一种消落带生态环境综合评价方法及系统与流程

1.本发明涉及生态环境评价技术领域，特别是一种消落带生态环境综合评价方法及系统。


背景技术：

2.消落带是指水位季节性涨落而使周边被淹没土地周期性出露水面的一段特殊区域，由于水位涨落而形成的三峡水库消落带受到国内外的普遍关注,并对其生态环境安全与健康问题进行了多方面的研究。在评价方面,近年来也进行了相关工作。部分研究应用rs/gis数据,分别对蓄水前三峡库区景观生态环境进行了综合评价，且分别对三峡水库重庆段的生态系统健康、自然灾害危险性以及水土流失土地资源生态安全性进行了评价；也有部分研究通过构建指标体系，应用遥感解译数据，对消落带健康或脆弱性进行评价。但多集中于对重庆段消落带的评价，且评价指标数据多集中于遥感影像解译,对于消落带周边自然、经济、社会综合性评价指标的研究和整个库区消落带尺度上的评价并不多见。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消落带生态环境综合评价方法，本方法以压力、状态和响应为表征，指标体系完整，能广泛适用于生态安全与生态系统健康评价。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.本发明提供的消落带生态环境综合评价方法，包括以下步骤：
6.s1：获取待测消落带生态环境检测数据；
7.s2：将检测数据按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建生态环境评价指标体系；
8.s3：确定生态环境评价指标体系中的各个评价指标的权重；
9.s4：对生态环境评价指标体系中的测量数据进行标准化处理，并得到无量纲的正向化数据或反向化数据；
10.s5：确定生态环境综合评价模型，并计算得到生态环境质量总指数；
11.s6：根据生态环境质量总指数对待测消落带生态环境综合状况进行判断，得到生态环境综合状况等级。
12.进一步，所述步骤s4中的数据标准化处理按照以下公式进行处理：
13.所述正向化数据采用以下公式进行标准化处理：
[0014][0015]
所述反向化数据采用以下公式进行标准化处理：
[0016][0017]
其中，xi'表示标准化处理后数据；x
i
表示测量数据；x
max
表示测量数据最大值；x
min
表示测量数据最小值。
[0018]
进一步，所述步骤s5中的生态环境质量总指数按照以下公式计算：
[0019]
按照以下公式计算环境质量总指数：
[0020][0021]
式中：p为环境质量综合指数；w
j
为第j个因子的权重，其值在(0，1)，且各权重之和等于1；p
j
为第j个因子标准化后的数值，为因素层的分指数，计算如下式：
[0022][0023]
其中，pj为压力、状态、响应的分指数；w
i
为各因素所含指标的权重值；x
i
为各因素层所含指标的标准化值。
[0024]
进一步，所述步骤s6中生态环境综合状况等级按照以下方式确定：
[0025]
将消落带生态环境状况分为五个等级，具体如下：
[0026]
0.8≤cei<1.0表示优秀、0.6≤cei<0.8表示良好、0.4≤cei<0.6表示一般、0.2≤cei<0.4表示较差、0<cei<0.2表示差；
[0027]
其中，cei表示生态环境质量总指数，表中简称为综合指数。
[0028]
进一步，所述步骤s2中的生态环境评价指标体系按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建；所述生态环境评价指标体系包括一级指标压力层、二级指标状态层和三级指标响应层；
[0029]
所述步骤s2中的一级指标压力层包括人类活动因素和自然因素，所述人类活动因素包括农药使用率、化肥流失强度、污废水排放强度；所述自然因素包括酸雨频度、水位高程、岩土性质、坡度。
[0030]
进一步，所述二级指标状态层为状态指标，包括恢复力、生态安全健康和服务功能；
[0031]
所述恢复力包括水环境质量、自我调节能力；
[0032]
所述生态安全健康包括生物多样性、植被覆盖度、地质灾害、土壤侵蚀程度；
[0033]
所述服务功能包括岸线资源、旅游价值、栖息地功能。
[0034]
进一步，所述三级指标响应层为响应指标，包括人群健康和政策措施；所述人群健康包括人群健康状况和物质生活指数；所述政策措施包括消落带管理规划、消落带保护意识、污废水处理和护岸护坡治理。
[0035]
进一步，所述步骤s3中的各个评价指标的权重按照以下步骤进行计算：
[0036]
s31：获取生态环境评价指标体系中各个评价指标；
[0037]
