优化的加权平均原则在承载力评价中的应用_张梦丽.pdf

摘要：为建立模糊综合评价结果与承载力预警等级的良好对应关系，对加权平均原则进行优化，从承载力预警等级出发，对应不同预警等级划分分值区间，根据分值区间及模糊综合评价结果向量，引入统计学思想进行承载力分值计算，通过所得分值确定承载力等级。以辽河盘锦市曙光大桥控制单元为例进行实例应用，并与传统加权平均原则进行对比，发现优化的加权平均原则所得承载力状态等级与区域实际情况更相符，验证了方法的合理性。关键词：承载力等级；加权平均原则；模糊综合评价Abstract：In order to establish a good correspondence between fuzzy comprehensive evaluation results and bearingcapacity early warning level，this paper optimizes the weighted average principle，starts from the bearing capacity earlywarning level，divides the scoring range corresponding to different early warning levels，introduces statistical ideas tocalculate the bearing capacity score according to the score interval and the fuzzy comprehensive evaluation resultvector，and determines the bearing capacity level through the scored value.Taking the control unit of Shuguang Bridgein Panjin City，Liaohe River as an example，and comparing it with the traditional weighted average principle，it isfound that the bearing capacity state grade obtained by the optimized weighted average principle is more consistent withthe actual situation of the region，which verifies the rationality of the method.Key words：bearing capacity grade；weighted average principle；fuzzy comprehensive evaluation中图分类号：X522文献标识码：A文章编号：16741021（2023）050044-051引言2016 年国家发展改革委下发 资源环境承载能力监测预警技术方法（试行），提出“建立资源环境承载能力监测预警机制，对水土资源、环境容量和海洋资源超载区域实行限制性措施”1。2017 年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的 关于建立资源环境承载能力监测预警长效机制的若干意见 将资源环境承载能力明确划分为 5 个等级，并根据不同的等级设置了相应的奖励和惩罚机制2。因此，对承载力进行客观评价以及承载力预警等级判定就显得尤为重要。模糊综合评价法是一种广泛应用的承载力评价方法3-6，其结果向量的分析一般采用最大隶属度原则，如王锦等7在对天津市生态环境承载力进行评价时，采用最大隶属度原则对模糊综合评价结果进行分析。而最大隶属度原则在放大最大隶属度作用的同时忽略了其他隶属度的作用，存在极值掩盖、信息丢失的不足。为避免最大隶属度原则可能造成的信息损失，更多的人采用加权平均原则进行结果向量分析，如崔嘉宇等8使用加权平均原则改进模糊评价应用于太湖水质评估并取得较好效果。加权平均原则将等级看成一系列连续的值9，能够实现承载力的定量化，评价结果间高低水平10，但其等级与承载力预警等级对应存在偏差。本文针对评价等级与承载力预警等级对应问题，对加权平均原则进行优化，并以辽河流域盘锦市曙光大桥控制单元为例，对优化的方法进行验证，探讨新方法的合理性，以期为承载力评价提供方法支撑。2优化的加权平均原则优化的加权平均原则从承载力预警等级出发，收稿日期：2022-12-28；修订日期：2023-05-12。作者简介：张梦丽，女，1999 年生，硕士研究生，主要研究方向为环境监测与规划评价。*通讯作者：李艳，女，1967 年生，教授，博士，主要研究方向为环境规划与评价，E-mail：。