河道健康状况的模糊数学综合评价方法,模糊数学论文

河道健康状况的模糊数学综合评价方法,模糊数学论文摘要：在遵循科学性、代表性、系统性、可行性原则的基础上选择16项典型指标,分别从人类健康、物理化学、社会经济以及生态功能4个方面构建河道健康评价体系,以辽宁省阜新市阜蒙县境内的细河河道为例,基于VS平台和模糊数学法综合评价了河道健康状态。结果表示清楚:细河河道综合评分处于健康与亚健康之间的状态,基于VS平台的模糊数学法具有运算简洁、高效、精准的优点,评价结果能够较好的反映河道健康真实状态;可为河道生态治理以及水环境保卫提供一定决策根据。本文关键词语：模糊数学法;VS平台软件;河道健康;细河;我们国家河流较多,历史上淮河、黄河、长江、辽河等流域洪涝灾祸的发生较为频繁,严重影响到社会经济的健康发展,并给河流沿岸的生态环境与人民财产造成宏大损失,华而不实分布较为广泛、数量诸多的中小流域洪涝灾祸也更为常见。河道作为水资源与生态环境之间物质、能量交换的重要媒介,不仅关系到人水和谐发展,而且与水系统循环演化密切相关[1,2]。对河道进行科学合理的治理,一方面可有利于改善人们的寓居环境并提高流域竞争力,另一方面可提升城市档次促进人与水的和谐相处。河道治理工程在改善滩区、稳定滩涂生产生活条件等方面具有重要作用,能有效减少冲滩塌岸现象并提高滩区土地利用价值,进而获得愈加的社会效益和生态效益。根据不同的组成内容可将河道治理划分为传统与生态护坡,华而不实行洪、水土保持以及排涝为传统护坡的主要功能,而生态护坡不仅要符合传统护坡功能的基本要求而且还应具备生态与景观效益。国内外很多学者对于河道治理措施与方式方法的研究较多,而牵涉较为复杂、抽象的河道健康评价的研究较少,还未构成系统、成熟的评价方式方法[3]。河道健康评价是一项牵涉的影响因素较多,传统的比选方式方法通常会出现遗漏重要的有效信息的情况,根据单项指标评价值无法给出最优的方案。对于河道生态健康的分析仍然为当前河道评价的主要内容,而影响河道健康的因素较多且各因素具有密切的联络,综合考虑各因素指标的系统评价较少[4,5]。据此,本文基于VS平台软件和模糊数学原理,分别从多个层次构建评价体系,并以辽宁省阜新市阜蒙县境内的细河河道为例,运用模糊数学法进行综合评价,该方式方法能够有效避免单因素评价存在的片面性,进而提高评价结果的可靠性与准确性。1、河道健康综合评价1.1、构建评价体系客观、科学的对评价指标进行选取不仅影响可提高评估结果的讲服力和真实性,而且可有效提高模型的计算效率并降低预测误差。本文将河道健康评价体系根据以上分析结果可划分为目的层、准则层以及指标层3个级别,华而不实目的层主要具体表现出在河道人水和谐发展以及维护河流健康方面;准则层主要包括人类健康、物理化学、社会经济价值以及生态功能4个方面。然后分别从河道自净能力、生态多样性等自然功能方面选择具有代表性的指标,并结合河道健康的社会涵义及其提供维持人类社会的功能,在遵循科学性、代表性、系统性与可行性原则的基础上构建河道健康评价体系,如表1所示。(1)生态功能。所有物种生命在生态系统中的最基本要素为依水而生,断定河道健康水平的基本参数即为生态功能。河道是由左右岸、上下游构成的一个完好的连续体系,河流生态系统健康依靠于河流的径流丰枯而兴衰,它是反映河道生物活力与升级的重要反映。(2)社会经济价值。河流通过提供服务功能可为流域内的经济社会提供一定的奉献和支撑,为保障区域经济的可持续发展应对河流进行科学、合理的开发利用,进而实现保卫与发展的双赢。(3)物理化学。河道的物理化学指标不仅可反映河道水循环及其功能的完备性,而且能够表征河流构造形态,它是组成河道健康评判标准的重要部分。河道生态治理以及当代化建设以实现河流的健康循环为基础,因而对于河道净化、纳污以及修复能力可通过物理化学指标体系。(4)人类健康。河道是组成人类社会与自然环境的必备条件,河流不仅为人类生存提供了必不可缺的服务功能与环境功能,而且还为促进区域发展提供了必要的水资源及其他原料。因而,应考虑河道服务功能、供水能力等参数作为人类健康指标。1.2、确定评价方式方法当前,对于河道健康的评价主要集中在水质状况、河流生态功能等单因素方面的分析,而对于较为全面、系统的综合评价较少。考虑到评价体系中各指标的抽象化、不确定性特征,本文考虑引入模糊数学法进行评价,详细流程如下:(1)确定各指标权重。为准确判定在不同评价等级下各评价指标的从属度,在细河河道健康评价中利用德尔菲法并邀请20水利专业的专家对单因素指标进行评价,各专家分别来自于工程协会、水利高效、部门以及科研构造等。然后根据各指标的详细涵义与相关文献,根据推理方式方法和实际经历体验对各项指标权重进行确定,如表2所示。表1河道健康评价体系及其评价标准L(2)确定评分值。模糊数学法运用的关键环节是对从属等级的划分,结合相关资料和河道健康实际状况可将评价等级划分为5个标准,在不同评价标准下各指标的取值见表1。