一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法制造技术

本发明专利技术公开了一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，包括以下步骤：构建河流水环境健康评价指标体系；采集河流各指标数据，划分河流水环境健康等级，并据此将各指标进行同水平等级划分；采用层次分析法

【技术实现步骤摘要】
一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法


[0001]本专利技术涉及水环境健康管理
，尤其是涉及一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法
。

技术介绍

[0002]河流系统是由河道中相互关联的水
、
沙
、
河床以及生态系统共同构成的复杂体系
。
它涵盖了自然生态
、
文化社会
、
工程调节等多个内容，在社会经济发展中发挥着至关重要的作用
。
目前，水环境恶化
、
河岸带侵蚀问题日益凸显，如何对河流进行科学管理已成为国内外普遍关注的焦点
。
而水环境健康评价作为河流科学管理的重要基础，如何精准评估河流水环境健康状况是整个管理体系中的关键所在
。
[0003]北方寒冷地区受季节气候影响，普遍存在降雨及径流时空分布不均的现象
。
该地区河流除经历丰水期
、
枯水期和平水期外，在每年
11
月中旬至次年4月上旬还会经历长达5个月的冰封期
。
此外由于低温低流量的原因，北方寒冷地区河流生物的物种丰富度远低于其他地区，生态结构不够完整，自净能力弱
。
尤其是冬季时期，水质
、
水资源
、
水生态等各方面与其他地区都有着明显的差异，具有强烈的时空异质性
。
评价位于生态系统极度脆弱敏感地区的河流水环境健康状况，不仅有助于该地区河流的科学治理决策，对于一般河流的科学管理
、
精准决策也具有一定的指导意义
。
[0004]近年来，随着应用数学及新一代信息技术的发展，众多综合方法被运用到各领域评价过程中，如模糊综合评价法
、
物元可拓法
、
主成分分析法
、
灰色关联度法
、ELECTRE
等
。
这些方法各具特色，适用于不同的场景
。
同时，各指标的权重也是决定评价模型是否准确的关键性因素
。
如今通常采用主观赋权法或客观赋权法来进行权重的确定
。
主观赋权法具有较强的主观能动性，依赖于专家个人的知识
、
经验与偏好，通常忽视了数据本身所蕴含的信息，常采用的方法有：层次分析法
、
德尔菲法等
。
客观赋权法弱化了主观意识，更加注重挖掘数据自身所蕴含的信息，但有时会出现权重系数不合理的情况，常用的方法有熵权法
、CRITIC
法
、
变异系数法等
。
为获得更加科学合理的权重值，采用主观赋权法与客观赋权法相耦合的方式，以组合权重值为基础展开河流水环境健康状况评价是一种有效的解决问题思路
。
但现阶段大多学者在组合赋权过程中仍采用主观确定偏好系数的方式，弱化了组合赋权的客观性和集成效果
。
主客观赋值法的权重分配仍需要科学合理的算法支撑
。
[0005]总而言之，国内外有关河流水环境健康评价的研究近些年得到了快速发展，相关评价体系与方法逐步成熟
。
但现有的评价指标体系没有考虑寒区冬季河流低温低流量
、
生态脆弱等特征，与北方寒冷地区脆弱的生态环境并不匹配
。
以此为基础进行评价，所得的结果无法准确反映当地水环境健康的真实状况，评价算法准确率低，不利于科学决策管理的实施
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，
通过构建符合寒区冬季河流特征的多指标评价体系，克服传统评价指标体系未考虑北方寒冷地区生态脆弱的实际情况，造成评价结果准确率低的问题，以此多指标评价体系为基础，结合主客观因素，基于多种方法，提高评价算法的精确度，为河流管理提供科学全面的评价依据
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法
,
包括以下步骤：
[0008]S1、
构建包括目标层
A、
准则层
B、
指标层
C
的寒区冬季河流水环境健康评价指标体系；
[0009]S2、
采集河流的各指标数据，将河流水环境健康状况划分为五个等级，分别为非常健康
、
健康
、
亚健康
、
不健康
、
病态，并据此将各评价指标进行同水平等级划分，非常健康为
I
，健康为
II
，亚健康为
III
，不健康为
IV、
病态为
V
；
[0010]S3、
采用层次分析法
‑
熵权法从主观与客观两个角度分别计算各指标数据的权重值，基于博弈论综合优化两种方法得到组合权重；
[0011]S4、
