海城市毛祁河治理前后健康程度綜合評(píng)價(jià)

黃廣玲

(海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

近年來，城市化的發(fā)展和人類大規(guī)模開發(fā)建設(shè)活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)環(huán)境造成較大的不利影響，不同城市的河流生態(tài)健康均受到一定程度的破壞。所以，為實(shí)現(xiàn)河流水清岸綠景美的目標(biāo)和保障河道防洪排澇安全，國(guó)內(nèi)外相繼開展了一系列恢復(fù)河流生態(tài)的治理工程，然而河流健康程度與城市河流修復(fù)措施、現(xiàn)狀健康狀況之間還未形普遍適用的評(píng)價(jià)體系[1-2]。

河流健康評(píng)價(jià)是一種能夠全面、及時(shí)診斷河道治理狀況的有效方法，對(duì)此眾多學(xué)者開展了健康程度評(píng)價(jià)研究，例如彭勃、蔡其華、劉曉燕等深入研究了黃河流域、長(zhǎng)江流域的河流健康評(píng)價(jià)體系及其時(shí)空變化特征，結(jié)合不同流域的實(shí)際情況概述了河流健康的內(nèi)涵并提出了有效的評(píng)價(jià)方法；董哲仁、王超等認(rèn)為河流既要具備資源和生態(tài)功能，還要滿足水資源合理利用和維持生態(tài)健康要求[3-7]。然而，現(xiàn)有研究還未形成統(tǒng)一完善、成熟完善的評(píng)價(jià)體系和研究方法。所以，考慮河流生態(tài)系統(tǒng)特征和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景，構(gòu)建適用性強(qiáng)且滿足河流管理要求的健康程度評(píng)價(jià)體系十分必要，可為維持區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)環(huán)境平衡和實(shí)現(xiàn)河流水資源可持續(xù)利用提供重要依據(jù)。

鑒于此，文章以海城市毛祁河治理工程為例，將物元可拓理論和綜合集成賦權(quán)法相耦合定量分析了河流治理前后的健康程度，可為保護(hù)河流自然環(huán)境和生態(tài)治理提供理論依據(jù)。

1 河流概況

毛祁河發(fā)源于海城市毛祁鎮(zhèn)，主要流經(jīng)曹家堡、牛圈溝、吳家溝、付家村、二道溝、張家堡、金家口子、南毛、北毛、小河等11個(gè)村莊，總河長(zhǎng)16km，控制面積87km2，平均河寬28m，平均比降4.25‰。毛祁河為大陸性季風(fēng)氣候，氣候特征為四季分明、暴雨特多、冬季漫長(zhǎng)、雨雪充沛、干濕冷暖分明，選用代表站海城站作為毛祁河氣象特征統(tǒng)計(jì)[8-10]。

根據(jù)海城市整體景觀結(jié)構(gòu)和總體規(guī)劃要求，為實(shí)現(xiàn)岸綠景美、水清河暢建設(shè)目標(biāo)，對(duì)毛城市毛祁河段開展綜合治理，治理河段長(zhǎng)12.1km(2+300-14+400)。工程治理建設(shè)任務(wù)為：①采用矽膠涂塑網(wǎng)墊生態(tài)護(hù)坡處理2+300—14+400斷面左右岸，坡比為1∶2。②對(duì)左右岸高程不滿足5年一遇的河段披邦漲頂。③清淤整平處理2+300—14+400斷面河底。

2 毛祁河健康評(píng)價(jià)模型

2.1 健康程度評(píng)價(jià)體系

城市河流通常發(fā)源于或徑流城區(qū)，對(duì)其健康評(píng)價(jià)屬于一項(xiàng)涉及景觀環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及自然生態(tài)等方面的復(fù)雜系統(tǒng)。生態(tài)健康的河流不僅能夠維持其各種社會(huì)服務(wù)功能，而且可以保持物理、生物及化學(xué)上的完整性，河流自然功能和社會(huì)功能保持平衡穩(wěn)定。

為了更加系統(tǒng)、全面的構(gòu)建毛祁河健康程度評(píng)價(jià)體系，對(duì)現(xiàn)有相關(guān)研究成果采用頻率統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行分析，并結(jié)合城市河流特點(diǎn)和河流治理工程措施利用Delphi法提取特有參數(shù)，采用AHP層次分析法建立多要素、多層次梯階層次框架，從防洪排澇、河流景觀、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)服務(wù)、河道管理5個(gè)方面選取的18項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

