。具体计算步骤如下：

1) 列出最初的指标数据，进行归一处理，得到初始矩阵(a个评价样本，b个评价指标)。

2) 构造映射指标函数，利用二维映射方法，把最初的指标映射到映射方向[9]目标上，得到指标的映射值Bi。计算公式为：

(2)

式中：ai为映射方向函数，映射函数的计算公式为：

(3)

式中：S(a)为标准方差；d(a)为部分密度；z为zi的平均值；m为部分密度总体直径。

3) 最后利用最优映射函数[10]，构造出适应度函数。公式如下：

(4)

然后再用代数法求解，多次计算权重值，将最后的结果作为最优值。

指标归属界计算，在求解评价等级时，要利用立体发生器拟态计算来确定指标评价的等级与标准。具体计算步骤如下:

1) 先把计算得到的评价指标值与指标的评价等级相匹配。

2) 对于有双边界的指标值[11]，有属于它自己的计算公式：

式中：Cij,min、Cij,max分别为第i个指标在第j个等级上的最小值和最大值；Eij,n为第n个指标在第j个等级的熵和超熵。当指标值是单边界时，要根据指标的特点确定参数，再代入公式进行计算。

3) 最后要用归一处理法[12]对指标进行处理，逆向指标[13]计算公式如下：

(6)

式中：exp为指标处理参数。

最后通过立体发生器[14]，对每个指标都进行计算，进而求得平均值，得到立体模型计算矩阵[15]。其计算公式为：

(7)

依据上述最终权重值计算结果，获得工程效益评价指标的优先级，依据其优先级完成基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价。

2 实验对比

为验证所设计的基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价方法的有效性，进行实验分析，并将传统评价方法与其对比。

本文的研究对象是某城市的一条黑臭河流，在经过一段时间的处理后，该实验黑臭河流治理工程各阶段的生态效益和经济效益综合指标随时间推移而不断提高。同时，逐步缓解土壤侵蚀状况，使水土保持措施的结构比例趋于合理，进一步改善了黑臭水体。实验中，主要对比两种方法的效益评价时间以及评价误差。试验过程中，均方根误差分析(RMSE)可通过数据大小直接判断模拟数据与实测数据的一致性，以便反映模拟结果的准确性，从而对模拟结果进行综合评定。RMSE的均方根误差分析公式为：

(8)

式中：xobs,i为第i个监测点的实测数据；xmodel,i为第i个监测点的模拟数据；n为监测点数量。

2.1 评价时间对比

传统的黑臭河道治理工程效益评价方法与此次研究的评价方法所用的评价时间对比结果见图3。

图3 评价时间对比

通过分析图3能够发现，此次研究的基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价模型在几次实验中都比传统评价方法评价时间少。

2.2 评价误差对比

此次研究的基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价方法与传统方法的评价结果见图4。

图4 评价误差对比

分析图4可发现，此次研究的基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价方法在几个项目评价上，评价误差均小于传统方法。

通过上述实验可知，此次研究的基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价方法能够在短时间内就能获得准确的评价结果。原因是此次研究的评价方法预先建立评价指标，然后采用CW-GRAP模型对指标进行了详细处理，从而获得较好的黑臭河道治理工程效益评价效果。

3 结 语

本文主要从经济效益、社会效益和生态循环效益3个方面作为评价根本，提出了基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价模型，以实际经济发展作为根本，让模型的计算结果更加准确。黑臭河道一直影响着我国生态环境，治理好黑臭河道具有非常大的现实意义。本文基于CW-GRAP模型的黑臭河道治理工程效益评价研究可为河道治理工程提供参考与借鉴，从而为相关领域作出贡献。