河流健康評價體系的發(fā)展

李文崗

摘要：河流健康是近年來關(guān)注的一個熱點問題，由此建立起來的健康評價體系也逐漸開始完善，從單一的物種指示法向指標(biāo)體系綜合評價法發(fā)展。由于河流自然特征、社會特征各異，由此產(chǎn)生的評價指標(biāo)體系也無法統(tǒng)一，至今尚未出現(xiàn)得到廣泛認(rèn)可的指標(biāo)體系的建立。并且，在評價過程中采用了多種數(shù)學(xué)方法，如：層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評判法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。這正是前沿?zé)狳c問題的特征，眾多的方法和研究投入其中，尚未找尋到最適宜的研究途徑，因此，這也是需要加強參與研究的目的所在。

關(guān)鍵詞：河流健康；評價體系；評價方法

由于河流提供了水利、資源、生態(tài)和環(huán)境等一系列功能，對人類社會發(fā)展起著非常重要的作用。同時，河流對人類活動最為敏感，該生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動的影響是最大的。由于河流健康（river health）評價不僅可以對人類活動影響河流系統(tǒng)功能的情況進(jìn)行分析，還能確定河流區(qū)段內(nèi)的環(huán)境管理和生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，因此，河流健康作為一種評估工具和技術(shù)手段，已經(jīng)逐漸成為環(huán)境學(xué)領(lǐng)域的一項前沿?zé)狳c研究內(nèi)容[1]。

1. 河流健康的概念

河流健康是在與人類健康相類比的基礎(chǔ)上在上世紀(jì)80 年代的歐洲和北美提出的，是隨著生態(tài)系統(tǒng)健康概念的出現(xiàn)應(yīng)運而生的，河流健康作為一個新興的詞匯，其涵義還處于探討階段。

“健康”是指即使受到各種不良環(huán)境的影響，也能保證系統(tǒng)維持較為穩(wěn)定的功能和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，而且依然不斷發(fā)展完善的特性。在較短的時間內(nèi)，健康一詞也已成了一個具有指導(dǎo)性意義的觀念象征。河流的研究中引入這一概念意味著定義一個功能正常、可持續(xù)的系統(tǒng)是可能的，它并不意味著這些更高水平的系統(tǒng)與個體以同樣的方式起作用。河流健康的定義最初是從生態(tài)系統(tǒng)觀出發(fā)的，它強調(diào)了河流生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性內(nèi)容的健康 [2]。

我國研究人員吳阿娜[3]等從河流生態(tài)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)及物質(zhì)和能量循環(huán)角度對河流健康狀況的內(nèi)涵進(jìn)行界定：即河流健康狀況是對河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能整體狀況的評判，是評價河流生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的有效方法，是衡量河流功能特征、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的隱喻標(biāo)準(zhǔn)。對于處于健康狀況的河流而言，河流對自然干擾的長期效應(yīng)當(dāng)是有一定的抵抗力和恢復(fù)力的，可以使自身組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長期性和功能的健全性得到保障，而且可以將正常的生態(tài)環(huán)境效益充分發(fā)揮出來。

總之，河流健康尚無統(tǒng)一的定義，最初大多是從生態(tài)系統(tǒng)健康角度出發(fā)，或者是生態(tài)系統(tǒng)健康概念在河流上的應(yīng)用。在其后期應(yīng)用中，才漸漸擴展和豐富了河流健康的內(nèi)涵。例如，河流生態(tài)系統(tǒng)指的是河流水體的生態(tài)系統(tǒng)，是一個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。它包括一系列的子系統(tǒng)，包括相關(guān)濕地、水生態(tài)系統(tǒng)和陸地河岸生態(tài)系統(tǒng)等。在人們提倡可持續(xù)發(fā)展的同時，應(yīng)當(dāng)聯(lián)想起河流健康，要對河流生態(tài)系統(tǒng)健康的重要性進(jìn)行思考，了解其對人類社會的服務(wù)功能等方面的重要作用。由于河流兼具自然和社會兩大屬性，所以說，河流健康概念帶有一定的主觀色彩，它源于河流生態(tài)系統(tǒng)健康，但又不局限于生態(tài)系統(tǒng)健康，它包含著公眾對河流的期望，反映了不同背景下的價值取向。