s32：对各级评价指标中每一个元素依次与相对应的上一级评价指标的元素进行两两比较，按照不同等级建立判断矩阵；
[0038]
所述判断矩阵的采用以下公式计算权重和最大特征根：
[0039]
计算判断矩阵每一行元素的乘积：
[0040][0041]
其中，m
i
表示判断矩阵行元素乘积值；j表示判断矩阵列号；n表示判断矩阵阶数；i表示判断矩阵行号；b
ij
表示判断矩阵的第i行第j列元素；
[0042]
计算m
i
的n次方根：
[0043][0044]
其中，表示判断矩阵第i行元素乘积n次方根值；
[0045]
将向量归一化，即
[0046][0047]
其中，w
i
表示判断矩阵第i行元素方根的向量值；w
k
表示判断矩阵第k行元素乘积次方根值；k表示第k个向量值；
[0048]
则w＝(w1,w2,
…
wn)即为所求的特征向量；
[0049]
计算最大特征根：
[0050][0051]
其中，λ
max
为最大特征根；(aw)
i
表示向量aw的第i个分量；a表示判断矩阵；w表示特征向量；
[0052]
s33：按照以下公式计算判断矩阵的一致性指标ci：
[0053][0054]
式中，n为判断矩阵阶数；
[0055]
s34：根据一致性指标ci确定判断矩阵是否满足一致性检验要求。
[0056]
本发明提供的消落带生态环境综合评价系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
[0057]
s1：获取待测消落带生态环境检测数据；
[0058]
s2：将检测数据按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建生态环境评价指标体系；
[0059]
s3：确定生态环境评价指标体系中的各个评价指标的权重；
[0060]
s4：对生态环境评价指标体系中的测量数据进行标准化处理，并得到无量纲的正向化数据或反向化数据；
[0061]
s5：确定生态环境综合评价模型，并计算得到生态环境质量总指数；
[0062]
s6：根据生态环境质量总指数对待测消落带生态环境综合状况进行判断，得到生态环境综合状况等级。
[0063]
进一步，所述步骤s3中的各个评价指标的权重按照以下步骤进行计算：
[0064]
s31：获取生态环境评价指标体系中各个评价指标；
[0065]
s32：对各级评价指标中每一个元素依次与相对应的上一级评价指标的元素进行两两比较，按照不同等级建立判断矩阵a＝(a
ij
)；
[0066]
所述判断矩阵的采用以下公式计算权重和最大特征根：
[0067]
计算判断矩阵每一行元素的乘积：
[0068]
[0069]
计算mi的n次方根：
[0070][0071]
将向量归一化，即
[0072][0073]
则w＝(w1,w2,
…
wn)即为所求的特征向量；
[0074]
计算最大特征根：
[0075][0076]
其中，(aw)
i
表示向量aw的第i个分量；
[0077]
s33：按照以下公式计算判断矩阵的一致性指标ci：
[0078][0079]
式中，λ
max
为最大特征根，n为判断矩阵阶数；
[0080]
s34：根据一致性指标ci确定判断矩阵是否满足一致性检验要求。
[0081]
本发明的有益效果在于：
[0082]
本发明提供的方法根据压力
‑
状态
‑
响应模型和指标选取原则，确定三峡水库消落带生态环境综合评价指标体系。该评价指标体系包括3项一级指标、7项二级指标、22项三级指标，该评价指标体系系统性、全面性、简明性和可操作性、规范化；从宏观上诊断消落带生态环境综合状况，能准确把握区域生态环境特征，具有较高的可操作性、科学性和可度量性。
[0083]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0084]
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
[0085]
图1为消落带生态环境综合评价方法流程图。
[0086]
图2为压力
‑
状态
‑
响应(psr)框架模型。
[0087]
图3为三峡水库消落带生态环境综合评价指标体。
具体实施方式
[0088]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0089]
实施例1
[0090]
如图1所示，本实施例提供的消落带生态环境综合评价方法，本方法采用层次分析法(analytic hierarchy process，ahp)对消落带生态环境状况进行评价。
[0091]