表1 毛祁河河流健康程度評(píng)價(jià)體系及治理前后的指標(biāo)值

2.2 綜合集成賦權(quán)法計(jì)算權(quán)重

綜合考慮各評(píng)價(jià)因子客觀信息和主觀意見，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重利用綜合集成賦權(quán)法求解，選用熵值法和序關(guān)系法(G1法)確定主、客觀權(quán)重，將這兩大類賦權(quán)法用“加法”集成后獲取最終的權(quán)重。

(1)

式中：k1、k2為待求系數(shù)，且滿足條件k1+k2=1、k1>0、k2>0。根據(jù)主、客觀要素對(duì)毛祁河健康程度評(píng)價(jià)的影響情況，取k1=k2=0.5。

2.3 健康程度綜合評(píng)價(jià)模型

針對(duì)多環(huán)境要素和功能目標(biāo)的不相容性一般選用可拓物元法，而河流生態(tài)系統(tǒng)涉及到的要素多且各因素間具有不相容性，因此考慮選用物元可拓法評(píng)價(jià)河流健康程度。自然界中的“非此亦彼”的過度狀態(tài)利用可拓集中的“即是又非”的臨界概念描述，在識(shí)別和評(píng)判過程中擺脫了“非此即彼”的限制，其適用范圍十分廣泛。

定義描述研究對(duì)象的物元為R=(N，C，V)，其中N、C、V分別為事物的名稱、特征及其量值，建模流程如下：

1)經(jīng)典域和節(jié)域的確定。根據(jù)河道治理實(shí)際情況和目標(biāo)要求，將健康程度劃分為m個(gè)等級(jí)(N1、N2、…、Nm)，由此形成的經(jīng)典域物元Ri如下：

(2)

式中：Xij=(aij，bij)為評(píng)價(jià)因子cj關(guān)于健康等級(jí)Ni的量值域，即不同評(píng)價(jià)等級(jí)下各要素的取值區(qū)間。

設(shè)P為河流健康評(píng)價(jià)的全體特征量值，特征Np關(guān)于評(píng)價(jià)因子cj的量值區(qū)間表示為Xpi=(api，bpi)，其中i=1，2，…，n，則形成的節(jié)域物元Rp可表示為：

(3)

取Rp?Ri，顯然Xij?Xpi。

2)待評(píng)物元的確定。根據(jù)河道治理工程相關(guān)資料和各指標(biāo)數(shù)值，構(gòu)造待評(píng)物元R0的表達(dá)式為：

(4)

3)構(gòu)造關(guān)聯(lián)函數(shù)。采用具體的函數(shù)值定量描述各項(xiàng)評(píng)價(jià)因素之間的不相容關(guān)系，河流健康評(píng)價(jià)各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度計(jì)算式為：

(5)

式中：xj為河流健康評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值；ρ(xj，Xij)、ρ(xj，XPj)為代表經(jīng)典域區(qū)間Xij=(aij，bij)、節(jié)域區(qū)間XPj=(aPj，bPj)到實(shí)軸上任一點(diǎn)xi的距離。采用下式計(jì)算點(diǎn)到區(qū)間的距離，即：

(6)

(7)

|xij=|aij-bij|

(8)

河流健康程度綜合評(píng)價(jià)等級(jí)及各項(xiàng)指標(biāo)的健康等級(jí)利用綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)、各指標(biāo)關(guān)聯(lián)函數(shù)值確定。

3 毛祁河健康程度評(píng)價(jià)

3.1 物元評(píng)價(jià)模型

將毛祁河健康等級(jí)依據(jù)物元可拓性劃分為病危、輕度病危、亞健康、健康和特別健康5個(gè)等級(jí)，設(shè)P={N1，N2，N3，N4，N5}，其中N1={病危}、N2={輕度病危}、N3={亞健康}、N4={健康}、N5={特別健康}。將毛祁河健康評(píng)價(jià)節(jié)域和經(jīng)典域采用德爾菲法構(gòu)造，結(jié)果如表2。

表2 河流健康評(píng)價(jià)經(jīng)典域和節(jié)域

表1中的各指標(biāo)值即為待評(píng)物元值，將河流健康評(píng)價(jià)各因子值輸入模型即可獲取不同等級(jí)下各要素關(guān)聯(lián)度。然后對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重利用綜合集成賦權(quán)法確定，從而確定河流健康綜合關(guān)聯(lián)度。生態(tài)治理前毛祁河健康程度為N1等級(jí)，詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表3。同理，計(jì)算確定生態(tài)治理后毛祁河健康程度為N5級(jí)，不再贅述其運(yùn)算過程。

