基于熵权SMI-P法的疏勒河流域幸福河评价

杨金娥，王玉才，王艳俐，李 茂，赵 瑾

(甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

建设幸福河是新时期河流开发治理的新任务，全面考虑河流自身属性、生态健康、人水和谐与经济发展，是实现生态文明建设和区域经济协调发展的重要保障，也是新时代中国治水事业的新标志。建立科学的幸福河评价体系对检验幸福河建设成果具有重要意义，对实现社会经济可持续发展与修复河流生态协调发展有促进作用。关于幸福河的研究，已有大量学者从概念与内涵，评价体系构建，评价方法等方面进行了研究。

在幸福河内涵要义的解读上，左其亭[1]等最先展开研究，在梳理总结不同领域对“幸福”的理解的基础上，结合我国江河治理需求，提出“幸福河”是造福人民的河。陈茂山[2]等基于马克思主义幸福观，从人类幸福需求角度提出幸福河是让人民有安全感、获得感和满足感的河流。唐克旺[3]从心理学角度解读了幸福河的内涵，认为幸福河应是能够给流域人民带来幸福感的河流。艾广章[4]认为幸福河既要维持河流自身的生态健康，也要保证人类社会可持续发展，是一种人与河流之间的动态平衡。朱法君[5]认为幸福河是健康的、有生命力的安澜之河，是传统治水模式的升级。解读完幸福河的内涵，如何评价幸福河建设是否合格，以及通过哪些指标、方法去评价就成了需要解决的问题。众多学者从“目标-准则-指标”层级关系框架出发，构建包含多种维度的“幸福河湖”评价体系。左其亭[1]、靳春玲[7]等以河流的安全、健康、供给、富民、和谐、文化、宜居这7个维度为基本框架建立幸福河评价指标体系。程常高[6]等从河流压力状态、经济管理等方面构建评价指标体系。贡力[8]等基于ERG需求模型，从生存、生态、发展3个需求层级建立幸福河评价指标体系。在构建评价体系的同时学者们也提出了众多评价方法并用于实例验证。左其亭[1]等采用“单指标量化-多指标综合-多准则集成”方法，对2017年黄河上中下游分段、支流渭河以及流经的9个省区开展幸福河评价。乔祺[9]等选取澧水为评价对象，基于序关系分析方法和物元可拓模型，完成其综合评价。靳春玲[7]等基于G2-AEW-未确知测度理论的评价方法和障碍诊断模型，诊断分析阻碍黄河甘肃段、宁夏段、内蒙古段幸福河建设的障碍因子。王何予[10]等使用主客观赋权方法，综合幸福河指数和可持续发展指标，对湖北省县(市)区汉江幸福河进行评价。

当前，在疏勒河流域尚缺少从幸福河建设角度展开的河流治理评价研究。本文结合现有成果，在明确幸福河的概念和内涵的基础上，基于熵权SMI-P的评价方法，从水资源量、生态环境、社会经济、和谐发展4个维度，构建疏勒河流域幸福河评价体系，初步评价疏勒河流域幸福河建设成果，为后续疏勒河流域的河流治理和幸福河评价体系建设提供参考。

1 研究区概况及数据来源

1.1 疏勒河流域概况

疏勒河流域是甘肃河西地区三大内陆河流域之一，地处河西走廊西端，是古丝绸之路上的重要绿洲，孕育了历史底蕴丰厚的敦煌文化，也是“一带一路”的核心节点。疏勒河属于河西温带干旱区，干流全长670km，总流域面积17万km2，水系形状呈羽毛状。从2010—2021年《甘肃省水资源公报》中相关特征数据可知，流域内多年平均降水量集中在54.3～173.9mm区间内，流域多年平均水资源总量为21.23亿m3，用水量为16.72亿m3。2021年，流域内总人口为47.76万人，国内生产总值452.29亿元，人均GDP为8.5万元。

1.2 数据来源

幸福河评价指标的原始数据来源于2012—2021年《甘肃省水资源公报》《甘肃省水土保持公报》《甘肃水利发展年鉴》，部分指标由规范给定的公式间接计算得出。

2 研究方法

2.1 指标体系构建及分级

在对疏勒河流域水资源总量以及供水总量、生态环境健康程度、社会经济发展状况以及人水和谐发展进行综合分析的基础上，结合幸福河评价体系建设相关的规范和文献[1][11-13]，综合考虑评价指标的代表性、全面性、可操作性和易获取性，构建出由水资源量、生态环境、社会经济、和谐发展3个准则层，20个指标层的3层级综合评价体系，如图1所示。

图1 幸福河评价体系框架图

本文所提出的评价标准依据现有的相关文献[1][11-12]、行业标准和国家标准[14-15]中所提出的指标标准以及向专家咨询而得到幸福河评价指标标准见表1。将幸福河的评价结果划分成最优、较优、及格、较差、最差5级。

