CN106203823A - 城市水环境发展质量综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，包括：步骤一、查询资料，得到与城市水环境发展质量有关的11个指标；步骤二、根据步骤一中11个指标建立第j个城市的水资源量、耗水量、排水量和水质情况的量化模型；步骤三、计算各指标权重，建立第j个城市的水环境发展质量得分模型；步骤四、对步骤一中11个指标进行无量纲处理，并将其代上述模型中，得到各城市的水环境质量得分；步骤五、对各城市得分进行分级，评价各城市的水环境质量。本发明具有可将各城市水环境发展质量进行量化评分，方便提出建议的有益效果。

Description

城市水环境发展质量综合评价方法

技术领域

本发明涉及一种质量评价方法，更具体地说，本发明涉及一种城市水环境发展质量综合评价方法。

背景技术

我国2013年9月，国务院《关于加强城市基础设施建设的意见》明确提出：到2015年，保障城市水安全、修复城市水生态，消除劣Ⅴ类水体，改善城市水环境。近年来，通过《重点流域水污染防治规划》的实施，国家水环境质量得到了明显改善，同时，流域水环境管理机制仍需不断创新和完善，基本解决了重点流域水污染防治中的突出问题。但目前人民群众关于提高水环境质量的呼声仍然高涨。

我国幅员辽阔，地区差异显著，对全国地级及以上城市的水环境发展质量进行统一评价存在难度，建立全国统一城市水环境发展质量评价体系时要充分考虑地域差异，避免出现“一刀切”现象。所以亟需要一套基于环境保护部业务专项，针对目前我国城市水环境发展中存在的主要问题，对全国地级市及以上城市的水环境状况进行调查，建立不同城市水环境分级、分类的办法，并提出相应的管理措施，这对改善城市水环境的状况具有重要意义。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，包括：

步骤一、查询资料，通过水资源量、耗水量、排水量和水质情况4个类别，查询第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j等11个指标，并将这11个指标确定为影响城市水环境质量的指标；保证了数据来源的可靠性、可得性、易理解、易推广以及易对比的特点；

步骤二、根据上述11个指标建立第j个城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标的量化模型：

A_1j＝(B_1j，B_2j)，A_2j＝(B_3j，B_4j，B_5j)，

A_3j＝(B_6j，B_7j，B_8j，B_9j)，A_4j＝(B_10j，B_11j)；

上述四大指标可以从水资源量、耗水量、排水量和水质情况四个方面综合地概括城市水环境质量；

步骤三、计算第j个城市的资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标在城市水环境评价中所占权重W₁、W₂和、W₃和W₄，建立第j个城市的水环境发展质量得分模型WRI：

WRI＝(|A_1j|W₁+|A_2j|W₂+|A_3j|W₃+|A_4j|W₄)

其中，|A_1j|、|A_2j|模、|A_3j|和|A_4j|分别为A_1j、A_2j、A_3j和A_4j的模；

所述WRI得分模型可以将各城市水环境发展质量做出量化，方便比较和评价；

步骤四、采用SPSS对步骤一中11个指标进行标准化无量纲处理，并将其代入步骤三中第j个城市的水环境发展质量得分模型WRI中，得到各个城市的水环境发展质量得分；

所述11个指标去量纲化处理使各个指标的数据得以统一，去除各不同指标的不同单位对评价结果带来的影响；

步骤五、对步骤四数据进行分级，将各城市水环境发展质量得分WRI划分为优秀、良好、一般和较差四个等级，划定等级之间的阈值，并判定各城市水环境发展质量得分等级，评价各城市的水环境质量。

对各城市的水环境发展质量得分进行等级划分，可有效地针对水环境质量处于各级别的城市进行不同的评价，并给出建议。

优选的是，所述一种城市水环境发展质量综合评价方法，还包括：

步骤六、按照步骤五所采用的分级办法对城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j以及水质情况A_4j的数据均进行分级为优、良、中和差四个等级，划定等级之间阈值，并判定各城市四项指标的等级，整体评价各城市水环境发展质量，并有针对性地评价各城市的水环境质量。

将城市的水资源量、耗水量、排水量和水质情况这四项指标分别进行等级划分，能发现各城市水环境质量的具体问题，并有针对性地给出具体建议。

优选的是，所述步骤三中计算第j个城市的资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标在城市水环境评价中所占权重W_１、W₂、W₃和W₄包括以下步骤：