基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2018ZX07601-002）。优化的加权平均原则在承载力评价中的应用张梦丽李艳韩德昌姜宏斌（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110158）*44环境保护与循环经济对应不同预警等级划分分值区间，根据分值区间及评价结果向量，引入统计学思想进行承载力分值计算，通过所得承载力分值确定承载力等级。具体方法如下：确定承载力等级，等，共 m 个等级，并对分值区间进行划分。规定级对应分值区间 0，1），级对应分值区间 1，2），级对应分值区间 2，3），以此类推。分值区间及对应隶属度见表 1。表 1不同等级分值区间及隶属度引入统计学思想，将分值看作横坐标、隶属度看作纵坐标，即可得到关于承载力等级及其对应隶属度的直方图，假设 m5，则承载力等级为，共 5 个等级，得到隶属度直方图见图 1。图 1隶属度直方图参照频率分布直方图求平均值方法，将隶属度看为频数，承载力计算方式为每组数中间值与频率的乘积相加的和，用数学语言表达为：Z=m1bj（j-1）+j2（1）最后将承载力计算结果 Z 代入分值区间确定等级。3应用实例以辽河盘锦市曙光大桥控制单元为例，使用模糊综合评价法对 20132015 年该控制单元的氨氮水环境承载力进行评价，用优化的加权平均原则对模糊评价结果向量进行分析，并与传统加权平均原则所得结果进行对比。研究所涉数据来源主要为 20132015 年 辽宁省统计年鉴 盘锦市统计年鉴 盘锦市国民经济与社会发展统计公报，部分数据由模型计算得到。31承载力评价311确定指标体系及分级标准立足于控制单元水环境实际情况，考虑水环境纳污能力与水环境净化能力，采用目标准则指标层级结构建立水环境承载力指标体系，确定水环境承载力为目标层，水环境纳污、水环境净化为准则层，选定 6 个指标构成指标层。指标体系及相关指标值见表 2。表 2水环境承载力指标体系及指标值等级分值区间隶属度级0，1）b1级3，4）b4级1，2）b2级2，3）b3目标层 准则层指标层性质代码指标水环境承载力水环境纳污A1工业增加值排污强度负t/亿元0.86A6断面水质达标率正%100A2农业增加值排污强度负t/亿元24.78A3第三产业增加值排污强度负t/亿元0.12A4水体纳污率负%186水环境净化A5固定源排放量允许排放量达标比率正%82.860.8188.8924.560.1118382.861.0727.040.1121278.57100.002013年2014年2015年单位指标值隶属度1.00.80.60.40.20.0b1等级012345b2b3b4b545生态环境Ecological Environment根据相关部门制定的水环境技术指导规划、辽宁省水污染防治工作方案、“三线一单”及相关文献11-14等，将指标值由差到好分为 5 级。依据生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线指标控制规则，设计工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度分级标准；依据“水专项”相关研究成果，设计水体纳污率分级标准；依据SL/Z 7382016 水生态文明城市建设评价导则 与流域实际状况，设计固定源排放量允许排放量达标比率分级标准；依据 SL/Z 7382016 水生态文明城市建设评价导则 与流域实际状况，设计断面水质达标率分级标准。具体指标等级划分标准见表 3。表 3指标层等级划分标准312确定指标权重使用层次分析法采用专家打分形式确定主观权重（W1），使用熵值法确定客观权重（W2），将主观权重与客观权重相结合取平均值确定综合权重（W），W 0162，0135，0112，0105，0102，0384 。313隶属度矩阵及结果向量结合正负向性质，将指标值通过相应隶属度函数计算，得到指标层隶属度矩阵。将指标层隶属度矩阵与指标权重进行加权计算，得到 20132015 年水环境承载力对 5 个评价等级的隶属度矩阵，对应隶属度矩阵见表4。表 420132015 年承载力隶属度矩阵314结果向量分析使用优化的加权平均原则，对模糊评价的结果向量进行解释分析。根据 2017 年 9 月中共中央办公厅、国务院办公厅印发的 关于建立资源环境承载能力监测预警长效机制的若干意见，将承载力分为超载、临界超载、不超载 3 个状态等级，并根据资源环境耗损加剧与趋缓程度，进一步将超载等级分为红色和橙色 2 个预警等级、将临界超载等级分为黄色和蓝色 2 个预警等级、将不超载等级确定为绿色无警等级，预警等级从高到低依次为红色、橙色、黄色、蓝色、绿色2。对应不同预警等级划分承载力分值区间。预警等级划分情况及对应承载力分值区间见表5。