表1 幸福河评价指标标准

2.2 权重的确定

熵权法计算的权重客观性较强，计算过程简便，在初步建立评价体系时，采用熵权法确定指标的权重，能够较好地兼顾评价体系的效率和可信度。因此采用熵权法计算各指标权重，步骤如下：

(1)根据选取的甘肃省疏勒河流域2010—2021年指标数据，构建由12个样本，19个指标组成的综合评价初始数据矩阵。

={xij}m+n(0≤i≤m，0≤j≤n)

(1)

式中，xij—第i个样本，第j项评价指标数值。

(2)数据的标准化处理

为使指标体系中的数据具有可比性，消除正向指标和逆向指标之间的影响，需要先对各指标按照如下公式进行标准化处理：

正向指标：

(2)

逆向指标：

(3)

(3)计算单指标下各样本的值的比重qij

(4)

(4)计算第j项指标的熵值Ej

(5)

(5)进行第j项指标差异系数的计算Dj

对于第j项指标而言，它的差异越大，熵值就越小，证明该指标能够在方案评价中起到越大的作用。

Dj=1-Ej

(6)

(6)计算第j项指标权重wj

(7)

2.3 基于SMI-P法的幸福河评价

2.3.1单指标量化

为了计算统一，使计算结果便于对比分析，在评价之前用模糊隶属度函数法将指标进行量化，以此减小各评价指标的量纲差异。让各类指标数据统一映射到[0，1]的区间内，各指标的特征节点值依次对应指标的隶属度值，对应的隶属度值为1、0.8、0.6、0.3、0。根据指标的原始数据，利用隶属度计算公式计算出对应指标的隶属度值。

2.3.2多指标综合

通过单指标量化得到无量纲化的处理结果后，用多指标综合法计算出指标的综合评价结果。此方法是将各指标的隶属度值进行加权计算，由此可得出各准则层的综合得分，即水资源量指数(IWR)、生态环境指数(IEE)、社会经济指数(ISE)、和谐发展指数(IHD)。

相关计算公式为：

(8)

(9)

(10)

(11)

2.3.3多准则集成

计算出各准则层的综合得分后，用多准则集成的方法计算出幸福河指数，将水资源量、生态环境、社会经济、和谐发展4个准则层的得分进行加权计算，确定幸福指数(IHR)：

IHR=β1×IWR+β2×IEE+β3ISE+β4IHD

(12)

式中，β1、β2、β3、β4—目标层下各个准则层对应的权重，准则层权重总和为1。根据前人研究，将幸福指数划分为5个等级[1]，对评价结果进行等级判别，见表2：

表2 幸福河等级划分

2.4 障碍度模型

为进一步探讨影响幸福河评价的主要障碍因子，通过因子贡献度、指标偏差度计算障碍度值，计算公式如下：

(13)

(14)

3 结果分析

3.1 指标幸福指数计算

根据所获取的各指标原始数据，按照单指标量化方法计算得到介于[0，1]之间的指标层幸福指数，结果见表3。

表3 2010—2021年各指标幸福指数

3.2 权重计算及分析

如图2所示为熵权法计算得到的指标权重雷达图，由图2可知，水资源利用率(A1)、人均水资源量(A3)、地下水开发利用程度(A5)、地下水供水占比(B1)、万元GDP废污水年排放总量(B2)、水质优劣程度(B4)、高效节水灌溉面积比例(C1)所占权重分别为9.5%、6.4%、7.2%、10.3%、7.5%、8.7%、6.4%，累积权重为56.0%，是疏勒河流域幸福河评价的主要影响指标；耗水率(A4)、城镇化率(C2)、单方水GDP(C3)、单位工业增加值用水量(C5)、水法律法规建设程度(D2)、水文化的挖掘及保护程度(D3)所占权重分别为5.8%、5.3%、5.7%、4.3%、5.0%、5.3%，累积权重为31.4%，是疏勒河流域幸福河评价的次要影响指标。

图2 疏勒河指标权重雷达

3.3 疏勒河流域幸福河评价

通过构建的熵权-SMI-P模型计算出2010—2021年疏勒河流域河流综合幸福指数，结果如图3所示。由图3可知，2010—2021年疏勒河流域幸福河指数值在0.770～0.850，疏勒河流域综合幸福指数经历了上升-下降-上升的过程，其中2013年和2016年的综合幸福指数较低，分别为0.776、0.770，这与和谐发展准则层综合得分较低有关，此时幸福河概念尚未提出，缺少对于该方面的法律与法规建设。