采用层次分析法，通过判断矩阵计算上述四大指标的权值，随后对所述权重W₁、W₂、W₃和W₄进行一致性检验，并确定所得权值均在误差允许范围内。

计算第j个城市的资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j以及水质情况A_4j这四大指标在城市水环境评价中所占权重W₁、W₂和、W₃和W₄，随后对所述权重W₁、W₂和、W₃和W₄进行一致性检验；进行一致性的检验可以确保上述四个指标的可靠性。

优选的是，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤a、将第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j和污水处理厂集中处理率B_9j等11个指标中，有利于城市水环境质量的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j设置为正向指标，另外6项指标设置为负向指标，在上述11个指标数据处理中，对负向指标取倒数，正向指标不变。

将上述11个指标分为正向指标和负向指标并进行不同的处理可以使各指标更真实可靠的反映各指标对城市水环境质量的影响。

优选的是，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤b、采用SPSS16.0，利用标准化法，对人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j等11个指标进行标准化无量纲化处理；进行无量纲化处理可消除各指标不同单位对评价结果的影响。

优选的是，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤c、计算|A_1j|、|A_2j|和、|A_3j|和|A_4j|，计算式为：

$\left|A_{1j}\right|=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{2j}\right|=\sqrt{\underset{i=3}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{3j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{4j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

其中，w_i为各个指标B_ij所占权重。

其中，w_i为各个指标B_ij所占权重，上述四大指标的计算，将11个指标结合在一起，量化评价，方便做出比较。

优选的是，所述步骤五中通过自然断点法对各城市水环境发展质量得分WRI划分为优秀、良好、一般和较差四个等级，并确定各等级的阈值：

优选的是，所述步骤五中，当第j个城市的WRI值大于0.496时，其水环境质量为优秀；当第j个城市的WRI值在0.359～0.496之间时，其水环境质量为良好；当第j个城市的WRI值在0.240～0.359之间时，其水环境质量为一般；当第j个城市的WRI值小于0.240时，其水环境质量为较差。

各等级的划分将有利于对各城市的水环境质量得分进行归类，并有针对性地做出综合评价和提供建议。

本发明至少包括以下有益效果：可以将各城市的水环境发展质量通过综合计算可获取到的数据，进行量化评分，并根据所得评分划分等级，更好的对各城市的水环境质量做出评价和提供建议。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，包括：

步骤一、查询《2014年中国水资源公报》(中华人民共和国水利部、水利水电出版社，2015.09)《中国省市经济发展年鉴》(中国统计出版社，2015.06)《中国城市建设统计年鉴》(2014.09)，根据水资源量、耗水量和排水量3个类别，查询第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j等9个指标，查询《地表水环境质量评价方法(试行)》根据水质情况查询国控断面达标率B_10j以及水质得分B11j等2个指标，并将以上这11个指标确定为影响城市水环境质量的指标；保证了数据来源的可靠性、可得性、易理解、易推广以及易对比的特点；

步骤二、根据上述11个指标建立第j个城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标的量化模型：

A_1j＝(B_1j，B_2j)，A_2j＝(B_3j，B_4j，B_5j)，

A_3j＝(B_6j，B_7j，B_8j，B_9j)，A_4j＝(B_10j，B_11j)；

上述四大指标可以从水资源量、耗水量、排水量和水质情况四个方面综合地概括城市水环境质量；

步骤三、采用层次分析法，通过判断矩阵计算上述四大指标的权值，随后对所述权重W₁、W₂、W₃和W₄进行一致性检验，并确定所得权值均在误差允许范围内，建立第j个城市的水环境发展质量得分模型WRI：

WRI＝(|A_1j|W₁+|A_2j|W₂+|A_3j|W₃+|A_4j|W₄)

其中，|A_1j|、|A_2j|模、|A_3j|和|A_4j|分别为A_1j、A_2j、A_3j和A_4j的模；

进行一致性的检验可以确保上述四个指标的可靠性，所述WRI得分模型可以将各城市水环境发展质量做出量化，方便比较和评价；

步骤四、

a)将第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j和污水处理厂集中处理率B_9j等11个指标中，有利于城市水环境质量的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j设置为正向指标，另外6项指标设置为负向指标，在上述11个指标数据处理中，对负向指标取倒数，正向指标不变。

b)采用SPSS16.0，利用标准化法，对人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j等11个指标进行标准化无量纲化处理；进行无量纲化处理可消除各指标不同单位对评价结果的影响。

c)计算|A_1j|、|A_2j|和、|A_3j|和|A_4j|，计算式为：

$\left|A_{1j}\right|=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{2j}\right|=\sqrt{\underset{i=3}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{3j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{4j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

