基于区间信息熵耦合协调度的水环境健康评估—诊断—优化框架构建及其在杭州湾地区的应用
《Sustainability》:Water Environmental Health Assessment and Optimization Within a Pressure–State–Response Framework: A Case Study of the Hangzhou Bay Region, China
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时间:2026年10月10日
来源:Sustainability 4.1
摘要
健康的水环境是维持生态系统功能和支撑区域可持续发展的基础。河口与海湾地区的水环境健康(WEH)管理面临着指标间年际变异性大、系统失衡和管理复杂等挑战。本研究构建了一个集成的水环境健康评估—诊断—优化(WEH-ADO)框架,该框架在压力—状态—响应(PSR)结构下,将区间信息熵(IIE)、耦合协调度分析和指标调整优化方法相结合。该框架被应用于杭州湾地区的浙江部分。通过将归一化的压力、状态和响应指标按IIE权重进行聚合构建的区域水环境健康指数(WEH指数),呈现出三个明显阶段的变化特征:早期下降、中期改善以及后期调整。与传统熵权法相比,IIE降低了高数据离散度个体指标的影响。耦合协调度分析表明,PSR各子系统之间耦合度较高,区域协调程度主要属于协调或基本协调类型。以2023年为基准年,采用遗传算法在权重和不可调指标保持不变的前提下,确定八个指标的调整水平。最优情景下,WEH指数均值由0.498提升至0.528,耦合协调度均值由0.657提升至0.681。上述变化反映的是计算指数的改善,而非模拟的水质响应结果。研究的一个关键发现是,得分最低的指标并不一定被优化模型赋予最高的调整优先级。在城市层面,杭州、宁波和绍兴三市合计贡献了WEH指数总增幅的82.3%;在指标调整层面,生态补水(29.2%)、水土保持(19.6%)、废水减排(17.1%)和化学需氧量(COD)减排(16.7%)四项合计贡献了该增幅的82.6%。总体而言,WEH-ADO框架将观测到的间年际变异性纳入指标权重体系,并将评估和子系统诊断与城市及指标层面的调整情景相衔接。
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