图3 疏勒河2010—2021年综合幸福指数得分

对比不同年份中准则层综合得分可知，和谐发展准则层综合指数呈现逐年增长的趋势，然而综合指数数值较小，虽是制约流域幸福河建设的关键准则层，是未来幸福河建设的重点，但对于分析流域整体幸福河建设的影响因素来说可将其忽略。基于此可得：2013年综合指数较低的原因在于生态环境准则层综合得分较低，说明有关部门在促进疏勒河流域经济发展时并未对产业结构、生态环境、城市建设等提出要求，对生态环境重视不足，这是限制居民获得幸福感的主要原因；《最严格水资源管理制度》在2013年颁布实施，但其所产生的效应很难立刻显现出来，众多因素使得2013年综合指数较低。2016年除和谐发展准则层外，评价年内综合得分较低的准则层是水资源量准则层，生态环境准则层综合指数上升至较高水平，说明疏勒河流域在保证社会经济发展的前提下，落实的相关政策对于生态环境的治理提升是有效的，但是不能做到平衡发展，故流域内居民的幸福感和获得感提升较慢。

2012—2013年幸福指数下降，这与水资源量准则层和生态环境准则层综合得分下降有关，2020年幸福综合指数较高，为0.850，这与幸福河建设提出后，越来越重视水文化、生态保护方面的建设，和谐发展准则层综合得分上升有关。在2019年之前，尚未提出幸福河建设，疏勒河流域的幸福河指数呈现先降低后上升的变化趋势，表明疏勒河流域在追求社会经济发展时，居民对河流安全供给的重视高于对流域生态健康，此前的发展在一定程度上不能全面满足人们对于河流幸福感的需求。2016—2021年，疏勒河流域的幸福指数呈现上升趋势，以2016年作为基准，幸福指数累计上升8.0%；在幸福河建设提出以前即2016—2018年，疏勒河流域的幸福指数虽体现出上升趋势，累计值为3.34%，上升趋势较慢，年增长值约为1.11%，自2019年提出并建设幸福河以来，疏勒河流域的幸福指数上升趋势明显，2019—2021年上升累积值为2016年幸福指数的7.0%，年均值为2.33%，说明幸福河建设对疏勒河流域幸福指数提升有显著成效，对加快流域内的社会经济高质量发展有积极作用。

3.4 障碍因子计算及分析

对疏勒河流域的幸福程度进行障碍度模型分析如图4所示。由图得出在2010年影响疏勒河流域幸福综合评价的最主要准则因素是和谐发展，其次是社会经济与生态环境，影响疏勒河流域幸福综合评价的最主要指标因素是河流亲水性程度、水法律法规建设程度、公众对河流幸福满意度。主要原因是，在2010年关于河流的法律法规建设程度较低，人与河流的亲水性较差，河流建设与公众满意度较低。到2013年，影响疏勒河流域幸福综合评价的最主要准则因素是生态环境，影响疏勒河流域幸福综合评价的最主要指标因素是水源地水质合格率、水功能区水质达标率，主要原因可能是2010年以来，社会经济快速发展，导致生态环境遭到不同程度破坏，在《最严格水资源管理制度》实施以前，对于该方面的重视程度不够。在2021年影响疏勒河流域幸福综合评价的主要准则因素是水资源量，其次是社会经济。影响疏勒河流域幸福综合评价的最主要指标因素是高效节水灌溉面积比例、单方水GDP、产水系数、人均水资源量、耗水率、地下水开发利用程度。考虑的原因是随着社会经济的发展，人们对水资源的开发利用加剧，水资源利用效率较高，但缺乏与之配套的水资源保护、管理的政策和措施，导致人均水资源量急剧下降，从2010年的6013.70m3/人跌至2021年的1685.14m3/人，供需水矛盾加剧。高效节水灌溉面积比例也较2020年骤减，从一定程度上增加了农业用水量，进而影响耗水率，占流域总用水量比例大，在保证必要的生产生活所需用水的前提下，地下水开发利用程度也随之提高。

图4 疏勒河流域幸福河障碍度分析

4 结论

该评价体系基于幸福河湖的内涵，以前人研究成果为基础，选择内陆河流域的典型河流——疏勒河，从水资源量、生态环境、社会经济、和谐发展4个准则设立19个指标体系，构建熵权-SMI-P模型，对该流域进行幸福河湖综合评价研究，得出以下结论。

(1)2010—2021年间疏勒河流域综合幸福指数从0.770上升到0.850，幸福程度整体向好。其中，自幸福河建设提出的2019年后，综合幸福指数上升速率变快，成效显著。

(2)2021年制约疏勒河流域幸福河建设的主要影响因子是人均水资源量、地下水开发利用程度以及高效节水灌溉面积比例，在后续幸福河建设的过程中应予以重点考虑。

(3)水资源量、生态环境、社会经济、和谐发展构成的疏勒河幸福评价体系，能够较好地反映疏勒河流域的实际发展情况，评价结果与实际相符，具有一定的适用性，该模型可作为初步评价疏勒河幸福河建设成果的模型使用。