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原标题基于PP-云模型的河流治理工程效益评价研究摘要针对现在河流治理工程效益评价方法的不足,通过对效益评价涉及的因素举行分析,建设基于投影寻踪(PP)-云模型理论的综合评价方法。从社会效益、经济效益、生态效益三方面,选择13个评价指标建设评价体系。

接纳云模型盘算主观权重,投影寻踪法盘算客观权重,最后通过条件云发生器盘算指标隶属度,确定治理工程的效益评价品级。将上述评价模型应用于南京市农花河河流治理工程,盘算效果讲明,农花河治理工程整体效益较好,其中住民满足度、景观效益等显著提升,以后治理主要偏向为污染源控制及水土保持。

盘算效果与实际观察效果切合,验证了模型盘算的准确性与可靠性,可为指导决议者举行河流治理提供参考。关键词河流治理工程; 效益评价; 云模型; 投影寻踪; 组合权重;作者简介杨恒(1994—),男,硕士研究生,主要从事水利水电建设与治理研究。

E-mail:yanghenghhu@163.com; *刘永强(1970—),男,副教授,博士, 主要从事水利工程造价、项目治理研究。E-mail:ljc2002@hhu.edu.cn;基金中央高校基本科研业务费(2013B18020809)；引用杨恒，刘永强． 基于 PP－云模型的河流治理工程效益评价研究［ J］ . 水利水电技术，2020，51( 5) : 118-125. YANG Heng，LIU Yongqiang． Study on benefit evaluation of river regulation project based on PP-cloud model［ J］. Water Ｒesources and Hydropower Engineering，2020，51( 5) : 118-125.水利部2018年公布的《中国水利统计年鉴2018》数据 显示,我国境内流域面积50 km 以上的河流共有46 796条。

已经治理过河段长度为12 3 571 km,仅占总长度的33%。我国的河流掩护事情总体处于水质改善阶段,水质恶化趋势未能全面停止,河流治理任务重大。

近年来,各地河流的治理事情陆续展开,可是治理效果却不尽人意。因此,对已完成的治理工程举行评价研究,不仅可以对未满足评价要求的工程做进一步的治理,还可以对 未展开治理的河流提供参考依据。

海内外专家学者对此问题研究较少,主要研究集中于河流污染成因及生态治理方面。ABOYEJI 分析了反映河流污染原因、污染严重水平的 案例,提出了一种缓解污染问题的措施;LIQUETE等 接纳多尺度分析作为综合评估的基础,对绿色基础设施在河流净水功效方面的体现做出评价;H OBBIE等 基于生态景观营养治理理论,举行水域污染源泉源研究;张萍等 从水情况、河湖生境形态、生物及栖息地状况等方面分析河湖水生态, 对河湖水生态修复事情提供借鉴;郭丽峰等 构建了状态-响应-效益评估体系,该体系为深入研究河流综合整治生态情况效益评估提供了重要参考; 王寿兵等 针对现在中小河流治理中存在的问题,提出了一种河流生态修复对策;李志华 通过对南川河生态、水文、防洪要求的分析,提出了一套 治理污染河流的有效方法;杨艳 通过发电量以及发电耗水量的对比,分析了下游河流疏浚治理的效果。通过文献阅读和实际调研发现,现在的研究多集中在河流水质改善以及生态价值分析层面,且相应评价指标多为定性指标,缺乏详细的量化措 施。

云模型是一个能够很好地举行定性与定量转化的盘算工具,在水利行业,云模型主要运用于水工修建物宁静综合评价以及水利投资项目风险研究 ,适用性较好。河流治理工程效益评价中涉及指标较多,云模型理论兼具模糊性和随机性,能够将传统的“好、坏”评价做出详细计 算,利于相应工程履历的推广。基于此,本文将云模型理论运用于河流治理工程效益评价中,从生态效益、社会效益、经济效益三个方面,建设河流治 理工程效益评价体系。

云模型在盘算初始权重时往往接纳打分制,一定水平上限制了其客观性,因此本文通过投影寻踪法来革新云模型,同时使用条 件云盘算指标隶属度,构建基于投影寻踪(PP)-云模型的河流治理效益评价模型,客观全面体现出河流治理工程的效益。1 效益评价体系1.1 评价指标体系构建评价指标体系的构建是河流治理工程效益评价的焦点。

构建具有实际意义且能够全面反映客观情况的指标体系将对治理工程最终评价效果的 科学性、合理性发生重要影响。基于客观性、科学性的指标选取原则,综合思量河流治理工程效益,本文选取了13项指标,建设指标体系如表1所列。

