一種河流斷面退化評價方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境科學領域，特別是利用賦權，結合物元模型對河流退化程度評價 的一種河流斷面退化評價方法。
【背景技術】
[0002] 河流斷面退化程度評價是河流治理和生態(tài)修復的基礎工作，現今有關河流斷面退 化程度評價方法甚少。目前，大多在于河流健康評價，主要方法有綜合評價指數法、集對法 和灰色關聯度分析法、模糊綜合評價法等，以上方法均有優(yōu)缺點，極大推動了該領域的研宄 進展。以往的研宄大部分是針對特定時期的河流健康狀況進行評價，而對于河流退化程度 的動態(tài)變化仍亟待探討分析。
[0003] 在復雜的評價體系中，往往涉及到多個指標或屬性，故在根據實測數據進行評價 之前，首先需要確定指標之間的相互權重，而所得到的各指標權重的客觀性與合理性也大 大影響到最終的評價結果。目前，確定綜合權重相關研宄已有一些發(fā)明專利。如公開號為 CN103577888的發(fā)明專利，一種改進的熵權層次分析法及其應用，它將層次分析法與熵權法 結合確定綜合權重，克服了層次分析法過于主觀定權，同時又結合了數據之間的本身關系， 更合理、有效的確定了復雜多指標權重問題，又如公開號為CNI04240006的發(fā)明專利，基于 物元可拓模型的新型農村社區(qū)管護績效評價方法，它基于物元模型對新型農村社區(qū)管護績 效進行評價，確定待評價物元經典域、節(jié)域、待評價物元、指標與各評價等級的關聯度、待評 對象質量等級，該方法一定程度上解決不相容的復雜問題，適合多因子評價。但在上述諸多 的方法中，如何解決河流斷面退化評價并不適用，特別是在上述方法中，過于依賴數據，存 在相容性復雜的問題，影響評價的準確性和有效性，因此，其改進和創(chuàng)新勢在必行。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種河流斷面退 化評價方法，可有效解決過于依賴數據，相容性復雜，影響評價的準確性和有效性的問題。
[0005] 本發(fā)明解決的技術方案是，包括以下步驟：
[0006] (1)構建河流斷面退化評價要素及指標，要素包括地貌、水質水文、生物、河流功能 特征，指標包括蜿蜒度、河岸帶寬度、水質綜合污染指數、底泥綜合污染指數、流速、水面覆 蓋率、水生植物多樣性指數、浮游植物多樣性指數、浮游動物多樣性指數、固著藻類多樣性 指數、河岸帶植被覆蓋率、棲息地質量、水資源開發(fā)利用率共13項；
[0007] (2)進行河流斷面的現場采樣和監(jiān)測，利用分析儀器進行現場監(jiān)測、對所采集樣品 進行水質化學指標分析和生物鑒定，根據分析鑒定結果計算得到各評價指標的現狀值；
[0008] (3)確定各評價指標權重，利用層次分析的特征值法確定準則層評價要素對河流 退化的權重，利用方差法對準則層評價要素的表征評價指標確定各指標的分權重，結合準 則層評價要素的權重，得到各指標絕對權重；
[0009] (4)依據步驟（3)確定的各評價指標絕對權重結合物元模型對河流斷面退化情況 進行評價，計算其關聯函數和關聯度，結合評價標準，得到河流斷面的退化程度。
[0010] 本發(fā)明方法新穎獨特，易操作使用，效果好，既克服了過于依賴數據，又解決了相 容性復雜，影響評價的準確性和有效性的問題，實現對河流斷面退化準確評價，指導河流治 理和生態(tài)修復，經濟和社會效益巨大。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的工藝流程框示圖。
【具體實施方式】
[0012] 以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0013] 由圖1所示，本發(fā)明河流斷面退化評價方法，所述的河流退化包括地貌特征、水質 水文特征、生物特征和河流功能特征，其中，地貌特征包括蜿蜒度、河岸帶寬度，水質水文特 征包括水質綜合污染指數、底污綜合污染指數、流速和水面覆蓋率，生物特征包括水生植物 多樣性指數、浮游植物多樣性指數、浮游動物多樣性指數、固著藻類多樣性指數和河岸帶植 物被覆蓋率，河流功能特征包括棲息地質量、水資源開發(fā)利用率，通過對上述特征的表述和 測量計算，從而實現對河流斷面退化作出評價，具體步驟如下：
[0014] (1)構建河流斷面退化評價要素及指標：
[0015] 確定退化評價要素及表征評價指標，退化評價要素包括地貌、水質水文、生物、河 流功能特征，表征評價指標包括蜿蜒度、河岸帶寬度、水質綜合污染指數、底泥綜合污染指 數、流速、水面覆蓋率、水生植物多樣性指數、浮游植物多樣性指數、浮游動物多樣性指數、 固著藻類多樣性指數、河岸帶植被覆蓋率、棲息地質量和水資源開發(fā)利用率；
[0016] (2)進行河流斷面的現場采樣和監(jiān)測：
[0017] 利用分析儀器進行現場監(jiān)測、對所采集樣品進行水質化學指標分析和生物鑒定， 水質化學指標包括水體污染物指標和底泥污染物指標，表征地貌數據的蜿蜒度采用ArcGIS 軟件進行數據提取計算獲得，水體污染物指標為DO、COD、TP、NH3-N、As、Cr和Hg;底泥污染 物指標包括Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As(采樣監(jiān)測均根據國家相關監(jiān)測標準規(guī)范進行，現場 采樣監(jiān)測用的儀器為水樣采集器、采泥器、激光測距儀、卷尺、便攜式流速儀、便攜式D0測 定儀、多參數水質分析儀、便攜式冰箱、電子稱，室內水質分析用到的儀器有原子吸收分光 光度計、原子熒光光度計、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，浮游動物、浮游植物、固著藻類鑒 定采用生物顯微鏡），根據現場測定結果，計算得到退化評價指標的現狀值；