为了愈加科学合理确实定各标准等级下评价指标的从属度,可将评分值定义为0、0.2、0.5、0.7、1,并与健康状态等级相对应。河道健康状态处于1级、5级时,其评分值从属度为1和0,同理可利用线性差值法确定2～4级的评分值,计算公式如下:U(x)=U(xu)+x?xuxl?xuU(xu)?????????(1)U(x)=U(xu)+x-xuxl-xuU(xu)?????????(1)式中:U(x)、U(xu)分别为指标当下评分值与下界评分值;xu、xl分别为指标值的下、上界线值。(3)模糊分层法。河道健康评判体系是一个多约束、多层次与多目的的综合性决策问题,因而对于每个试验的判定值可运用凸模糊规划理论确定,其计算方式方法为:AT=j=14bjajA=j=14bjaj;Au=j=15bjajAu=j=15bjaj;AR=j=14bjajAR=j=14bjaj;MfE=j=14bjaj?????????(2)fE=j=14bjaj?????????(2)式中:MfE、Au、AR、AT分别为评价体系中准则层人类健康、物理化学、社会经济以及生态功能指标;bj、aj分别为小项目从属度与权属。根据以上计算结果和模糊判决原理,最终可确定河道健康分层模糊,计算公式为:BNi=AT+AR+Au+MfE(3)式中:、、、分别为准则层各参数的权数;BNi为第i个河道的总评判结果。2、实例应用2.1、细河河道大概情况细河起源于阜新县八家子乡并属于大凌河水系,河流面积3083km3,主要支流有小胡家河、九营子河、汤头河以及清河等。流域内植被覆盖良好,海拔高度位于80～560m范围,地势特征由北向南逐步降低,具有典型的洪水暴涨暴落特征,因而为山溪性河流。位于温带季风气候区,四季分明,冬冷夏热,日照充足,年均气温为8.0℃～12.6℃,年降水量在450～600mm范围,资料显示每年的7-8月为降雨汛期,华而不实60.5%以上降水发生在汛期,主要以强降雨和暴雨形式出现。该流域主要径流山间河谷平原区、低山丘陵区和下游平原区,并以低山丘陵区为主。根据相关资料,细河河道在阜新市阜蒙县境内的洪涝灾祸发生较为频繁,华而不实有记载资料的决口处达60多处,该区段河道整治相对滞后,河道防洪标准低质量差、河道护坡毁坏较为严重并明显制约着城市的发展,不仅对沿河生态环境造成严重的毁坏,而且对人们财产安全与经济发展构成潜在威胁。水利相关部门与高度重视阜蒙县境内的河道健康问题,近年来开展了一系列的治理措施并获得了明显的成效,在保证径流区交通航运、滩区人们安全、工农业与生活用水以及防洪安全等方面发挥着重要的积极作用。通过利用科学、合理的方式方法开展该区段河道健康的评价研究,对于促进阜蒙县区域发展与河道生态环境保卫具有重要的现实意义。2.2、结果分析采用本文所述计算方式方法和VS平台软件建立河道健康综合评价模型,然后运用模型科学评价了辽宁省阜新市阜蒙县境内的细河河道健康状态,如表2所示。利用VS平台软件并输入上述评分值,进而可确定河道健康评价体系准则层各指标评分,然后综合各准则层评分值确定最终的得分,结果如3所示。表2阜蒙县境内细河河道健康状态表3细河河道健康综合评价结果根据表3计算结果可知,辽宁省阜新市阜蒙县境内的细河河道健康整体处于健康与亚健康之间的状态,其健康程度为一般水平。评价体系中准则层中各指标评分中,综合评价结果与人类健康、物理化学的变化趋势保持良好的一致性;而生态功能的评分相对较差,社会经济价值评价结果较好。由此表示清楚,在今后的河道整治工程中应注重对河道生态环境的治理,进而确保河道水体环境的良性循环。另外,还要考虑非工程防洪措施,加强河道生态景观的治理,进而保证河道健康状态。3、结束语影响河道健康评价的因素较多,且各因素具有不确定性、随机性特征,因而可考虑引入模糊数学法进行综合评价,本文以新市阜蒙县境内的细河河道验证了该方式方法的可行性与合理性,得出的主要结论如下:(1)构建的河道健康评价体系包括目的层、准则层以及指标层3个级别,华而不实目的层主要具体表现出在河道人水和谐发展以及维护河流健康方面;准则层主要包括人类健康、物理化学、社会经济价值以及生态功能4个方面。(2)基于VS平台软件和模糊数学法构建综合评价模型,并以细河为例评价了河道健康状态。该河道健康整体处于健康与亚健康之间的状态,其健康程度为一般水平。评价体系中准则层中各指标评分中,综合评价结果与人类健康、物理化学的变化趋势保持良好的一致性;而生态功能的评分相对较差,社会经济价值评价结果较好。(3)所构建的模型和计算方式方法能够有效避免单因素片面分析的缺陷,在河道健康评价中具有计算简单、结果可靠等优点,可为河道生态治理与水环境保卫提供一定参考根据。以下为参考文献[1]王伟,杨晓华,陈强.基于ELMAN网络的河流健康复杂系统综合评价[J].水电能源科学.2007.25(2):1-4.[2]吴阿娜