其中，w_i为各个指标B_ij所占权重，上述四大指标的计算，将11个指标结合在一起，量化评价，方便做出比较。

为了计算w_i，本发明采用的方法首先建立我国城市水环境系统指标体系的结构模型，即建立目标层、准则层和指标层；随后构造每一个层次的判断矩阵，对于判断矩阵采用1-9的标度法，如下表所示：

标度	含义
		1	表示两个因素相比具有相同的重要性
3	表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍微重要
		5	表示两个因素相比,一个因素比另一个因素明显重要
7	表示两个因素相比,一个因素比另一个因素强烈重要
		9	表示两个因素相比,一个因素比另一个因素极端重要
2，4，6，8	表示介于上述两个判断矩阵中间的情况
		倒数	因素i与j的比较的判断aij，则因素j与i的比较判断aii＝l/aij

随后根据专家咨询法，对每一层次的指标进行一一对比，参照上表对指标进行赋值后可以建立指标系统的判断矩阵，设某一准则层下的判断矩阵为A_n×n：

$A_{n\×n}=\left\{\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ......& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ......& a_{2n}\\ ......& ......& ......& ......\\ a_{n1}& a_{n2}& ......& a_{n3}\end{array}\right.$

a_ij＞0，a_ij＝1/a_ji，其中i、j＝1，2，3…n；

随后再对上述矩阵按列进行归一化、将正规化的矩阵按行相加以及计算权重向量，其中所述权重向量即为所求权重的近似值；

随后再检验所述权重的近似值的一致性性和分析其误差，当其一致性以及误差落在可以接受的范围内，即认为所述权重的近似值可以作为权向量，否则重新构造判断矩阵；

最后，通过上面权重的计算我们可以得出各个具体指标相对于上一层次的权重，而层次组合权重指的是某一层的所有指标对于目标层的相对重要性的权值。

在本发明中，通过对统计年鉴数据、公报等数据的收集、编辑和整理，根据前面的指标权重的计算方法计算权重：

准则层判断矩阵计算如下：

城市水环境发展质量	水资源量	用水情况	排水情况	水质情况	Wi
						水资源量情况	1	1/3	1/3	1/3	0.0979
用水情况	3	1	1	1/3	0.2104
						排水情况	3	1	1	1/3	0.2104
水质情况	3	3	3	1	0.4813

判断矩阵n＝4，λ_max＝4.1554，一致性检验结果CR＝0.0582<0.1，通过检验。

用水情况判断矩阵计算如下：

用水情况	单位GDP用水	人均用水	地均用水	Wi
					单位GDP用水	1	1	1	0.3333
人均用水	1	1	1	0.3333
					地均用水	1	1	1	0.3333

判断矩阵n＝3，λ_max＝3.0，一致性检验结果CR＝0<0.1，通过检验。

排水情况判断矩阵计算如下：

判断矩阵n＝3，λ_max＝4，一致性检验结果CR＝0<0.1，通过检验。

水质情况判断矩阵计算如下：

最后，由以上计算得到指标体系综合权重：

步骤五、通过自然断点法对各城市水环境发展质量得分，可以通过得分分布图看出，城市数量按照城市水环境发展质量得分明显呈正态分布，这符合统计学规律。大部分城市得分分布在中等的范围，而较差和优秀的城市数量相对较少。WRI划分为优秀、良好、一般和较差四个等级，分级方法的确定采用自然断点法(Natural Break)，该方法是地理信息系统(GIS)技术中常用的分级方法。自然断点法的思想是根据数据的分布规律，将数据集中不连续的位置作为数据集合的判定依据，其实质是对数据进行聚类分析，使组内的方差和最小，组间的方差和最大，达到组内数据差异最小，组间数据差异最大的效果。

并通过数据的聚类，确定4个分级的阈值：当第j个城市的WRI值大于0.496时，其水环境质量为优秀；当第j个城市的WRI值在0.359～0.496之间时，其水环境质量为良好；当第j个城市的WRI值在0.240～0.359之间时，其水环境质量为一般；当第j个城市的WRI值小于0.240时，其水环境质量为较差。上述阈值并不是固定不变的，而是随着统计数据的变化，而做出相应地调整。