[0018] (3)確定退化評價指標權重：
[0019] 1)利用層次分析的特征值法確定準則層評價要素對目標層的權重：
[0020] 構造判斷矩陣（判斷矩陣元素的值反映對各元素相對重要性的認識），采用1~ 9及其倒數的標度方法，但當相互比較因素的重要性能夠用具有實際意義的比值說明時，判 斷矩陣相應元素的值取這個值，即為所有參評指標構成的判斷矩陣S，S= (UipnXn，uu為第 j個評價要素對第i個評價要素的重要性，用1~9表示，數值越大，評價要素越重要；n為 所有評價要素個數（即所有參評指標的個數）；
[0021]用方根法計算判斷矩陣的最大特征根及其對應的特征向量A，此特征向量就 是各評價因素的重要性排序，也是權系數的分配；
[0022] 對判斷矩陣的一致性檢驗，計算一致性指標
-和平均隨機性指標RI;當 隨機一致性比率
時，為層次分析排序的結果有滿意的一致性，即權系數的分配 是合理的；否則，要調整判斷矩陣的元素取值，重新分配權系數的值；
[0023] 通過求判斷矩陣的特征向量A，求出各準則層對目標層P的權向量U，利用方差法 求各評價要素對目標層的權重仍，i= 1，2，…m;
[0024] 2)利用方差法對準則層評價要素的表征評價指標確定各指標的分權重，結合準則 層評價要素的權重，得到表征評價指標絕對權重；
[0025] ①表征評價指標的正項化處理
[0026] 為消除量綱，采用歸一化進行表征評價指標的正項化處理；表征評價指標有"效益 型"和"成本型"，對于"效益型"指標屬性值越大越好；而"成本型"指標為屬性值越小越好；
[0027] 效益型評價指標，指標值歸一化為：
[0029] 成本型評價指標，指標值歸一化為：
[0031]式（1)、式⑵中為第v個評價樣本在第j個評價指標L下的歸一化結果； j為第j個評價指標數；xjv為第j個評價指標X」下的第v個評價樣本的指標值;max{xjv}、 min{x>}分別為第j個評價指標&下的最大值和最小值；根據以上的歸一化結果可知，rjv 越大越好；
[0032] ②計算指標對準則層的分權重，計算公式如下：
[0035]其中：么+戈+…+九二n;i= 1，2,...，m
[0036] 式中：jm為第i個評價要素下有jm個評價指標；v為第j個評價指標X」下的第v 個樣本數；E(XiP為指標對準則層的分權重；n為所有參評指標的個數；〇 (Xy為第j個評 價指標&在第i個評價要素的指標方差；
[0038]式中為第j個評價指標L對第i個評價要素的分權重：
為第i個評 價要素下所有評價指標方差總和；
[0039]③由準測層權重代，k=1，2，…m及式（5)，得綜合絕對權重wj:
[0040] wi=(Piuij式（6);
[0041] (4)依據步驟（3)確定的各指標絕對權重結合物元模型對河流斷面退化情況進行 評價：
[0042] 1)確定河流斷面退化物元及經典域、節(jié)域物元矩陣：
[0043] 用％表示所劃分的j個河流斷面退化程度；c 河流斷面退化的表征指標；X^為 %關于c,所規(guī)定的取值范圍，即各質量等級關于對應特征所取得的量值范圍，稱為經典域； 經典域的物元矩陣記為：
[0045] 式中：[R」]為經典域的物元矩陣；ajn、bjn分別表示河流斷面退化程度N」下的上下 限值；
[0046]匕為河流斷面退化程度的全體，關于c#取的量值范圍，節(jié)域的物元矩陣 [Rp]記為：
[0048] apn、bpn分別表示河流斷面退化程度全體P^下的上下限值；
[0049] 2)確定關聯函數及關聯度：
[0050] 關聯度Ku的表達式為：
[0053] 式中，P(Xi，Xpi)為點Xi與對應特征向量有限區(qū)間（a川1^)的距離；P(Xi，Xpi)為 點Xi與對應特征向量節(jié)域（api，bpi)的距離；Xi為相應的特征向量；
[0054] 3)計算綜合關聯度確定評價等級KJ:
[0056] 根據綜合關聯度值，最大值所對應的等級為最終評價河流斷面退化等級，從而實 現對河流斷面退化評價。
[0057] 申請人要指出的是，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經表示和表述了本發(fā)明，但其 不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提 下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化，其本質與本發(fā)明技術方案相同，均屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0058] 由上述可以看出，本發(fā)明建立了河流斷面退化評價指標體系和判據，為借助現場 采樣監(jiān)測數據和資料，實現河流斷面退化狀態(tài)的評價提供一種途徑和工具；運用層次分 析-方差賦權法，將主、客觀賦權進行合理的整合，結合物元模型求解各評價指標的關聯 度，既反映了人們對河流退化的認