s1：获取待测消落带生态环境检测数据；
[0092]
s2：将检测数据按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建生态环境评价指标体系；
[0093]
s3：确定生态环境评价指标体系中的各个评价指标的权重；
[0094]
s4：对生态环境评价指标体系中的测量数据进行标准化处理，并得到无量纲的正向化数据或反向化数据；
[0095]
s5：确定生态环境综合评价模型，并计算得到生态环境质量总指数；
[0096]
s6：根据生态环境质量总指数对待测消落带生态环境综合状况进行判断，得到生态环境综合状况等级。
[0097]
所述步骤s4中的数据标准化处理按照以下公式进行处理：
[0098]
所述正向化数据采用以下公式进行标准化处理：
[0099][0100]
所述反向化数据采用以下公式进行标准化处理：
[0101][0102]
其中，
[0103]
xi'表示标准化处理后数据；
[0104]
x
i
表示测量数据；
[0105]
x
max
表示测量数据最大值；
[0106]
x
min
表示测量数据最小值；
[0107]
所述步骤s5中的生态环境质量总指数按照以下公式计算：
[0108]
环境质量总指数的计算实质是一种计权型多因子环境质量评价。如下式：
[0109][0110]
式中：
[0111]
p为环境质量综合指数；
[0112]
w
j
为第j个因子的权重，其值在(0，1)，且各权重之和等于1；
[0113]
p
j
为第j个因子标准化后的数值，为因素层的分指数，计算如下式：
[0114][0115]
其中，
[0116]
pj为压力、状态、响应的分指数；
[0117]
w
i
为各因素所含指标的权重值；
[0118]
x
i
为各因素层所含指标的标准化值。
[0119]
所述步骤s6中生态环境综合状况等级按照以下方式确定：
[0120]
将消落带生态环境状况分为五个等级，具体如下：
[0121]
0.8≤cei<1.0表示优秀、0.6≤cei<0.8表示良好、0.4≤cei<0.6表示一般、0.2≤
cei<0.4表示较差、0<cei<0.2表示差；
[0122]
表1消落带生态环境综合评价等级及分值
[0123][0124]
其中，cei表示生态环境质量总指数，表1中简称为综合指数。
[0125]
如图2所示，所述步骤s2中的生态环境评价指标体系按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建；所述生态环境评价指标体系包括一级指标压力层、二级指标状态层和三级指标响应层；
[0126]
如图3所示，所述步骤s2中的一级指标压力层包括人类活动因素和自然因素，所述人类活动因素包括农药使用率、化肥流失强度、污废水排放强度；所述自然因素包括酸雨频度、水位高程、岩土性质、坡度；
[0127]
所述人类活动因素的具体内容如下：
[0128]
消落带水土环境受库区陆域污染的影响。库区陆域污染物相当部分是通过水土流失和地表径流进入消落带，经滞留积累和转化再进入水库。消落带水土环境受污染后将进而影响水库水质，影响库岸城乡居民的生活生产及健康。对排污现状、监测结果比较分析，影响消落带水土和三峡水库水质的主要污染源有农村面源、城镇生活污水、工业废水等。
[0129]
①
农药施用强度：指单位面积耕地上的农药使用量，表征因施用农药而给消落带生态环境所带来的有机污染物压力。
[0130]
以每年每公顷施用农药量计。计算公式为农药施用量/耕地面积，单位为t/hm2。此项指标性质为负向。
[0131]
②
化肥使用强度：指单位面积耕地上的化肥使用量，表征消落带生态环境面临的面源污染压力，主要影响农村消落带水土。
[0132]
以每年每公顷施用化肥量计。计算公式为化肥施用量/耕地面积，单位为t/hm2。此项指标性质为负向。
[0133]
③
污废水排放强度：表征城镇生活污水和工业废水的排放对消落带生态环境带来的压力，主要影响城镇消落带水土。
[0134]
以每创造万元gdp所排放的生活污水和工业废水量计。计算公式为污废水排放量/gdp，单位为吨/万元。此项指标性质为负向。
[0135]
所述自然因素的具体内容如下：
[0136]
①
酸雨频度：三峡库区，尤其是重庆段，是酸沉降的敏感区之一。酸雨容易造成消落带土壤酸化、岩石及植被受到侵蚀，河流等水体酸化，酸雨大多经消落带入库，对消落带的土壤和生物多样性、水库水质及水生生物造成威胁，使消落带水体ph值下降，加剧重金属对水体的污染。此指标主要表征酸雨对河流等水体酸化及对地面矿质溶解的影响程度。
[0137]