總體而言，河流健康的內(nèi)涵主要包括三方面：可將自身的生態(tài)環(huán)境效益發(fā)揮出來；具有滿足自身維持與更新的能力，使人類社會發(fā)展的相關(guān)需求得到滿足；且其功能完備、結(jié)構(gòu)完整[2]。

2. 評價方法

目前，河流健康評價的主要方法有預(yù)測模型法（也有稱為指示物種法）和指標(biāo)體系綜合評價法。

預(yù)測模型法[1]，主要是借助一些要素變化與河流退化程度之間的關(guān)系來對河流系統(tǒng)的健康程度進(jìn)行表征，選取要素包括河流中一些物種的數(shù)量、生產(chǎn)力以及生物量等。

預(yù)測模型法有如下思路[3]：對河流的假設(shè)和實際情況進(jìn)行比較，假設(shè)的情況是河流沒有受到任何人為的干擾前提下理論上存在的物種組成，在此基礎(chǔ)上對河流的健康狀況進(jìn)行評價。評價流程包括：①參照河流的選取，參照河流需滿足自然狀態(tài)下或人為干擾非常少的特點；②調(diào)查參照河流的生物組成和相關(guān)的物理化學(xué)特征；③將經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒⑵饋?，主要是關(guān)于參照河流生物組成和相應(yīng)物理化學(xué)特征；④對被評價河流理論上應(yīng)具備的生物組成（E）進(jìn)行確定；⑤對河流的實際生物組成（O）進(jìn)行調(diào)查；⑥O/ E的比值越接近1，那么也就意味著，這一河流與自然狀態(tài)愈發(fā)接近，也就是表明河流的健康狀況愈發(fā)的好。

指標(biāo)體系綜合評價法[1]：本方法具有多指標(biāo)、多空間和多尺度的特征，它能夠綜合生物、物理、化學(xué)等指標(biāo)，能夠?qū)恿魃踔亮饔騼?nèi)的生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評價，將河流、土地利用和人類社會三者間的相互作用反映出來。國外指標(biāo)體系綜合評價法包括澳大利亞的河流狀況系數(shù)（ISC）、瑞典的岸邊與河道環(huán)境細(xì)則（RCE）、歐盟水框架計劃（The EuropeanUnion Water Framework Directive）、南非的河流健康計劃RHP，和生物完整性指數(shù)IBI（Index of Biotic Integrity）。

3. 評價指標(biāo)的建立

河流系統(tǒng)的社會功能和生物特征出現(xiàn)差異性，是由于其自身自然屬性的不同及所處的區(qū)域位置的不同導(dǎo)致的，因此，在運用指標(biāo)體系綜合評價法時，對指標(biāo)體系的建立是個極其重要的過程。

近年來在借鑒國外河流健康研究的基礎(chǔ)上，我國的流域機構(gòu)，根據(jù)本流域的實際情況開展了積極的研究工作[4]。

上海市環(huán)境監(jiān)測中心于1999年建立的評價指標(biāo)體系，主要是針對黃浦江水環(huán)境狀態(tài)，主要涵蓋四部分內(nèi)容，有生物指標(biāo)、理化指標(biāo)、營養(yǎng)狀況指標(biāo)和景觀指標(biāo)4部分。

黃河水利委員會將“維持黃河健康生命”的治河新理念提了出來，該理念從理論體系、生產(chǎn)體系、倫理體系等角度出發(fā)，其終極目標(biāo)的主要標(biāo)志是“堤防不決口，河道不斷流，污染不超標(biāo)，河床不抬高”。

馮彥[5]等通過對大量文獻(xiàn)的研究和對比分析，從150篇相關(guān)文獻(xiàn)、45個河流健康評價體系的902項指標(biāo)中，篩選出4個類型8個主評指標(biāo)（表1）。

表1 河流健康評價主評指標(biāo)

河流生境物理指標(biāo) 水環(huán)境指標(biāo) 生物指標(biāo) 人類活動及用水指標(biāo)

河岸植被覆蓋率 徑流量變化率 魚類生物完整性指數(shù) 流域天然植被覆蓋率

河流連通性 水質(zhì)達(dá)標(biāo)率 水資源利用率

濕地保留率

王琳[6]等在對城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康情況進(jìn)行評價時，對指標(biāo)系統(tǒng)的建立借鑒了ISC的形態(tài)特征、河流水文學(xué)、水質(zhì)、河岸帶狀況及水生生物5個方面，并依據(jù)城市河流特征將一些新指標(biāo)增加進(jìn)來，諸如河流管理、防洪安全等，還建立了包括生態(tài)、環(huán)境和水文等眾多方面的綜合指標(biāo)體系和層次綜合評價模型（表2）。