各等级的划分将有利于对各城市的水环境质量得分进行归类，并有针对性地做出综合评价和提供建议。划定等级之间的阈值，并判定各城市水环境发展质量得分等级，评价各城市的水环境质量。

步骤六、按照步骤五所采用的分级办法对城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j以及水质情况A_4j的数据均进行分级为优、良、中和差四个等级，划定等级之间阈值，并判定各城市四项指标的等级，整体评价各城市水环境发展质量，并有针对性地评价各城市的水环境质量。

将城市的水资源量、耗水量、排水量和水质情况这四项指标分别进行等级划分，能发现各城市水环境质量的具体问题，并有针对性地给出具体建议。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (8)

1.一种城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j11个指标；

步骤二、根据上述11个指标建立第j个城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标的量化模型：

A_1j＝(B_1j，B_2j)，A_2j＝(B_3j，B_4j，B_5j)，

A_3j＝(B_6j，B_7j，B_8j，B_9j)，A_4j＝(B_10j，B_11j)。

步骤三、计算第j个城市的资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标在城市水环境评价中所占权重W₁、W₂、W₃和W₄，计算第j个城市的水环境发展质量得分WRI；

WRI＝(|A_1j|W₁+|A_2j|W₂+|A_3j|W₃+|A_4j|W₄)

其中，|A_1j|、|A_2j|、|A_3j|和|A_4j|分别为A_1j、A_2j、A_3j和A_4j的模；

步骤四、采用SPSS对步骤一中11个指标进行标准化无量纲处理，并将其代入步骤三中第j个城市的水环境发展质量得分模型WRI中，得到第j个城市的水环境发展质量得分；

步骤五、根据步骤四得到的第j个城市水环境发展质量得分WRI判断第j个城市的水环境质量。

2.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，还包括：

步骤六、按照步骤五所采用的分级办法对城市的水资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j以及水质情况A_4j的数据均进行分级为优、良、中和差四个等级，划定等级之间阈值，并判定各城市四项指标的等级，整体评价各城市水环境发展质量，并有针对性地评价各城市的水环境质量。

3.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤三中计算第j个城市的资源量A_1j、耗水量A_2j、排水量A_3j和水质情况A_4j这四大指标在城市水环境评价中所占权重W₁、W₂、W₃和W₄包括以下步骤：

采用层次分析法，通过判断矩阵计算上述四大指标的权值，随后对所述权重W₁、W₂、W₃和W₄进行一致性检验，并确定所得权值均在误差允许范围内。

4.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤a、将第j个城市的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j和污水处理厂集中处理率B_9j等11个指标中，有利于城市水环境质量的人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j设置为正向指标，另外6项指标设置为负向指标，在上述11个指标数据处理中，对负向指标取倒数，正向指标不变。

5.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤b、采用SPSS16.0，利用标准化法，对人均水资源量B_1j、地均水资源量B_2j、单位GDP水耗量B_3j、人均水耗量B_4j、地均水耗量B_5j、污水排放量B_6j、人均污水排放量B_7j、地均污水排放量B_8j、污水处理厂集中处理率B_9j、国控断面达标率B_10j以及水质得分B_11j等11个指标进行标准化无量纲化处理。

6.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：

步骤c、计算|A_1j|、|A_2j|和、|A_3j|和|A_4j|，计算式为：

$\left|A_{1j}\right|=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{2}{\&Sigma;}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{2j}\right|=\sqrt{\underset{i=3}{\overset{5}{\&Sigma;}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{3j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\&Sigma;}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

$\left|A_{4j}\right|=\sqrt{\underset{i=6}{\overset{9}{\&Sigma;}}{w}_i{B}_{ij}^2}$

其中，w_i为各个指标B_ij所占权重。

7.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤五中通过自然断点法对各城市水环境发展质量得分WRI划分为优秀、良好、一般和较差四个等级，并确定各等级的阈值。

8.如权利要求1所述的城市水环境发展质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤五中，当第j个城市的WRI值大于0.496时，其水环境质量为优秀；当第j个城市的WRI值在0.359～0.496之间时，其水环境质量为良好；当第j个城市的WRI值在0.240～0.359之间时，其水环境质量为一般；当第j个城市的WRI值小于0.240时，其水环境质量为较差。