以某地区某一时期内ph值小于5.65的酸性降水占该地区降水总次数的比率表示，计算公式为酸雨总数/降雨总数。此项指标性质为负向。
[0138]
②
水位高程：三峡水库水利调度范围为防洪限制水位145m和最高水位175m之间，高程的范围是145
‑
175m，三峡库区的消落带就是这30m的落差范围。
[0139]
按照水位高程的高低，分为>175m、170
‑
175m、160
‑
170m、155
‑
160m、<155m五个段，高程越低，淹水的时间越长，崩塌滑坡等地质灾害的脆弱性越高。以155m高程以下消落带面积所占比例定量。此项指标性质为负向。
[0140]
③
岩土性质：其含义实质是消落带地表物质的构成，包括土壤质地和岩石质地。在相同坡度和淹水时间下，地表的物质构成越紧实、坚固，发生地质灾害的可能性越小，反之则地灾发生的可能性增大。
[0141]
采用定性方法评定，分为硬岩、中等岩性、软岩、坚固土壤、松散土壤五类。其划分标准，硬岩是分布有大量石灰岩的岩石，软岩是指以页岩、泥岩及砂页岩为主的岩石，居于二者之间的为中等岩性；坚固土壤是指粘土和粘土夹杂石砾为主的土壤；松散土壤是指以壤土和沙性粘土为主的土壤。
[0142]
④
坡度：指地表单元陡缓程度。坡度决定了消落带的出露面积，随着坡度升高，消落带土壤侵蚀及地质灾害的发生机率随之增加。另外，对于消落带污染而言，随着坡度的升高污染机率及持续时间会减少，因为地势平坦的地方水位下降时污染物容易滞留，造成污染加重。
[0143]
以25度以上坡度面积所占消落带总面积的比例来定量。此项指标性质为负向。
[0144]
如图3所示，所述二级指标状态层为状态指标，包括恢复力、生态安全健康、服务功能；
[0145]
所述恢复力包括水环境质量、自我调节能力；
[0146]
所述生态安全健康包括生物多样性、植被覆盖度、地质灾害、土壤侵蚀程度；
[0147]
所述服务功能包括岸线资源、旅游价值、栖息地功能；
[0148]
所述二级指标状态层即状态指标的具体内容如下：
[0149]
状态指标用以衡量由于人类行为而导致的生态系统变化，它主要包括生态系统与自然环境现状。它反映了环境要素的变化，同时也体现了环境政策的最终目标，指标选择主要考虑环境或生态系统的生物、物理化学特征及生态功能。
[0150]
1)恢复力
[0151]
①
水环境质量：三峡库区由陆地面源等污染物经消落带土壤部分截留后，最后汇入河流，另外三峡库区水体周期性涨落，导致消落带土壤中氮、磷等营养物质和重金属从土壤中转移到水体，造成水体的污染。良好的水环境质量不仅是消落带保护的最终目标，而且由于水体的运动对污染物有一定的扩散稀释作用，水环境质量也体现了消落带水体纳污能力大小。
[0152]
本实施例以《地面水环境质量标准》gb3838
‑
2002中五类水质标准来评定。此项指标性质为负向。
[0153]
②
自我调节能力：消落带生态系统内部具有的对能量流、物质流、信息流的自我调节能力。系统物种数目越多、结构越复杂，能量流动的物质循环途径越多，自我调节能力越强。
[0154]
采用定性的方法进行评定，分为强、较强、一般、较低、低五个等级。
[0155]
2)生态安全与健康
[0156]
①
生物多样性：生物多样性是生态系统基础和重要的组成部分，表征消落带生态系统的结构和构成。以生物丰度指数来间接反映消落带的生物多样性。生物丰度指数是指
通过单位面积上不同生态系统类型在生物物种数量上的差异，间接反映被评价区域内生物丰度的丰贫程度(生态环境状况评价技术规范(试行)，中华人民共和国环境保护行业标准hj/t192
‑
2006)。
[0157]
其公式为生物丰度指数＝abio
×
(0.5
×
林地面积+0.3
×
水域面积+0.15
×
草地面积+0.05
×
其它面积)/区域(600m直接影响区+消落带)面积，式中，abio指生物丰度指数的归一化系数。此项指标性质为正向。
[0158]
②
植被覆盖度：是指在单位面积内植被的垂直投影面积所占百分比。它是描述植被群落及生态系统的重要参数，是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化，反映消落带的植被状况。植被覆盖度越高，消落带植被恢复状况越好，对维护消落带生态系统健康越有利。以植被覆盖指数表征。
[0159]
植被覆盖指数＝aveg
×
(0.38
×
林地面积+0.34
×
草地面积+0.19
×
耕地面积+0.07
×
建设用地面积+0.02
×
未利用地面积)/区域面积，式中aveg，植被覆盖指数的归一化系数。此项指标性质为正向。
[0160]
③