1.2 评价品级和尺度当前有关河流治理工程效益评价尺度较少。本文凭据相关行业规范、专家履历以及查阅相关学术论文,思量全国平均水平及国际通行尺度,综合 河流治理综合效益的区域性 ,将效益评价分为5个品级,划分是效益极佳(Ⅰ)、效益较好(Ⅱ)、效益一般(Ⅲ)、效益较差(Ⅳ)、效益极差(Ⅴ),详细分 级与尺度如表2所列。2 模型评价方法云模型理论由李德毅院士于20世纪90年月提出,是一种定性观点及其定量数值之间的转换模型 ,能较好地反映出不确定性、模糊性两者之间 的关联关系。

云模型盘算时能够思量主客观因素的影响,因而能够获得比力公正的盘算效果,但在通例的云模型盘算初始权重时,总是接纳主观打分 获得盘算值,使云模型盘算效果泛起显着的偏向性,偏离客观的科学性质。鉴于此,本文将将主观赋权与客观赋权投影寻踪法(PP)联合,形成客观性较 强的组合权重,通过组合权重的盘算,使求得的权重客观合理,越发切合实际工程状况。

表1 河流治理工程效益评价体系表2 河流流域治理工程效益评价品级与尺度2.1 主观权重盘算云模型形态多样,一般包罗三角形云、高斯云、矩形云和正态云等多种类型。正态云运用具有普遍性,能够客观形貌自然科学研究领域种种指标 特征和数据漫衍情况。由于河流治理工程效益评价涉及因素较多,且每个因素之间保持了基本的相对独立性。

通过中心极限定理的一般解释可知,在 效益评价历程中,没有一种因素可以起到主导作用,因此评价因素一般近似于正态漫衍。基于此,本文选取正态云模型作为评价指标和评价尺度的云形态。通过逆向云发生器凭据初始权重求得3个特征值,再用正向云发生器增补云滴获得权重,其详细盘算步骤 如下:(1) 凭据调研专家打分盘算各指标的初始权重;(2) 通过逆向云发生器求解期望Ex,熵En,超熵He,盘算公式为式中,x 为样本值;n为样本数;S 为样本方差(3) 凭据所求的特征值Ex、En、He,通过云发生器生成相应云滴数值,求得对应指标权重。2.2 客观权重盘算投影寻踪法(PP)基本思想是将高维空间通过映射关系投影到低维空间上,形成一个投影指标函数,通过对指标函数最优值的求解,获得反映高维 空间特征的最优值,从而实现通过在低维空间上数据的分析盘算,获得高维空间数据研究和分析效果。

用投影指标函数反映评价指标特征结构的可能性,选取归一化处置惩罚后的投影向量作为权重向量,以最能反映数据特征的角度作为投影偏向。其计 算步骤 为:(1) 使用指标原始数据,归一化处置惩罚后到初始矩阵(m个评价工具,n个评价指标);(2) 结构投影指标函数,选用线性投影方式,将初始指标投影到偏向向量上,获得指标的投影值Z ,盘算公式为式中,a为投影偏向向量,a=(a ,…,a )。

投影函数Q(a)可以盘算公式为式中,S(a)为Z 的尺度差;d(a)为Z 的局部密度; 为Z 的均值;R为局部密度窗口半径,一般取R=0.1S(a); 为单元阶跃 函数,当(R-r )≥0时取1,反之取0。(3) 通过优化投影函数,结构适应度函数max Q(a)公式为最后,接纳加速遗传算法求解,权重值取多次盘算的各代最优个体的平均值。2.3 组合权重盘算由云模型盘算获得的主观权重为w ,投影寻踪盘算获得的客观权重为w ,综合思量主客观权重影响,获得组合权重为w ,盘算公式为2.4 指标隶属度盘算在求解评价品级时,通过条件云发生器来盘算各指标评价品级与尺度,步骤 如下:(1) 确定评价体系中评价指标的盘算值与相应指标的评价尺度品级。

(2) 对于具有双边约束[C ,C ]的指标值,其相应特征指数盘算公式为式中,C ,C 划分是第i个指标在第j个品级上的最小最大值;E ,H 划分为第i个指标在第j个品级的熵与超熵。当指标值为单边约束时,先 凭据指标特点确定单边缺省参数,再依式(6)盘算特征参数。(3)对指标值举行归一化处置惩罚。

正向指标盘算公式为逆向指标盘算公式为通过条件云发生器,对每个指标值样本重复盘算1 000次,将盘算效果获得的平均值作为各个评价品级的隶属度,获得云模型隶属度矩阵为U=(μ ) ,其盘算公式为通过组合权重W与隶属度U,盘算获得评价指标的综合权重C=W·U。凭据最大隶属度原则 ,选择对应评价品级作为评价体系的最终效果。

2.5 河流治理工程效益评价盘算步骤本文对治理工程的效益评价盘算分为6步,评价流程如图1所示。图1 河流治理工程效益评价流程3 工程实例3.1 工程概况南京市农花河东起南京市秦淮区卡子门大街,南至宏运大道南侧的秦淮新河入口,整体呈“L”形走向,毗连了南京市秦淮新河与外秦淮河。河段总 长约3.78 km,平均河段宽度为25 m,平均蓄水深度为1.2 m,蓄水总量约113 400万m。