表 5预警等级及承载力分值区间根据公式（1），计算承载力评价分值，对应分值区间，得到研究区域承载力状态及预警等级。20132015 年承载力得分及状态等级见表 6。表 620132015 年承载力分值及等级32评价结果对比使用传统加权平均原则进行辽河流域曙光大桥控制单元水环境承载力结果向量分析，确定承载力等级（承载力状态等级及预警等级划分见表 6），并将评价结果与优化的加权平均原则评价结果进行对比可得：优化的加权平均原则与传统加权平均原则均能够实现评估结果量化，进行评估结果高低比较；2 种分析方法所得评价结果有相同变化趋势，A1t/亿元0.9630.8560.7491.071.017A5%70859095100A6%40607590100A2t/亿元27.04 25.688 24.336 21.632 18.928A3t/亿元0.110.1050.0990.0880.077A4%16013011010080级级级级级代码单位分级状态预警等级分值区间临界超载黄色预警2，3）蓝色预警3，4）绿色无警4，5超载红色预警0，1）橙色预警1，2）不超载年份级级级级级2013年0.300.140.250.120.192014年0.170.240.160.340.092015年0.690.06000.25年份得分状态预警等级2013年2.45分临界超载黄色预警2014年2.44分临界超载黄色预警2015年1.56分超载橙色预警46环境保护与循环经济20132014 年水环境承载力无明显变化，2015 年水环境承载力降低；对于评价等级，2 种结果向量分析方法所得承载力状态等级及预警等级不同，传统加权平均原则评价结果 20132015 年均为超载状态、橙色预警，优化的加权平均原则评价结果 20132014 年为临界超载状态、黄色预警，2015 年恶化为超载状态、橙色预警。根据 关于建立资源环境承载能力监测预警长效机制的若干意见，承载能力预警等级降低或者提高的地区，分别实行对应的综合奖惩措施2。使用优化的加权平均原则，得到区域承载力预警等级由 2014 年黄色预警变为 2015 年橙色预警，承载力由临界超载降为超载状态，需参照超载地区管控措施酌情进行处理。2 种方法评价结果对比情况见图 2。图 22 种方法评价结果对比结合 20132015 年各指标情况，分析 2 种方法的合理性。根据 20132015 年指标变化情况，2013年与 2014 年指标状态较为接近，2 年间工业增加值排污强度、农业增加值排污强度处于级水平。2015 年工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度、水体纳污率均处于级水平，与 20132014 年指标水平差异较大，2015年水环境承载力有明显变差趋势。优化的加权平均原则与传统加权平均原则在承载力评估值上均可反映这一趋势。但在评估等级上，传统加权平均原则 3个年份承载力状态等级评估结果均为超载状态、橙色预警，在预警等级上无法反映 2015 年承载力下降情况；优化的加权平均原则 3 个年份承载力状态等级评估结果分别为临界超载状态、黄色预警，临界超载状态、黄色预警，超载状态、橙色预警，能够反映出这一变化。结合指标等级及权重，确定 2013 年、2014年承载力等级为临界超载状态、黄色预警，2015 年为超载状态、橙色预警与实际情况更为相符。20132015 年部分指标值变化情况见图 3。a农业增加值排污强度b工业增加值排污强度c水体纳污率图 320132015 年部分指标值变化情况t/年份优化的加权平均原则优化的加权平均原则加权平均原则201320142015不超载绿色无警不超载蓝色预警临界超载黄色预警超载橙色预警超载红色预警2.441.562.062.942.952.45543210654321加权平均原则农业增加值排污强度/（t 亿元-1）27.04级30282624222024.56级24.78级t/年份2013201420151.07级t/年份201320142015工业增加值排污强度/（t 亿元-1）1.21.11.00.90.80.70.81级0.86级水体纳污率/%250200150100500186级183级212级t/年份2013201420154711 吕佳佳.黑臭水形成的水质和环境条件研究 D.武汉：华中师范大学，201112 HJ 5352009 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法S.200913 HJ 8282017 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法 S 201714 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