地质灾害：地质灾害包括滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害出现的强度和频度，用于表征消落带生物生境的稳定性。三峡水库175m蓄水后，高水位的长期浸泡，将使岩土内部应力及物理、化学性能发生显著变化，岩土体凝聚力及抗剪力大幅下降。因此，三峡水库水位抬高和变动，除加剧老滑坡、老崩塌危险区的复活外，还会产生某些新的滑坡、崩塌。
[0161]
本实施例用消落带及其影响区单位面积内的地灾点数来衡量，即地灾点数/消落带及影响区面积。此项指标性质为负向。
[0162]
④
土壤侵蚀程度：消落带土壤侵蚀是一个多因子综合影响的复杂时空变化过程。消落带的土壤不仅受水库水位涨落的重力侵蚀和水流波浪冲击的影响，而且在夏季消落带出露期，集中的降水形成地表径流，加剧了库岸土壤的侵蚀作用。
[0163]
本文用土壤侵蚀模数，即单位面积土壤及土壤母质在单位时间内侵蚀量的大小，表征消落带的土壤侵蚀强度，单位为t/km2
·
a。此项指标性质为负向。
[0164]
3)服务功能
[0165]
①
岸线资源：消落带岸线利用方式以港口码头建设为主，涉及公路、桥梁、涵闸及过江管道建设等，反映消落带所提供的交通运输资源。
[0166]
以岸线占用率，即码头、公用设施等占用的岸线长度与区县总岸线长度的比值量化。此项指标性质为正向。
[0167]
②
旅游价值：指消落带及其影响区所提供的文化古迹、自然景观等风景名胜的审美和观赏价值，反映消落带的景观服务功能。
[0168]
评定标准为区域旅游产值。此项指标性质为正向。
[0169]
③
栖息地功能：此处表征消落带能为生物提供栖息地的能力。三峡库区消落带及影响区具有水体、陆地、水陆交互和库湾、岛屿等不同的生态环境，为水、陆、两栖动物提供了不同的生态环境，是鸟类、鱼类与水生生物良佳的生存繁衍场所和迁徙通道。
[0170]
本实施例用景观多样性指数来衡量，计算公式h＝
‑
∑(p
i
)log2(p
i
)，其中p
i
为景观类型i所占面积比例。景观多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化的多样性，反映了景观的复杂性。此项指标性质为正向。
[0171]
所述三级指标响应层为响应指标，包括人群健康、政策措施；
[0172]
所述人群健康包括人群健康状况、物质生活指数；
[0173]
所述政策措施包括消落带管理规划、消落带保护意识、污废水处理、护岸护坡治理；
[0174]
如图3所示，所述三级指标响应层的响应指标具体内容如下：
[0175]
响应指标显示社会或个人为减轻环境污染、资源破坏等不利于人类生存与发展的环境变化所采取的措施，如教育、法规、市场机制和技术变革等。
[0176]
1)人群健康响应指标
[0177]
①
人群健康状况：三峡水库全面蓄水并调度运行后，给自然疫源性疾病、介水传染病的传染源扩散、病媒生物孳生和疫源地的扩大带来适宜的环境，可能会对库区居民的健康产生严重影响。消落带污染物的滞留累积将成为各种病菌、寄生虫的滋生源以及异味和恶臭的散发地，并很可能诱发大规模疫情；水库蓄水及消落区水位反复涨落，将使某些元素和化合物含量分布发生变化。
[0178]
可以库周人群传染病发病率或死亡率来量化库区人群健康状况，本实施例选取死亡率表示。此项指标性质为负向。
[0179]
②
物质生活指数：三峡库区目前人口众多，人口密度是国内同类型山地丘陵的4倍以上，生态承载严重超负荷，加上自然条件相对较差，库区面临经济发展与环境保护的矛盾，发展致富压力巨大。
[0180]
这里用人均gdp来反映消落带及影响区人群物质生活水平。人均gdp是指指一个区域在核算期内(通常为一年)，实现的区域生产总值与这个区域的常住人口的比值，通常用来衡量区域经济发展状况，是一项重要的宏观经济指标。此项指标性质为正向。
[0181]
2)政策措施响应指标
[0182]
①
消落带管理规划：考虑是否设置相应的消落带管理机构，是否制定消落带及其影响区的保护与管理规划，以及现有消落带管理规划的执行力度。本项指标为定性评价。
[0183]
②
消落带保护意识：为保护消落带生态环境所进行的宣传、教育，其影响范围是否扩大，一般来说，人口素质越高，对消落带的宣传、教育越易推广，越有利于对消落带的保护和管理，有利于消落带的生态环境恢复。
[0184]
用消落带及影响区人口素质，即初中以上文化程度人口占周边总人口的比重进行量化。此项指标性质为正向。
[0185]
③
