李 德

(河北省承德水文水资源勘测局，河北 承德 067000)

1 研究背景

随着对生态环境认识的进一步加强，人们对河流的管理已经从单一功能的管理发展为多功能的管理，特别是对河道生态健康的管理给予了更大的关注。河道生态健康评价作为一种管理手段，能够给出在自然和人类两种因素影响下的河道健康程度，能够对河流的管理决策提供参考，因此对河道生态健康评价的研究具有一定的科学意义[1]。

目前，对河道健康评价的方法一种是预测法[2-3]，该方法主要是对河流中一些关键指标值(如生物量)进行预测，并与假设处于原始状态的河流指标进行对比，根据对比结果确定河道的健康程度。但是该方法目标是假设河道处于原始状态，这显然要求太高；同时该方法只是检测一种指标，并不能对河流的各个方面进行检测。另一种河道健康评价的方法为多指标评价方法，该方法根据河流的各个方面选取指标值，并使用评价模型根据指标值对河道健康进行评价。该方法能够较为全面地反映河流的健康状态，是目前河流健康评价研究的主要趋势之一[4]。作为多指标评价方法的一种主要代表，灰色关联法对于一个系统发展变化态势提供了量化的度量，非常适合动态历程分析。而河道也处于动态演变的过程[5]，因此灰色关联法对于河道的健康评价具有一定适用性。

鉴于此，本文提出加权的灰色关联法的河道健康评价模型。首先采用综合权重法对河段的生态健康指标值进行赋值，结合求取的权重与评价标准，对各个河道的生态健康进行评价，最后在选定的研究区内，将本文的方法分别与可变模糊集对分析法、集对分析法、模糊综合评判法进行比较，以验证模型的合理性。通过本文的研究，以期能够为我国的河道生态健康评价提供参考与借鉴。

2 研究方法

2.1 熵权法计算过程

熵用于衡量系统的有序程度，而熵权法的赋权原理为当一个指标对于不同评价对象对应的指标值差异越大，该指标的权重也会越大[6]。

针对本次研究有n个待评价的河段，m个指标，xij表示第i个河段的第j个指标值，则可以得到标准化样本矩阵X：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：Hij为xij的归一化值；ej为指标j的熵值；wj为指标j的权重。

2.2 专家打分法计算过程

专家打分法主要是通过专家已有知识和主观经验对指标进行赋权，该方法的具体过程可以参考文献[7]。专家打分法是一种主观赋权法，可以与客观赋权法(熵权法)形成互补。最后分别取主客观权重的一半作为最终权重。

2.3 灰色关联法计算过程

灰色关联法可以衡量两个序列之间的密切程度[8]，是一种较为优秀的评价方法。公式如下：

(5)

其中：kij为方案i的第j个指标与标准序列相应指标的的关联度；c为分辨系数。而方案i与标准序列的关联度ki可以通过下式求得：

(6)

通过将每一个河段的指标序列与各个等级的标准序列进行关联分析，关联度最大对应的等级为相应河段生态健康程度，其中标准序列为相应标准的中值序列。

3 实例计算与应用

在选定的研究区内，将河流生态健康等级分为濒临崩溃、病态、亚健康、基本健康、健康5个等级，指标选取水量指标、水质指数、生物指数、连通性指数、防洪标准指数5个指标，具体标准见表1[1]。

表1 河道生态健康等级

同时选择4段河道(北关闸-牛牧屯、牛牧屯-土门楼、土门楼-筐儿港、筐儿港-屈家店)作为研究对象，具体指标见表2[1]。

表2 各个河段生态健康指标值

从表2可以看出，从上到下，河段的生态健康程度在逐渐变好。同时从指标的角度看，4条河道的水量指标、水质指数、生物指数这3个指标全部处于健康状态，而4条河道的连通性指数、防洪标准指数这两个指标处于濒临崩溃的等级，可以看出4条河道的连通性和防洪标准比较差。但是河道的生态健康程度需要综合各个指标进行评。通过本文综合权重-灰色关联法进行评价，即采用专家打分法与熵权法求得综合权重，根据式(5)-式(6)来计算最终结果，评价结果见表3。

表3 河道生态健康评价结果

从表3可以看出由于受到连通性指数、防洪标准指数这两个指标的影响，河道的整体评价结果并没有达到健康这一等级，而是处于稍微低一级的亚健康等级。

为了检验本文模型的评价性能，将本文模型的评价结果分别与可变模糊集对分析、集对分析、模糊综合评判法的评价结果进行比较，结果见表4。

表4 各个模型评价结果表

从表4可以看出，4个模型的评价结果基本一致。特别是本文模型与可变模糊集对分析、集对分析3个模型的评价结果完全一致，而本文模型与模糊综合评判法在北关闸-牛牧屯与牛牧屯-土门楼这两个河段的评价结果不一致。从表1与表2可以看出，北关闸-牛牧屯与牛牧屯-土门楼这两个河段的大部分指标都处于健康等级，但是考虑连通性指数、防洪标准指数这两个指标的影响，因此河流整体生态健康程度可向下降低一个等级，降为亚健康状态是比较合理的；而模糊综合评判法将北关闸-牛牧屯与牛牧屯-土门楼这两个河段定为病态则不太合适[1]。

4 结 论

本文以专家打分法计算主观权重，以熵权法计算客观权重，并结合两者的权重，求主客观结合的综合权重，以该权重结合灰色关联法，提出加权灰色关联法对研究区4条河道(北关闸-牛牧屯、牛牧屯-土门楼、土门楼-筐儿港、筐儿港-屈家店)的生态健康程度进行评价，最后得出4条河道的生态健康等级都为亚健康。同时本文的评价结果与可变模糊集对分析、集对分析3个模型的评价结果完全一致，说明本文提出的评价方法具有一定实用性，可以为我国河道生态健康评价的研究提供一定的参考依据。