表3 毛祁河治理前的健康程度

續(xù)表3 毛祁河治理前的健康程度

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 河流治理前健康狀態(tài)

1)治理前評(píng)價(jià)分析。生態(tài)治理前毛祁河健康程度隸屬于N1等級(jí)，即處于病危狀態(tài)，亟需采取有效的整治措施。

2)選取景觀多樣性指數(shù)C8為例，詳細(xì)說明毛祁河各單項(xiàng)因子治理前的健康狀況。根據(jù)表3可知，不同評(píng)價(jià)等級(jí)下指標(biāo)C8的關(guān)聯(lián)度為K8(C81)-K8(C85)為0.252、-0.255、-0.550、-0.620、-0.705，根據(jù)K(C8)=max{K8(C8j)}，(j=1，2，…，5)=0.252，由此可認(rèn)為該要素為N1等級(jí)，即處于病危狀態(tài)，可見河流生態(tài)治理前的景觀多樣性指數(shù)處于病危水平。河流物種多樣性少且景觀結(jié)構(gòu)單一，在治理過程中應(yīng)注重對(duì)該方面的提升。同理，可分析確定其他各項(xiàng)要素狀況。

3)根據(jù)以上計(jì)算方法和流程確定各要素健康程度，其中處于亞健康的指標(biāo)有娛樂設(shè)施指數(shù)、河岸植被覆蓋率、灌溉有效利用系數(shù)和植物多樣性指數(shù)，其它要素均達(dá)到病危狀態(tài)，對(duì)此應(yīng)采取有針對(duì)性的整治措施。

4)結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果，植被覆蓋率、水生物種完整性指數(shù)、排澇達(dá)標(biāo)率和水質(zhì)優(yōu)良度對(duì)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)的影響較大，毛祁河治理工程實(shí)施時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此方面的治理。

3.2.2 河流治理后健康狀態(tài)

生態(tài)治理項(xiàng)目的實(shí)施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流處于N5級(jí)特別健康狀態(tài)。雖然治理后毛祁河綜合評(píng)價(jià)達(dá)到特別健康水平，但水質(zhì)優(yōu)良度、植物和景觀多樣性指數(shù)、水生生物完整性指數(shù)、縱向連通性指數(shù)、管理制度等達(dá)到N4級(jí)健康水平，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。結(jié)合工程實(shí)際和現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，分析其原因?yàn)椋?/p>

1)河道治理工程尚未移交管理方和投資方，因此并未真正使用和發(fā)布管理制度中的有關(guān)細(xì)則、辦法，建議后續(xù)管理中要做到建管并重，不斷完善河流管理體系。

2)項(xiàng)目的實(shí)施在一定程度上改善了河流水質(zhì)，但沒有達(dá)到Ⅳ類及以上水質(zhì)要求，因此要多方排查未達(dá)標(biāo)原因并加強(qiáng)對(duì)上游水源的管理，確保未增加新的污染源和污水廠處理中水全部達(dá)標(biāo)。

3)水生生物完整性指數(shù)由于河道治理工程的實(shí)施遭到一定的破壞，要完全恢復(fù)完善需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此建議工程運(yùn)行一定年度后做再次評(píng)價(jià)，從而更加客觀、準(zhǔn)確的反映河流健康水平。毛祁河植物和景觀多樣性仍存在一定的提升空間，為提高物種多樣性和避免景觀結(jié)構(gòu)單一，建議采取近自然式河道治理措施。

4 結(jié) 論

1)對(duì)河流健康程度綜合關(guān)聯(lián)度和評(píng)價(jià)要素單關(guān)聯(lián)度利用綜合集成賦權(quán)-物元模型評(píng)價(jià)，較為系統(tǒng)、客觀的反映了河流治理前后的生態(tài)變化情況。

2)通過比較分析毛祁河治理前后的健康水平，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)體系和計(jì)算模型的科學(xué)有效性，結(jié)果顯示生態(tài)治理項(xiàng)目的實(shí)施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流處于N5級(jí)特別健康狀態(tài)，但部分指標(biāo)仍存在一定的提升空間。