污废水处理：消落带周边区域对排放的生活污水和工业废水的处理情况，包括对农村畜禽养殖污水等面源污染，城镇生活污水、工业废水等的处理，是从源头减少污染物向三峡库区消落带内的排放，确保三峡水库水体洁净，消落带生态环境改善的重要举措，是三峡库区水污染防治工作的重要组成部分，是保障饮用水源、次级河流污染整治的重要保障。
[0186]
以污废水处理率表示，即污废水处理量/污废水排放量。此项指标性质为正向。
[0187]
④
护岸护坡治理：在库区某些地质灾害发生频率高的地段，可采取适当的工程措施来加以避免。护岸护坡工程是对消落带生态环境保护建设主要对策措施的重要组成部分及所采取的具体化的工程措施之一，比如在古滑坡体上修建排水工程，避免淹水后复活，在坡度较大的陡岸，适当护坡以防止淹水后形成新的滑坡或崩塌。
[0188]
以各区县护岸护坡治理长度占该区域岸线长度的比例来定量表征工程治理强度。
此项指标性质为正向。
[0189]
所述步骤s3中的各个评价指标的权重按照以下步骤进行计算：
[0190]
s31：获取生态环境评价指标体系中各个评价指标；
[0191]
s32：对各级评价指标中每一个元素依次与相对应的上一级评价指标的元素进行两两比较，按照不同等级建立判断矩阵a＝(a
ij
)；
[0192]
所述判断矩阵的采用以下公式计算权重和最大特征根：
[0193]
计算判断矩阵每一行元素的乘积：
[0194][0195]
m
i
表示判断矩阵行元素乘积值；
[0196]
j表示判断矩阵列号；
[0197]
n表示判断矩阵阶数；
[0198]
i表示判断矩阵行号；
[0199]
b
ij
表示判断矩阵的第i行第j列元素；
[0200]
计算m
i
的n次方根：
[0201][0202]
其中，表示判断矩阵第i行元素乘积n次方根值；
[0203]
将向量归一化，即
[0204][0205]
其中，
[0206]
w
i
表示判断矩阵第i行元素方根的向量值；
[0207]
w
k
表示判断矩阵第k行元素乘积n次方根值；
[0208]
k表示第k个向量值；
[0209]
则w＝(w1,w2,
…
wn)即为所求的特征向量；
[0210]
计算最大特征根：
[0211][0212]
其中，(aw)
i
表示向量aw的第i个分量；
[0213]
a表示判断矩阵；
[0214]
w表示特征向量；
[0215]
s33：按照以下公式计算判断矩阵的一致性指标ci：
[0216][0217]
式中，λ
max
为最大特征根，n为判断矩阵阶数；
[0218]
s34：根据一致性指标ci确定判断矩阵是否满足一致性检验要求。
[0219]
实施例2
[0220]
本实施例采用层次分析法确定各指标权重，具体步骤如下：
[0221]
1)建立层次结构：将评价指标层次化，条理化，构造层次分析结构，构建各级指标体系。
[0222]
2)构建判断矩阵：依据三峡库区消落带生态环境评价指标体系，设计专家打分表，召集多位从事环境质量评价和生态学研究领域的专家进行打分。专家的选取有3个原则：第一，熟悉三峡库区生态环境的历史、现状及其演变趋势，最好承担了该区域的科研项目；第二，对生态环境评价有所了解，熟悉层次分析法的原理和计算过程；第三，为同行业的学科带头人或学术骨干，且具有高级以上专业技术职称。
[0223]
打分方法为对各层每一个元素依次与相对应的上一层元素进行两两重要性比较，对重要程度赋予一定量级，通常采用1,3,5,7,9等五个等级标度建立判断矩阵a＝(aij)(表2)。对于任何判断矩阵，均满足aii＝1和aij＝1/aji(i,j＝1,2,
…
n)。如果判断矩阵存在关系：aij
·
ajk＝aik(i,j,k＝1,2,
…
,n)，则该判断矩阵为一致性矩阵。
[0224]
表2判断矩阵重要性标度及其含义表
[0225][0226]
3)一致性检验：由于人们认识上的多样性和客观事物的复杂性，所给出的判断矩阵不可能保持完全的一致性，为了考察ahp决策分析方法得出的结果是否基本合理，需要对判断矩阵进行一致性检验。一致性检验步骤如下：
[0227]
一致性指标计算，可归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量，即对于判断矩阵a，计算满足：
[0228]
aw＝λ
max
w；
[0229]
的特征根和特征向量。在式中，λmax为判断矩阵a的最大特征根，w为对应于λmax的正规化特征向量。如果判断矩阵a具有完全一致性时，λmax＝n(n为判断矩阵阶数)。为了检验判断矩阵的一致性，需要计算它的一致性指标：
[0230][0231]
式中，当ci＝0时，判断矩阵具有完全一致性；反之，ci越大，判断矩阵的一致性就越差。
[0232]