表2 城市河流健康評價指標(biāo)

序號 一級指標(biāo) 二級指標(biāo)

1 水質(zhì)特征 葉綠素a，總磷，濁度，化學(xué)需氧量，溶解氧

2 生物指標(biāo) 浮游藻類（Shannon-wiener指數(shù)），大型無脊椎動物

3 形態(tài)結(jié)構(gòu) 河道彎曲程度，河岸、河床穩(wěn)定性，河道護(hù)岸形式

4 水文特征 水深，流速，流量

5 河濱帶狀況 河濱帶寬度，植被結(jié)構(gòu)完整性，縱向連續(xù)性

6 社會功能 公眾態(tài)度，河道管理，防洪安全

王淑英[7]等在對東江的健康狀況進(jìn)行評價時，除了考慮到河流的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征外，同樣也加入了河流的社會經(jīng)濟功能的指標(biāo)。由于東江與玉秀河，是處于完全不同的河流狀態(tài)，因此，他們評價時所采用的指標(biāo)體系也存在非常大的差異。

表3 東江健康評價指標(biāo)

序號 一級指標(biāo) 二級指標(biāo)

1 河流形態(tài)結(jié)構(gòu) 橫向聯(lián)通率，主河道槽橫向擺動幅度，縱向蜿蜒度變化率，水庫庫容率，河流含沙量變化率，垂向不透水率

2 河流社會經(jīng)濟功能 防洪工程措施完善率，河流供水保證率，飲用水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，人均可利用水量

3 河流生態(tài)功能 河流生境多樣性指數(shù)，河流生態(tài)需水保證率，河流脈動指數(shù)變化率，河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，河口徑流指標(biāo)，流域植被指標(biāo)，水資源開發(fā)利用度，Shannon指數(shù)

由于我國自然地理條件的區(qū)域變化十分明顯，因此會出現(xiàn)不同河流健康評價指標(biāo)的差異。河流受到影響比較顯著的是其地處的地勢地貌和氣候特點。所以說河流所處區(qū)域的自然條件不同，那么將會很大程度上導(dǎo)致其水文、地貌和生物系統(tǒng)等的差異較大；自然帶和區(qū)域不同，水資源利用、水能開發(fā)等程度也有較大區(qū)別，社會經(jīng)濟發(fā)展的區(qū)域也有較大的差異。

張晶[8]等為了減少河流健康評價指標(biāo)選擇的隨意性，提出的河流健康全指標(biāo)體系，涵蓋了五大方面36個指標(biāo)，諸如水文、地貌、水質(zhì)、生物及社會經(jīng)濟等。該體系在選擇了具有主導(dǎo)作用的、代表性和獨立性較強的指標(biāo)的同時，也考慮了現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)水平、數(shù)據(jù)的易獲取性等，以做到全面、客觀，充分的體現(xiàn)河流健康的特征。實際應(yīng)用時可從這36項指標(biāo)中挑選適宜的指標(biāo)來評價。

4. 計算方法的選擇

河流健康綜合評價是借助數(shù)學(xué)方法來加工、提煉一個河流健康系統(tǒng)中的很多指標(biāo)信息，進(jìn)而對健康優(yōu)劣等級進(jìn)行判斷[9]。目前，在該領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的方法包括：層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評判法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。

4.1 層次分析法（AHP法）

AHP法主要是劃分評價目標(biāo)，使其成為若干的層次和指標(biāo)，根據(jù)權(quán)重的不同來進(jìn)行綜合評價。對分析系統(tǒng)中諸多因素間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而將層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系確定下來，將目標(biāo)樹圖建立起來→ 將兩兩比較的判斷矩陣建立起來→對相對權(quán)重進(jìn)行確定→對子目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定→對權(quán)重一致性進(jìn)行檢驗→對各指標(biāo)的組合權(quán)重進(jìn)行計算→對綜合指數(shù)和排序進(jìn)行計算。

