基于BWM-CRITIC-TOPSIS的幸福河湖綜合評價模型

朱 潔，馮建剛，高玉琴，郭子琛，鄭 航

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；3.江蘇蘇邑設(shè)計集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210012)

2019年，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上，發(fā)出了讓黃河成為造福人民的幸福河的偉大號召，為新時期河湖治理保護(hù)指明了方向[1]。許多學(xué)者對幸福河湖的概念、內(nèi)涵等基礎(chǔ)問題進(jìn)行了研究與探索，并開展了幸福河湖評價等方面的研究。左其亭等[2]認(rèn)為幸福河就是造福人民的河流。胡瑋[3]認(rèn)為幸福河湖是讓人賞心悅目、心情愉悅，能滿足國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、人民高端需求的健康河湖，其實質(zhì)是人與自然和諧，實現(xiàn)治水新格局，關(guān)鍵在于河流湖泊保護(hù)與治理。陳茂山等[4]認(rèn)為要從人的角度、河流的角度、人與河流的關(guān)系3方面把握幸福河內(nèi)涵。幸福河研究課題組[5]將幸福河定義為能夠維持河流自身健康，支撐流域和區(qū)域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，體現(xiàn)人水和諧，讓流域內(nèi)人民具有高度安全感、獲得感與滿意度的河流。韓宇平等[6]從流域自然屬性、社會經(jīng)濟屬性、人水和諧關(guān)系3方面出發(fā)，選取26項指標(biāo)構(gòu)建幸福河評價指標(biāo)體系，并基于需求層次論對黃河流域進(jìn)行評價；左其亭等[7]以安全運行、持續(xù)供給、生態(tài)健康、和諧發(fā)展4大判斷準(zhǔn)則為框架構(gòu)建幸福河評價指標(biāo)體系，采用“單指標(biāo)量化-多指標(biāo)綜合-多準(zhǔn)則集成”方法，定量計算黃河流域幸福河指數(shù)；程常高等[8]以河流狀態(tài)、河流壓力、河流管理、經(jīng)濟服務(wù)4個方面作為準(zhǔn)則層，選取20項指標(biāo)構(gòu)建幸福河湖評價指標(biāo)體系，并將其應(yīng)用于太湖流域；貢力等[9]針對幸福河湖建設(shè)目標(biāo)，建立了包含23個核心指標(biāo)和27個備選指標(biāo)的指標(biāo)體系，并基于ERG需求模型對幸福河湖進(jìn)行綜合評價；陳隆吉等[10]構(gòu)建河流健康性和宜居性兩方面協(xié)調(diào)發(fā)展的幸福河建設(shè)評價模型，并利用該模型評估了飛云江幸福河建設(shè)狀況?，F(xiàn)階段幸福河湖研究主要從概念、內(nèi)涵方面進(jìn)行理論探索，關(guān)于建立符合研究區(qū)河湖與區(qū)域社會經(jīng)濟環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展特點的評價指標(biāo)體系及評價方法仍欠缺。

TOPSIS模型是根據(jù)評價對象與理想方案的相對接近程度對評價對象整體排序，以確定相對優(yōu)劣的評價方法，其具有對原始數(shù)據(jù)利用充分、計算簡單易行、評價結(jié)果較為可靠的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于河長制績效[11]、水資源承載力[12]、城市防洪體系[13]和河流健康[14]等生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域的效益評價，幸福河湖作為新時代河湖治理的新目標(biāo)，是生態(tài)文明建設(shè)理念的重要體現(xiàn)。本文以幸福河湖概念及內(nèi)涵為基礎(chǔ)，從安全河湖、健康河湖、富民河湖及文化河湖4個方面構(gòu)建幸福河湖綜合評價指標(biāo)體系，構(gòu)建BWM-CRITIC-TOPSIS評價模型，并應(yīng)用于浙江省某市幸福河湖綜合評價，以期為幸福河湖評價與建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 幸福河湖的概念及內(nèi)涵