为了计算判断矩阵是否具有令人满意的一致性，需要将ci与平均随机一致性指标ri(表3)进行比较。一般而言，1阶或2阶的判断矩阵总是具有完全一致性，对于2阶以上的判断矩阵，其一致性指标ci与同阶的评价随机一致性指标ri之比，称为判断矩阵的随机一致性比例，记为cr。
[0233][0234]
式中：ci为一致性指标，ri为评价一致性指标。
[0235]
当cr<0.10时，认为判断矩阵具有令人满意的一致性，则矩阵有效；否则，当cr≥0.1时，需要调整判断矩阵。用计算确定判断矩阵a的最大特征值λmax和特征向量w若经过检验，a的不一致性可接受时，w即为权重。
[0236]
表3平均随机一致性指标
[0237][0238]
4)数据的计算
[0239]
根据构造的判断矩阵，采用方根法计算权重，其具体计算步骤如下：
[0240]
计算判断矩阵每一行元素的乘积
[0241][0242]
计算mi的n次方根
[0243][0244]
将向量归一化，即
[0245][0246]
则w＝(w1,w2,
…
wn)即为所求的特征向量。
[0247]
计算最大特征根
[0248][0249]
其中，(aw)
i
表示向量aw的第i个分量。
[0250]
通过以上四步的计算，就可以进行随机一致性检验，从而得知构造的判断矩阵是否可取。
[0251]
实施例3
[0252]
本实施例以三峡库区消落带生态环境综合评价为例进行详细说明，其中判断矩阵构建、权重计算及一致性检验具体实施方式如下：
[0253]
对三峡库区消落带生态环境综合评价指标体系中各层指标分别进行打分比较，构建判断矩阵，并对矩阵进行一致性检验。
[0254]
1)一级指标层权重的确定与数据检验
[0255]
①
构建一级指标层判断矩阵
[0256]
采用专家咨询法对目标层与准则层相对重要性判断，构建一级指标层的判断矩阵(表4)。
[0257]
表4一级指标层判断矩阵
[0258][0259]
②
一级指标层权重计算
[0260]
根据公式，采用matlab软件计算出一级指标层判断矩阵的特征向量，即一级指标层各项指标的评价体系中的权重：
[0261]
w＝[0.319,0.451,0.230]t
[0262]
即三个一级指标对应的权重分别为：
[0263]
压力：0.319；状态：0.451；响应：0.230。
[0264]
根据公式，计算出一级指标层判断矩阵对应的最大特征根λmax＝3.0034。
[0265]
③
判断矩阵随机一致性检验
[0266]
根据公式，计算一级指标层判断矩阵的一致性指标ci，通过查表4.3
‑
3中的平均随机一致性指标ri，计算出随机一致性比例cr：ci＝0.001689，ri＝0.58，cr＝0.0309，可知cr<0.1，说明构造的目标层
‑
准则层判断矩阵数据是可取的，该矩阵通过一致性检验。
[0267]
同理，可以得出各二、三级指标层与其对应指标权重的确定和数据检验。
[0268]
2)二级指标层权重的确定与数据检验
[0269]
①
压力层
[0270]
由于压力层仅有人类活动和自然因素2类指标，且指标相对重要性比值为1，其判断矩阵具有完全一致性，所以对判断矩阵不需要进一步检验。计算得知：人类活动、自然因素在压力层中所占的权重均为0.500。见表5。
[0271]
表5二级指标压力层判断矩阵
[0272][0273]
②
状态层
[0274]
状态层的判断矩阵见表6。计算得出，恢复力、生态安全与健康、服务功能3项在状态层所占的权重分别为0.173、0.674、0.153；最大特征根λmax＝3.029、ci＝0.0145、ri＝0.58、cr＝0.0251<0.1，通过一致性检验。
[0275]
表6二级指标状态层判断矩阵
[0276][0277]
③
响应层
[0278]
由于响应层仅有人群健康和政策措施2类指标，且指标相对重要性比值为1，其判断矩阵具有完全一致性，所以对判断矩阵不需要进一步检验。计算得知：人群健康、政策措施在响应层中所占的权重均为0.500(表7)。
[0279]
表7二级指标响应层判断矩阵
[0280][0281]
3)三级指标层权重的确定与数据检验
[0282]
①
人类活动层
[0283]
人类活动层指标判断矩阵见表8。计算得出，农药使用强度、化肥使用强度、污废水排放强度3项在人类活动层中所占权重分别是0.171、0.573、0.256；最大特征λmax、ci、ri、cr分别为3、0、0.58、0，且cr<0.1，通过一致性检验。
[0284]
表8三级指标人类活动层判断矩阵
[0285][0286]
②
自然因素层
[0287]