層次分析法在河流健康評價領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。這一方法主要是通過目標(biāo)樹的建立，將合理的組合權(quán)重計算出來，終將綜合指數(shù)計算出來這一方法對于一致性要求是符合的，無需采取一致性檢驗措施，相比較其它標(biāo)度，其判斷傳遞性較好，標(biāo)度值較為合理。

4.2 主成分分析法

主成分分析法該法是將多個指標(biāo)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)，而保持原指標(biāo)大量信息的一種統(tǒng)計方法。其計算步驟簡述如下：對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換并求相關(guān)系數(shù)矩陣Rm×n→求出R的特征根λi及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正交化特征向量αi →計算特征根λi的信息貢獻(xiàn)率，確定主成分的個數(shù)→將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本指標(biāo)值代入主成分，計算每個樣本的主成分得分。

本方法在指標(biāo)數(shù)多且相關(guān)程度密切的情況下，優(yōu)越性較高；如果指標(biāo)數(shù)少，那么就可以對主成分的個數(shù)進(jìn)行適當(dāng)增加，從而來促使分析精度的提高。對于定性指標(biāo)，應(yīng)先進(jìn)行定量化；主成分分析法優(yōu)點明顯，諸如合理性、可比性、全面性以及可行性等，但也有一些問題存在：該方法易受指標(biāo)間的信息重疊的影響，如果對多個主成分進(jìn)行加權(quán)綜合，將會導(dǎo)致評價函數(shù)缺乏應(yīng)有的區(qū)分有效度。

4.3 模糊綜合評判法

該方法是對模糊關(guān)系合成的特性加以應(yīng)用，通過隸屬等級狀況進(jìn)行多指標(biāo)的綜合性評判。

應(yīng)用此法的優(yōu)點包括：數(shù)學(xué)模型比較簡單、易掌握，針對復(fù)雜問題也能取得較好的評判效果，能夠得到全面和合理的評判結(jié)果。

在模糊綜合評判過程中，自然而然地解決了指標(biāo)的可綜合性問題，無需專門指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。該方法在主、客觀指標(biāo)的綜合評判上都比較適用。高宇婷[12]等采用模糊矩陣法對懷沙河進(jìn)行了健康狀況評價。鄧曉軍[13]等采用模糊綜合評價模型對漓江的城市段河流健康狀況進(jìn)行了評價。

4.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

灰色關(guān)聯(lián)度分析是系統(tǒng)態(tài)勢的量化比較分析，可以用來分析比較評價對象的優(yōu)劣?；疑P(guān)聯(lián)分析不僅可以作為優(yōu)勢分析的基礎(chǔ)，而且也是進(jìn)行科學(xué)決策的依據(jù)，所以得到廣泛的應(yīng)用。

作為一種多指標(biāo)分析方法，灰色關(guān)聯(lián)度模型主要是依據(jù)各指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)度來描述樣本與評價標(biāo)準(zhǔn)間的相似程度。其關(guān)聯(lián)度越大，說明樣本就越接近所表征的健康狀態(tài)，反之亦然。

基本思路是根據(jù)模型：R=E*W。在該式中： 是綜合評判結(jié)果向量，包括了m個被評價對象。 是權(quán)重分配向量。 。E是評判矩陣：

5. 權(quán)重系數(shù)的分析

權(quán)重系數(shù)可分為主觀權(quán)重系數(shù)（又稱經(jīng)驗權(quán)數(shù)）和客觀權(quán)重系數(shù)，在評價模型中，非常重要的一點就是確定權(quán)重。主觀權(quán)重系數(shù)，顧名思義指的是人們針對分析對象各因素，考慮其重要程度、經(jīng)驗而主觀確定的。諸如AHP法和專家評分法；這一方法盡管成熟，卻缺乏客觀性?？陀^權(quán)重系數(shù)是以實際資料為依據(jù)，經(jīng)過整理、計算和分析來將權(quán)重系數(shù)算出，如離差法和CR ITIC法；由于這一方法存在不完善，研究時間不長等原因，因而對其推廣應(yīng)用不利。

6. 結(jié)語

河流健康評價是一個熱點研究問題。多方面的情況如：河流健康概念的認(rèn)知不統(tǒng)一，健康評價多指標(biāo)體系建立的各異性，評價模型使用的多樣性等可以表明，河流健康評價的研究尚處于起步階段，還未出現(xiàn)共同認(rèn)可的有效方法。因此，這更加需要加強研究，以尋找最適宜、最有效的評價方法。

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