幸福河湖的研究對象是河流湖泊系統(tǒng)，主體是河流湖泊，客體是河湖載體及其相關(guān)事物。在新時代的江河治理需求下，幸福河湖已經(jīng)不是純粹的包含河湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)的范疇，而是更加具有主觀性、區(qū)域性與動態(tài)性，需要綜合安全、環(huán)境、生態(tài)、文化、經(jīng)濟等多方面協(xié)調(diào)發(fā)展的新概念[7]。結(jié)合心理學(xué)中幸福的概念，幸福河湖應(yīng)是能夠讓居民獲得幸福感的河湖。在心理基礎(chǔ)需求和發(fā)展需求兩方面，一方面通過人水關(guān)系提供群眾心理滿意度，另一方面需要通過人類的主觀能動性，尤其是先進(jìn)的河湖治理措施，保證河湖服務(wù)功能持續(xù)提供的能力[15]。

本文認(rèn)為幸福河湖是指能夠防御災(zāi)害、提供穩(wěn)定安全供水、水環(huán)境優(yōu)美、人水關(guān)系和諧，讓人民具有高度安全感與滿意感的安全河湖、健康河湖、富民河湖和文化河湖的集合與統(tǒng)稱。幸福河湖是基于可持續(xù)發(fā)展框架進(jìn)行的，其內(nèi)涵主要包括以下4個方面：

a.幸福河湖是安全河湖。河流湖泊在調(diào)蓄洪水、供給水源等方面為人類社會提供安全穩(wěn)定的發(fā)展條件。幸福河湖既需要維持洪澇災(zāi)害影響可控，又能夠為人類提供安全的水資源。

b.幸福河湖是健康河湖。河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)不僅能夠凈化污染物，又能夠為附近居民提供良好宜居的生活環(huán)境，而保證河湖健康、生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)是持續(xù)提供服務(wù)功能的前提。

c.幸福河湖是富民河湖。河流湖泊提供豐富的水資源支撐經(jīng)濟社會發(fā)展，但對河湖開發(fā)利用應(yīng)有一定限度，做到人與河湖和諧發(fā)展，托底經(jīng)濟健康長效發(fā)展。

d.幸福河湖是文化河湖。河流湖泊有其獨特的自然景觀與河湖文化，幸福河湖的水文化能夠使公眾獲得滿足感，同時積極推進(jìn)水文化建設(shè)，以增強人們保護(hù)河湖的意識，傳承水文化。

綜上，幸福河湖內(nèi)涵可表述為：保障河湖安全及水資源供需平衡、維持河湖生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定、持續(xù)滿足人類社會發(fā)展需求、承載豐富河湖文化，實現(xiàn)人與河湖和諧相處。

2 幸福河湖綜合評價指標(biāo)體系

幸福河湖評價是評估幸福河湖建設(shè)成果的標(biāo)尺，其指標(biāo)體系科學(xué)與否直接影響到綜合評價的結(jié)論。本文依據(jù)幸福河湖概念及內(nèi)涵，遵循完整性與簡潔性并重、科學(xué)性與可操作性并重、通用性與針對性并重的原則，以安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖4方面內(nèi)涵作為準(zhǔn)則層，構(gòu)建包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的3層評價指標(biāo)體系。綜合運用文獻(xiàn)閱讀法和理論分析法初選指標(biāo)，采用專家咨詢法進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)選，最終確定17項指標(biāo)，構(gòu)建幸福河湖綜合評價指標(biāo)體系，如圖1所示。

3 幸福河湖評價模型

3.1 確定評價指標(biāo)集

依據(jù)評價指標(biāo)體系(圖1)，分層次建立評價指標(biāo)集，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。

圖1 幸福河湖綜合評價指標(biāo)體系

3.2 確定評價標(biāo)準(zhǔn)集

參考國內(nèi)外評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合有關(guān)河長制、河湖健康以及幸福河湖相關(guān)文獻(xiàn)，將幸福河湖評價標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個等級：Ⅰ級(優(yōu))、Ⅱ級(良)、Ⅲ級(中)、Ⅳ級(差)和Ⅴ級(極差)。具體分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

3.3 確定指標(biāo)權(quán)重

3.3.1最優(yōu)最劣法確定主觀權(quán)重

最優(yōu)最劣法(BWM)是荷蘭學(xué)者Rezaei[16]提出的一種確定指標(biāo)主觀權(quán)重的方法，其通過從一系列指標(biāo)中選出最優(yōu)和最劣兩種指標(biāo)，分別與其余指標(biāo)進(jìn)行比較，能夠簡化煩瑣過程，減少數(shù)據(jù)量，降低由于數(shù)據(jù)過多而導(dǎo)致的失誤，更易通過一致性檢驗，提高可靠性[17-18]。具體步驟如下：