自然因素层指标判断矩阵见表9。计算得出，酸雨频度、岩土性质、坡度、水位高程在自然因素层中所占权重分别是0.054、0.180、0.348、0.418；最大特征λmax、ci、ri、cr分别为4.015、0.00383、0.9、0.004256，且cr<0.1，通过一致性检验。
[0288]
表9三级指标自然因素层判断矩阵
[0289][0290]
③
恢复力层
[0291]
由于恢复力层仅有自我调节能力和水环境质量2个指标，其判断矩阵具有完全一致性，所以对判断矩阵不需要进一步检验。计算得知：自我调节能力、水环境质量在恢复力层中所占的权重分别为0.364、0.636。见表10。
[0292]
表10三级指标恢复力层判断矩阵
[0293][0294]
④
生态安全与健康层
[0295]
生态安全与健康层指标判断矩阵见表11。计算得出，生物多样性、植被覆盖度、地质灾害、土壤侵蚀程度在此层所占权重分别是0.135、0.165、0.390、0.310；最大特征λmax、ci、ri、cr分别为4.015、0.00383、0.9、0.004256，且cr<0.1，通过一致性检验。
[0296]
表11三级指标生态安全与健康层判断矩阵
[0297][0298]
⑤
服务功能层
[0299]
服务功能层指标判断矩阵见表12。计算得出，岸线资源、旅游资源、栖息地的权重分别是0.330、0.493、0.177；最大特征λmax、ci、ri、cr分别为3.008、0.000403、0.58、0.000695，且cr<0.1，通过一致性检验。
[0300]
表12三级指标服务功能层判断矩阵
[0301][0302]
⑥
人群健康层
[0303]
由于人群健康层仅有人群健康状况和物质生活指数2个指标，其判断矩阵具有完全一致性，所以对判断矩阵不需要进一步检验。计算得知：人群健康状况、物质生活指数在人群健康层中所占的权重分别为0.573、0.427。见表13。
[0304]
表13三级指标人群健康层判断矩阵
[0305][0306]
⑦
政策措施层
[0307]
政策措施层指标判断矩阵见表14。计算得出，消落带保护意识、消落带管理规划、污废水处理、护岸护坡处理4项指标的权重分别是0.072、0.182、0.370、0.376；最大特征λmax、ci、ri、cr分别为4.033、0.010909、0.9、0.012121，且cr<0.1，通过一致性检验。
[0308]
表14三级指标政策措施层判断矩阵
[0309][0310]
通过以上计算，三峡库区消落带生态环境评价指标体系中各级指标的权重汇总情况见表15。
[0311]
表15三峡水库消落带生态环境综合评价指标权重
[0312][0313]
实施例4
[0314]
本实施例还提供一种消落带生态环境综合评价系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
[0315]
s1：获取待测消落带生态环境检测数据；
[0316]
s2：将检测数据按照压力
‑
状态
‑
响应模型构建生态环境评价指标体系；
[0317]
s3：确定生态环境评价指标体系中的各个评价指标的权重；
[0318]
s4：对生态环境评价指标体系中的测量数据进行标准化处理，并得到无量纲的正向化数据或反向化数据；
[0319]
s5：确定生态环境综合评价模型，并计算得到生态环境质量总指数；
[0320]
s6：根据生态环境质量总指数对待测消落带生态环境综合状况进行判断，得到生态环境综合状况等级。
[0321]
所述步骤s3中的各个评价指标的权重按照以下步骤进行计算：
[0322]
s31：获取生态环境评价指标体系中各个评价指标；
[0323]
s32：对各级评价指标中每一个元素依次与相对应的上一级评价指标的元素进行两两比较，按照不同等级建立判断矩阵a＝(a
ij
)；
[0324]
所述判断矩阵的采用以下公式计算权重和最大特征根：
[0325]
计算判断矩阵每一行元素的乘积：
[0326][0327]
计算mi的n次方根：
[0328]
[0329]
将向量归一化，即
[0330][0331]
则w＝(w1,w2,
…
wn)即为所求的特征向量；
[0332]
计算最大特征根：
[0333][0334]
其中，(aw)
i
表示向量aw的第i个分量；
[0335]
s33：按照以下公式计算判断矩阵的一致性指标ci：
[0336][0337]
式中，λ
max
为最大特征根，n为判断矩阵阶数；
[0338]
s34：根据一致性指标ci确定判断矩阵是否满足一致性检验要求。
[0339]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。