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基于层次分析法建立的塞罕坝环境评分系统
摘要:塞罕坝在防风固沙,保护环境、维持生态平衡和稳定等方面发不可替代要作用,在查阅相关资料后,构建塞罕坝对生态环境影响的评价模型,对塞罕坝生态修复前后,对周围环境的影响进行定量评价;为对比分析塞罕坝修复前后的环境状况,可构建塞罕坝对生态环境影响的评价模型并建立了定量反映生态环境质量的评价函数。
关键词:生态修复,层次分析,一致矩阵,评分系统,权重
为构建相关模型和函数,决定采用以层次分析法为主的主客观综合评价法[1],以此选取了塞罕坝修复前后的生物丰富度指数、植被覆盖指率、数木年龄比例合理性、林地湿地面积指数作为参考指标和变量并以上述指标为主的层次,搭建了多级评价指标从而建立起了围绕评价功能为主的层次结构模型[2]。在确定各层次各参考指标之间的权重时,为尽量减少性质不同的诸因素相互比较的困难,解决因主观比较所造成的精确度较低问题,采用了一致矩阵法构建了判断矩阵以合理分配权重,随后进行了层次单排序及其一致性检验判断出权重分配较为合理。根据所确定的参考变量和其权重建立了评价环境质量的评价函数,从而得出了修复前后各变量的具体数据。将数据代入评价函数中后得出了塞罕坝修复前后的环境指数,最后利用加权评分公式从而定量评价了评价塞罕坝修复后对环境的影响。
塞罕坝在进行治理之前存在大量退化和被侵蚀的土地,在不断治理的过程中,土地退化面积不断减小,率先开始增长植被覆盖率,紧随其后会出现生态系统变化的和水网系统的不断复杂。由于塞罕坝远离城镇,污染负荷比较小,暂且不予考虑。在对一个生态系统进行定量评价时,我们在查阅有关资料之后,引入生态系统相关参数。我们对所有参数进行合理化计算,对所有层次进行定量化计算,采用santy“一致矩阵法”,采用相对尺度,尽可能减少性质不同的因素相互比较的困难,提高准确度。判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层的一个因素得相对重要性的比较[3]。心理学家认为比较因素不宜超过九个,于是本文只采用了4个因素。对这次四个因素使用“一致矩阵法”,并建立在层次分析法之上。
参数一C1:生物丰富度指数(0.8*森林面积+0.15草地面积+0.05其他区域面积)/区域面积
参数三C2:植被覆盖指率
参数四C3:数木年龄比例合理性X10(每种年龄的数目比值,最优情况为1)
参数五C4:林地湿地面积指数(林地湿地面积/林地区域面积)
在不同环境参数影响下,塞罕坝生态环境会受到不同影响,根据每个参数对环境影响度不同,将这几种参数进行分级并进行评级:
经查阅资料后,塞罕坝修复前后数据对比如下:
建立层次结构模型之后,较为客观的进行加权分布,然后使用“一致矩阵法”判断构造了“判断矩阵”,对所建立的判断矩阵进行层次单排序以及一致性检验。
对较为客观的权重分布进行比较,比较依据如下:
标度:1,含义:表示两个因素相比,具有同样的重要性;
标度:3,含义:表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍微重要。
标度:5,含义:表示两个因素相比,一个因素比另一个因素明显重要;
标度:7,含义:表示两个因素相比,一个因素比另一个因素强烈重要;
标度:9,含义:表示两个因素相比,一个因素比另一个因素极端重要;
标度:2、4、6、8,含义:上述两相邻判断的中值。
标度:上述数字的倒数,含义:因素i和j比较判断aij,则因素j和i比较的判断aij=1/aij[4]。
计算过程如下:
由于判断矩阵是由凭借经验模糊量化的,做到完全一致是不可能的。为此,T.L. Saaty 提出随机一致性比之概念,记为CR,且当CR<0.1时,则认为一致性得到满足,否则需对矩阵进行重新调整。CR的计算公式如下:CR=CI/RI,式中CI为一致性指标,RI为比例系数,与判断矩阵的阶数n有关[5]:
阶数1、2、3、4、5、6、7、8、9所一一对应的取值为:0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45。
在该种模型定量分析下,修复后的塞罕坝是修复前的塞罕坝对生态积极影响的8.64461倍。对影响评分的参数再次进行复核计算,大约满足8倍的关系,评分结果较为客观。
模型在建立的过程中选取影响参数或者指标存在一定的主观性,虽然使用一致矩阵法或来进行修正,最后模型也无法达到十分的客观。且部分塞罕坝林场的相关数据庞大,很难做到一一甄别,所以数据可能存在偏差,计算的参数数据也无法和真实情况完全准确拟合,但该系统及该模型是充满启发性和具体化的。层次分析法也不能建立一个最合适模型建立方案,只能从主观影响因素中选取相对更优的一个选择。总体来说,模型存在着不可避免的人为主观性,但影响模型的因素通过量化处理,可以定量分析模型的变化。影响模型的因素通过查阅农学类自然科学或互联网来进行选择,具有一定的科学性和可行性。此种评分系统不仅可以在生态环境评估上使用,进一步合理改进后,可以在许多需要人为定量评价的领域使用。此系统在许多领域将抽象地描述变得量化,具体化,方便人们去研究和比较。目前来看,虽仍然存在一定的评价缺陷和主观性,但相较于定性分析,已经有了更加具体化数字化的评价体系,该系统经过改进后,可以详细的显示某些指标存在较大的差距,可以提供一个具有方向性的解决方式,帮助人们改善周围环境,或是改善改进其他领域存在的缺陷和困难。
参考文献
[1]王昕怡,牛子瑶.基于层次分析法的生态指标优化研究[J].海峡科技与产业,2022,35(03):59-62.
[2]张弼尧. 基于遥感时序分析的半干旱地区森林生态系统变化研究[D].中国地质大学(北京),2019.DOI:10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000039.
[3]梁倩玉,周军,邓琪,梁对对,邓娜,肖胜,杨涛,钟靖,孙夕雄,王晓波. 一种基于GIS空间地理分析的森林防火直升机坪布局选址方法[P]. 广东省:CN113011671B,2022-09-30.
[4]NY/T 1634-2008, 耕地地力调查与质量评价技术规程[S].
[5]杨文才. 青藏高寒草甸生态系统健康评价[D].甘肃农业大学,2010.