步驟1在準(zhǔn)則層中根據(jù)專家組意見選取最優(yōu)(最重要)指標(biāo)DB和最差(最不重要)指標(biāo)DW。

步驟2采用1～9分制確定最優(yōu)指標(biāo)相對于其他指標(biāo)的重要性。通過最優(yōu)指標(biāo)和其他指標(biāo)相對重要度的兩兩比較，分別得到對應(yīng)的標(biāo)度，表示為比較向量AB=(aB1,aB2,…,aBn)。aBj表示最優(yōu)指標(biāo)DB相對于指標(biāo)Dj的重要性，1表示兩者同等重要，9表示最優(yōu)指標(biāo)相對后者極端重要，顯然aBB=1。

步驟3采用1～9分制確定其他指標(biāo)相對于最差指標(biāo)的重要性。通過其他指標(biāo)和最差指標(biāo)相對重要度的兩兩比較，分別得到對應(yīng)的標(biāo)度，表示為比較向量AW=(a1W,a2W,…,anW)T。ajW表示指標(biāo)Dj相對于最差指標(biāo)DW的重要性，1表示兩者同等重要，9表示前者相對最差指標(biāo)極端重要，顯然aWW=1。

步驟4采用線性BWM模型，得出最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重：

(1)

(2)

minξ

(3)

(4)

(5)

3.3.2CRITIC法確定客觀權(quán)重

CRITIC法是由Diakoulaki等[19]提出的一種客觀權(quán)重賦值法。該方法基于評價指標(biāo)的對比強度與指標(biāo)之間的沖突性反映指標(biāo)信息量，對比強度與沖突性越大則反映信息量越多，相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重越大[20]。該方法結(jié)合了相關(guān)性權(quán)數(shù)和信息權(quán)數(shù)，具有顯著的優(yōu)越性。

步驟1假設(shè)有m個待評價樣本，n項評價指標(biāo)，建立幸福河湖綜合評價的原始數(shù)據(jù)矩陣為A=(aij)m×n。

步驟2為消除各指標(biāo)量綱不同、數(shù)量級不同等因素對數(shù)據(jù)分析的影響，對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X=(xij)m×n。對于指標(biāo)取值越大越優(yōu)的正向指標(biāo)和指標(biāo)取值越小越優(yōu)的逆向指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化處理公式分別為

(6)

(7)

對于雙向指標(biāo)，指標(biāo)取值在某一范圍[a,b]時最佳：

(8)

式中：aij為指標(biāo)原始數(shù)據(jù)值；ajmax為指標(biāo)j的最大值；ajmin為指標(biāo)j的最小值。

步驟3計算指標(biāo)變異性Sj。指標(biāo)變異性以標(biāo)準(zhǔn)差的形式來表現(xiàn)：

(9)

步驟4計算指標(biāo)沖突性Rj：

(10)

式中rij為指標(biāo)i和指標(biāo)j之間的相關(guān)系數(shù)。

步驟5計算信息量Gj：

Gj=SjRj

(11)

(12)

3.3.3組合權(quán)重

(13)

通過拉格朗日乘子法，得到組合權(quán)重為

(14)

3.4 TOPSIS法綜合評價

TOPSIS法又稱優(yōu)劣解距離法，通過計算評價對象與最優(yōu)解、最劣解之間的歐氏距離，獲得評價對象與理想解的貼近度，對評價對象進(jìn)行相對優(yōu)劣評價[11]，其評價結(jié)果可靠，常用于生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域等效益評價。計算步驟如下：

步驟1計算加權(quán)決策矩陣Z。將組合權(quán)重值wj與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X相乘，計算得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z=(zij)m×n，其中zij=wjxij。

步驟2確定正理想解和負(fù)理想解：

(15)

(16)

步驟3計算各年份中評價指標(biāo)的向量值到正、負(fù)理想解之間的歐氏距離：

(17)

(18)

步驟4計算相對貼近度：

(19)

貼近度表示各年份幸福河湖建設(shè)綜合評價水平與最佳水平的靠近程度，取值區(qū)間為[0,1]，Ci越大，幸福河湖綜合評價水平越高；Ci越小，幸福河湖綜合評價水平越低。