河段沿线有三条支流汇入,划分是丁墙河、朱家河、柏墙 河。农花河流域内存在多个雨污混接排水口、雨水排水口。治理工程开展前,相当一部门单元用水、流域内建设工地废水以及大量餐饮场馆和住民 区污水排放不规范,庞杂搭接排水管道,使得大量未经处置惩罚的污水直接排放进入河流,水质检测效果属“重度黑臭”。

为改善水情况质量和住民生活环 境,打造水生态与水景观廊道,2017年,南京市雨花台区相关部门开始对农花河举行专项治理。治理工程对河流举行了控源截污、清淤、引水补水、 生态修复、景观设计等多项治理措施。参考河流治理陈诉并联合实地调研,通过盘算分析,其治理效益评价指标值如表3所列。

表3 评价指标值及盘算方法图2 河流治理效益评价体系权重示意图3 经济效益指标体系权重示意图4 社会效益指标体系权重示意3.2 云模型盘算权重凭据治理工程多位专家打分值,经由云发生器盘算获得准则层指标权重占比以及相应层级指标在各自准则层中的权重占好比图2—图5所示。凭据图2—图5盘算效果,由云模型盘算获得准则层及相应指标在评价体系中的权重数值,盘算效果如表4所列。

3.3 组合权重盘算由表4可以看出,由于治理工程的主旨为改善生态情况,打分历程存在一定偏向性。因此,生态效益的权重占比为0.547,大幅凌驾其他两项,其中的 定量指标如水质达标率、水土流失强度、林草笼罩率等权重占比也凌驾其余指标。可是治理工程效益评价不能仅仅只是注重生态理念,其住民满足度、就业效益、防洪体系增量效益等社会及经济效益也不行忽略。

遵循“人水和谐”治理理念的整治工程,由于专家打分的主观因素影响,难免造成评 价效果不够客观,无法全面反映出治理工程的整体效益。为增强评价历程中相应指标的科学性和客观性,基于投影寻踪法(PP)盘算评价指标值的客观权重,获得河流治理工程效益评价的组合权重,盘算 效果如表5所列。客观权重盘算效果讲明,就业效益、民众环保意识及其他经济效益评价指标上的占比有所增加。

水质达标率、水土流失强度等指 标的占比相对下降,这些权重占比的变化正是体现治理工程理念的一种客观表达,思量了周边住民生发生活,更好体现出治理工程的社会效益及相应 的经济效益,使得盘算效果更为可靠。3.4 综合评价品级确定使用式(7)—式(11),用条件云发生器生成各个指标的隶属度。为降低盘算误差,每个隶属度效果重复盘算1 000次,凭据最大隶属度原则获得治理 工程的综合效益评价品级。盘算效果如表6所列。

3.5 评价效果分析由表6的整体隶属度盘算效果可知,农花河河流治理工程效益较好。其中,林草笼罩率、景观效益及住民满足度等治理效果较好。可是依旧有部 分指标未能到达比力满足的治理效果,如水污染控制处置惩罚用度、水土流失强度、物种多样性指数等。因此,在以后的河流治理历程中,相关治理部门 应该着重于污染源控制治理,建议调整植被种植结构,增强水、土、草资源的合理开发与可连续使用等。

为验证评价效果的准确性,对农花河流域举行实地观察发现,此次河流治理工程不仅消除了多年的河流黑臭问题,治理部门更是从水情况、水景 观、水生态等几个方面临其举行统筹治理摆设。沿岸种植乔灌木树种,大大增加林草笼罩率,形成完善的水景观平台。对四周住民的问卷观察也显示,治理工程的实施使得河流的景观、生态、娱乐功效获得增强,使得人水和谐的主旨得以实现。模型评价效果及相应指标的盘算效果与实际相符 合,模型的科学性与实用性获得验证。

表4 云模型盘算各指标权重表5 评价指标权重盘算效果4 结 论(1) 针对河流治理工程,从经济、社会、生态三个方面建设了一套科学合理的效益评价体系,并制定了评价尺度。(2) 提出了基于PP-云模型的效益评价模型,综合思量了主观因素和客观属性,使得模型的盘算效果更为可靠。

以南京市农花河河流治理工程为 例,验证了模型的适用性,为相关治理部门的治理事情提供指导依据,具有重要的现实意义。(3) 河流治理工程涉及面广,指标数量多。本文对人员组织治理等方面的评价涉及较少。

因此,如何科学合理地选择代表性指标和评价尺度,如何 强化治理事情在效益评价中的作用将成为以后研究的偏向。水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文焦点期刊，面向海内外公然刊行。本刊以先容我国水资源的开发、使用、治理、设置、节约和掩护，以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行治理和科学研究等方面的技术履历为主，同时也报道外洋的先进技术。

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