基于分类-层次分析法理论的河道健康评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及河流治理领域，具体涉及一种基于分类-层次分析法理论的河道健康 评价方法。
【背景技术】
[0002] 河流系统健康是指在各种复杂环境的交互影响之下，河流系统自身的结构和功能 保持相对稳定，具有通畅的水体结构、完整多样的生物群落、完善的调节机制、完美的文化 彰显，能充分发挥其自然调节、生态服务和社会服务等功能，能保持河流系统的生生不息， 支撑社会经济的可持续发展。河流水系为城市提供了供水、生物保护与景观等多种生态服 务功能，以其自然、社会、经济与环境价值推动了城市的发展。但随着城市规模扩大，对河 流的干扰日渐增加，筑坝、取水、分流、裁弯取直、堵塞汊流及河岸（道）的固化、河岸植被带 破坏等扰乱了河流流态与水文循环过程，与水质污染、水生物过度利用等协同作用，引起河 流生态系统的退化。保持河流系统的健康是维持人类与自然和谐相处的重大问题，对河流 的治理也是要在明确河流健康状况的哪部分出问题的情况下，有的放矢对河流进行健康修 复。因此，采用合理的方法对河流健康进行评价至关重要。
[0003] 现有的对河流健康进行评价方法如要采用层次分析法，层次分析法（AHP法）是由 匹兹堡大学教授T.L.Saaty于20世纪70年代提出的，它把复杂问题中的各种因素通过划 分相互联系的有序层次使之条理化，根据对一定客观现实的判断就每一层次的相对重要性 给予定量表示，利用数学方法确定表达每一层次的全部元素的相对重要性次序的权值，并 通过排序结果分析和解决问题。层次分析法大体经过六个步骤：1.明确问题；2.建立层次 结构；3.构造判断矩阵；4.层次单排序；5.层次总排序；6. -致性检验。其中后三个步骤 在整个过程中需要逐层进行。层次分析法所需数据较少，易于应用。但该方法要求评价者 对评价对象的本质、所包含的要素及其相互之间的逻辑关系有比较透彻的了解，并且在评 价因素较多的情况下，可能出现所构建的判断矩阵不能满足一致性的要求的情况。在对河 流进行修复评价时，不同的类型的河流，其破坏方面和修复重点各不相同，因而各指标及指 标权重的侧重点有所区别，需要对不同类型的河流分类进行探讨与研宄，而单独使用层次 分析法所构建的判断矩阵，不能满足所有类型的河流的修复评价，因此，层次分析法适用范 围较窄，且分析不够全面。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种适用范围较广且评价更全面的基于分 类-层次分析法理论的河道健康评价方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基于分类-层次分析法理论的 河道健康评价方法，包括以下步骤：
[0006] S1、将目标河道按照具体情况和指标的属性进行分解，构建层次结构，所述层次结 构如下表所示：
[0008]S2、构造判断矩阵，所述判断矩阵的构造方法如下所述：首先，将层次结构中的准 则层各元素与目标层元素进行两两比较，将指标层各元素与准则层各元素进行两两比较， 根据二者的重要性赋予标度为1~5的判断值，所有的判断值组成判断矩阵，所述判断值的 标度以及含义如下表所示：
[0010]S3、一致性检验，具体方法如下所述：首先，计算一致性指标Cl= (Amax-n)/ (n-1)，Amax为判断矩阵的最大特征根，再计算一致性比例CR=CI/RI，其中RI为平均随 机一致性指标，根据CR的值与0. 1进行比较，若CR< 0. 1，则判断矩阵满足一致性要求；若 CR彡0. 1，则需要调整判断矩阵中标度的取值，重复上述步骤，直到CR< 0. 1为止，所述RI 的取值由下表确定：
[0012] S4、根据调整后的判断矩阵，确定内置权重《il，所述内置权重oil的确定方 法如下所述：首先，求出判断矩阵的最大特征根Xmax以及对应的特征向量w' = 〇1'， ?2'，…，《n'）T，将之归一化后得到权重向量w=〇l，《2，…，《n)T，即Ewil=l， 则内置权重为第i个元素（i= 1，2, 3,…，n)相对于上一层次指标所占的内置权重；
[0013] S5、运用分类法得到河流相对于指标层中各元素的分类权重《i2,按照组合权重 的方法，将内置权重与分类权重《i2组合后得到综合权重;
[0014] S6、确定指标层中各元素的指标值ri;
[0015] S7、对指标层中各元素的指标值ri进行归一化处理得到指标归一化打分值Si，归 一化处理的方法如下所述：若指标值r处于"不健康"或"亚健康"状态，则r的归一化打分 值为r/y;若指标值a处于"健康"状态（大于阈值上限y)，则r的归一化打分值则为1 ;
[0016] S8、在求得指标层中各元素的指标归一化打分值Si和相应的综合权重之后，按照 逐层向上的计算顺序，求出准则层每个元素的得分，最后再求出目标层的总体得分情况，具 体方法为：
[0017] 若目标层下有m个准则层元素，每个准则层元素的权重为wj(Ewj= 1)，其中第 j个准则层下有n个指标层元素，每个指标层元素的打分值为Si，权重为《i(E= 1)， 则
[0019] 式中，L为第j个准则层的得分，I为目标层的得分；
[0020] S9、根据目标层的得分和评价标准，确定目标系统的等级。
[0021] 进一步的是，在步骤S6中，所述指标层包括以下八个元素：河势稳定性C1、植被覆 盖率C2、径流变化率C3、水质达标率C4、生物多样性指数C5、防洪综合指数C6、水资源利用 率C7、土地利用率C8 ;其各个元素的指标值ri确定方法如下所述：
[0022] 其中，所述河势稳定性C1的指标值rl计算方法如下所述：
[0023] 河势稳定性C1 的指标值rl=d/h/j(Q0. 5/Bs/J0. 2) 2，
，其 中，
[0024] Bs表示横向稳定河宽（m);
[0025] K=l/1003CI/33= 0. 0151 ；
[0026] Q表示造床流量（m3/s)，取2年一遇的流量；
[0027] J表示比降；取枯水期水面比降；
[0028] n表不糖率；
[0029] D表示床沙粒径（m)
[0030] H表示造床流量对应水深（m);
[0031] 当rl<5时，rl处于"不健康"状态；当5彡rl彡15时，rl处于"亚健康"状态； 当rl> 15 (大于阈值上限）时，rl处于"健康"状态；
[0032] 所述植被覆盖率C2的指标值r2计算方法如下所述：
[0033] r2 =F植/F
[0034]式中：F植--河流控制范围内植被覆盖面积（km2)，F--河流控制范围面积 (km2)
[0035] 当r2 < 21. 62%时，r2处于"不健康"状态；当21. 63%彡r2彡37. 99%时，r2处 于"亚健康"状态；当r2> 38% (大于阈值上限）时，r2处于"健康"状态；
[0036] 所述径流变化率C3的指标值r3计算方法如下所述：
[0038] 式中：色--评价期平均径流量，单位m3/s;
[0039] Q--多年平均径流量，单位m3/s;
[0040] N--时间尺度，
[0041] 当r3 < 0. 35时，r3处于"不健康"状态；当0. 36 <r3 < 0. 5时，r3处于"亚健 康"状态；当r3 > 0. 51 (大于阈值上限）时，r3处于"健康"状态；
[0042] 所述水质达标率C4的指标值r4计算