為更加科學(xué)地分析評價結(jié)果，參考幸福河湖綜合評價相關(guān)資料文獻(xiàn)[7,9,22]，將幸福河湖綜合評價水平劃分為5個等級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 幸福河湖評價等級標(biāo)準(zhǔn)

3.5 障礙度模型

在幸福河湖評價基礎(chǔ)上，引入障礙度模型，用于診斷影響幸福河湖評價水平的主要障礙因子，有利于發(fā)現(xiàn)制約幸福河湖建設(shè)的關(guān)鍵因素，提出改善措施，進(jìn)而完善幸福河湖建設(shè)。具體計算公式為

(20)

其中

Ij=1-xj

式中：Oj為障礙度，即各指標(biāo)對幸福河湖綜合評價水平的影響程度；Ij為指標(biāo)偏離度，即各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值xj與幸福河湖最佳目標(biāo)之間的差距。

4 實例驗證

4.1 研究區(qū)概況

某市位于浙江省中部，市域內(nèi)江河分屬3大水系，集雨面積在50 km2以上的江溪有76條?！笆濉币詠?，該市始終堅持“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展戰(zhàn)略，推進(jìn)全市生態(tài)文明建設(shè)，不斷深化以河長制為抓手的環(huán)境綜合治理工作機制，持續(xù)推動該市水生態(tài)環(huán)境改善。截至2020年8月，該市已創(chuàng)建省、市美麗河湖18條(個)，成為全國首批黑臭水體消除比例100%的地市之一，治水工作走在前列。

4.2 數(shù)據(jù)來源

選取17個代表性指標(biāo)對2015—2019年該市幸福河湖狀況進(jìn)行綜合評價。研究指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《浙江省自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《浙江省水資源公報》、市水資源公報及水利局、統(tǒng)計局等相關(guān)單位官網(wǎng)公開的信息，文化河湖層指標(biāo)數(shù)據(jù)采用問卷調(diào)查法獲得。對以上資料信息進(jìn)行計算整理得到評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)，即可得到原始數(shù)據(jù)矩陣A=(aij)5×17。

4.3 權(quán)重確定

根據(jù)BWM法分別確定準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重從而得到主觀權(quán)重，根據(jù)CRITIC法運算公式計算得到客觀權(quán)重，最后根據(jù)式(14)將主客觀權(quán)重耦合得到組合權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果如表3所示。

表3 指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

4.4 TOPSIS評價

首先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣及各指標(biāo)的組合權(quán)重得到加權(quán)決策矩陣Z，再根據(jù)式(15)(16)確定各指標(biāo)的正理想解和負(fù)理想解，然后采用式(17)(18)計算出各年份中評價指標(biāo)值到正、負(fù)理想解之間的歐氏距離，最后計算各年份幸福河湖評價指標(biāo)值與理想解的貼近度(表4)。將貼近度定義為幸福河湖綜合評價水平。

表4 幸福河湖綜合評價貼近度

為了深入分析某市2015—2019年的幸福河湖變化特點及原因，進(jìn)一步計算安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖4個子系統(tǒng)的相對貼近度，據(jù)此分析該市幸福河湖及各子系統(tǒng)的變化特征，幸福河湖及各子系統(tǒng)相對貼近度見圖2。

圖2 2015—2019年某市幸福河湖及各子系統(tǒng)綜合評價

由表4和圖2可知，該市幸福河湖建設(shè)水平持續(xù)上升，近幾年河湖治理工作取得明顯成效。近年來，該市投入專項資金高標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)河湖長制建設(shè)、美麗河湖建設(shè)、農(nóng)村水系激活工程等，以“河長制”為抓手，探索“四化”管理模式，以“安全、美麗”為標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)美麗河湖建設(shè)，以“幸福城”為目標(biāo)，打造綠色生態(tài)廊道等，這些措施對河湖安全、環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展以及人民群眾幸福河湖滿意度均有所貢獻(xiàn)，提高了幸福河湖綜合水平。

安全河湖子系統(tǒng)評價值總體呈上升趨勢。2015年安全河湖狀況最差，為Ⅴ級，地區(qū)河湖安全形勢較嚴(yán)峻。2016年，因洪澇預(yù)警能力提高、洪澇損失占GDP比例較上年明顯下降，河湖安全狀況有所改善，達(dá)到Ⅱ級。2017年供水保障率與水利工程設(shè)施完好率雖繼續(xù)提升，但由于洪澇損失占GDP比例相對2016年增長20.63%，安全河湖水平下降為Ⅲ級。2017—2019年安全河湖各項指標(biāo)均向好發(fā)展，其貼近度在2018年、2019年保持在0.9以上，達(dá)到Ⅰ級。這說明近年來該市注重防御自然災(zāi)害、保障供水安全，安全河湖水平得以提升。