采用改进的物元可拓模型结合组合权重，计算得到河流健康的关联度，根据关联度中的最大值确定河流水环境健康评价等级
。
[0012]优选的，所述步骤
S1
中目标层
A
为寒区冬季河流水环境健康状况；准则层
B
包括水资源
B1、
水环境
B2、
水生态
B3、
社会服务
B4、
生境状况
B5；所述指标层
C
具体为所述水资源
B1下的水资源开发利用率
C1、
生态流量满足程度
C2、
河流纵向连通指数
C3；所述水环境
B2下的水质优劣程度
C4、
水功能区达标率
C5；所述水生态
B3下的
chao
指数
C6、Shannon
指数
C7、
大型底栖无脊椎动物生物完整性指数
C8、
鱼类保有指数
C9；所述社会服务
B4下的公众满意度
C
10
；所述生境状况
B5下的河岸带植被覆盖率
C
11
、
河岸带人工干扰程度
C
12
。
[0013]优选的，所述步骤
S1
中水资源开发利用率
C1、
生态流量满足程度
C2考虑寒区冬季的河流特点，过程为：
[0014]所述地表水资源开发利用率
C1计算公式
[0015][0016]式中：
WURI
为水资源开发利用率，％；
WS
为河流流域供水量，万
m3；
WR
为河流流域水资源量，万<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
构建包括目标层
、
准则层
、
指标层的寒区冬季河流水环境健康评价指标体系；
S2、
采集河流的各指标数据，将河流水环境健康状况划分为五个等级，分别为非常健康
、
健康
、
亚健康
、
不健康
、
病态，并据此将各评价指标进行同水平等级划分；
S3、
采用层次分析法
‑
熵权法从主观与客观两个角度分别计算各指标数据的权重值，基于博弈论综合优化两种方法得到组合权重；
S4、
采用改进的物元可拓模型结合组合权重，计算得到河流健康的关联度，根据关联度中的最大值确定河流水环境健康评价等级
。2.
根据权利要求1所述的一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，其特征在于：所述步骤
S1
中目标层为寒区冬季河流水环境健康状况；准则层包括水资源
、
水环境
、
水生态
、
社会服务
、
生境状况；所述水资源的指标包括水资源开发利用率
、
生态流量满足程度及河流纵向连通指数，所述水环境的指标包括水质优劣程度及水功能区达标率，所述水生态的指标包括
chao
指数
、Shannon
指数
、
大型底栖无脊椎动物生物完整性指数及鱼类保有指数，所述社会服务的指标包括公众满意度，所述生境状况的指标包括河岸带植被覆盖率
、
河岸带人工干扰程度
。3.
根据权利要求1所述的一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，其特征在于，所述步骤
S1
中水资源开发利用率
、
生态流量满足程度考虑寒区冬季的河流特点，过程为：所述地表水资源开发利用率计算公式：式中：
WURI
为水资源开发利用率，％；
WS
为河流流域供水量，万
m3；
WR
为河流流域水资源量，万
m3；所述生态流量满足程度计算公式：式中：
q
d
为最小日均流量
m3/s
；
Q
为相应时段多年平均流量
m3/s
；
EF
为
10
月至次年3月最小日均日流量占相应时段多年平均流量的百分比
。4.
根据权利要求1所述的一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，其特征在于，所述步骤
S3
中权重确定的过程为：
S31
：标准化处理指标数据，具体分为正向指标和负向指标，标准化后的数值
r
ij
计算公式如下：正向指标：负向指标：
式中：
x
ij
为第
i
个评价单元中第
j
个评价指标的数值；
min(x
j
)
表示原始数据中第
j
个指标的最小值，
max(x
j
)
表示原始数据中第
j
个指标的最大值；
S32
：基于层次分析法得到寒区冬季河流水环境健康评价各指标的主观权重；
S33
：基于熵权法得到寒区冬季河流水环境健康评价各指标的客观权重；
S34
：采用博弈论方法，以纳什均衡为协调目标寻找主
、
客观权重之间的一致与协调，得到组合权重
。5.
根据权利要求4所述的一种针对寒区冬季河流的水环境健康多指标体系评价算法，其特征在于，步骤
S34
中基于博弈论对权重进行综合优化得...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭婉茜，郭亮，陶喆，唐静蕊，孟昭辉，张宝，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：