健康河湖與富民河湖子系統(tǒng)評價值總體呈上升趨勢，但較為波動，這說明保持河湖生態(tài)環(huán)境健康與促進(jìn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的困難性。濕地占地比例2015—2016年下降較大，此后基本保持穩(wěn)定，水土流失治理率穩(wěn)步提升，萬元GDP用水量持續(xù)降低，說明該市注重河湖生態(tài)系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

文化河湖子系統(tǒng)評價值2015—2019年持續(xù)提升，自Ⅴ級提升至Ⅰ級。歷史河湖文化遺產(chǎn)保護(hù)程度、公眾河湖治理參與度、河湖法律法規(guī)建設(shè)程度、公眾幸福河湖滿意度呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。

4.5 障礙度因子診斷

采用式(20)計算2015—2019年某市幸福河湖綜合評價17項指標(biāo)的障礙度，結(jié)果見圖3。統(tǒng)計出各年障礙度排序前5名的指標(biāo)如表5所示。

從圖3和表5可以看出，總體而言，不同年份影響該市幸福河湖綜合評價水平的障礙因子有差異，可以發(fā)現(xiàn)前期障礙指標(biāo)數(shù)量較多且在4個準(zhǔn)則層均有分布，后期障礙指標(biāo)數(shù)量減少至5個，集中在健康河湖與富民河湖準(zhǔn)則層上，尤其在2019年，水資源開發(fā)利用率(C12)與濕地占地比例(C8)的障礙度之和超過了70%。究其原因是該市濕地資源本身相對匱乏，且2019年濕地占地比例與2015年相比下降了14.74%，今后需采取多種措施保護(hù)與恢復(fù)濕地，改善河湖生態(tài)環(huán)境。水資源開發(fā)利用率過低會阻礙經(jīng)濟社會發(fā)展，過高則會導(dǎo)致水資源短缺等問題，不利于經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，2019年該市水資源開發(fā)利用率過低阻礙了富民河湖水平的提升。為進(jìn)一步提高幸福河湖水平，力求在保護(hù)河湖生態(tài)環(huán)境的同時合理開發(fā)利用河湖水資源，協(xié)調(diào)好健康河湖與富民河湖的關(guān)系。

圖3 2015—2019年某市幸福河湖障礙度

表5 2015—2019年某市幸福河湖主要障礙因子排序

綜上所述，某市幸福河湖狀況持續(xù)向好，但仍有較大提升空間，在健康河湖和富民河湖準(zhǔn)則層上有所欠缺，水資源、經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)三者之間存在矛盾。今后應(yīng)更加注重人水和諧，合理利用水資源，提高水資源利用效率，促進(jìn)河湖系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展，支撐區(qū)域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展；進(jìn)一步提高河湖管理與現(xiàn)代化建設(shè)水平以保障河湖安全，提升河湖保護(hù)宣傳與公眾參與度來推進(jìn)先進(jìn)水文化建設(shè)，積極促進(jìn)安全河湖、健康河湖、富民河湖、文化河湖四位一體建設(shè)，打造幸福河湖。

5 結(jié) 論

a.以幸福河湖概念及內(nèi)涵為基礎(chǔ)，建立幸福河湖建設(shè)評價指標(biāo)體系，構(gòu)建BWM-CRITIC-TOPSIS模型并應(yīng)用于2015—2019年浙江省某市幸福河湖評價。評價結(jié)果表明該市幸福河湖建設(shè)水平持續(xù)上升，自Ⅳ級提升至Ⅱ級。

b.BWM-CRITIC-TOPSIS模型適用于幸福河湖綜合評價，通過評價浙江省某市2015—2019年幸福河湖建設(shè)水平對模型進(jìn)行了驗證。

c.濕地占地比例、水資源開發(fā)利用率等指標(biāo)制約某市幸福河湖等級的提升，提出了合理利用水資源，促進(jìn)河湖系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高水資源利用效率等方面建議。