長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

廖迎娣，范俊浩，張 歡，張?jiān)娒?，?達(dá)

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)長(zhǎng)江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院，江蘇 南京 210098)

長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)地勢(shì)低平、水資源豐富、岸線利用率高、人類開發(fā)活動(dòng)高度密集[1-2],是我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，發(fā)展較為迅速的地區(qū)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染物大量進(jìn)入河流區(qū)域，河流生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重威脅[3]。在此背景下，堅(jiān)持開發(fā)與保護(hù)并重，實(shí)現(xiàn)人水和諧，加強(qiáng)改善流域水生態(tài)環(huán)境已成為區(qū)域發(fā)展的重要議題[4-5]。

生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)輸(調(diào))水和磁化誘導(dǎo)等生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已成為目前研究熱點(diǎn)[6-7]，其中，生態(tài)護(hù)岸是集防洪、景觀、社會(huì)和生態(tài)為一體的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在河流治理工程中已得到越來越多的應(yīng)用[8-9]。但是，針對(duì)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響或修復(fù)效果的評(píng)價(jià)還缺少有效的方法。基于此，本文采用頻度分析法和相關(guān)性分析法，結(jié)合長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有關(guān)于生態(tài)護(hù)岸、河流生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)等的研究成果進(jìn)行分析，篩選關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可為實(shí)現(xiàn)生態(tài)護(hù)岸效果的定量化評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則與方法

生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)實(shí)質(zhì)上是評(píng)價(jià)生態(tài)護(hù)岸工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的效果，是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。在體系構(gòu)建和指標(biāo)選取過程中應(yīng)遵循科學(xué)性、代表性、層次性和可操作性等原則[10]。本文采用層次分析法構(gòu)建目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目標(biāo)層代表生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響程度；準(zhǔn)則層是對(duì)目標(biāo)層和指標(biāo)層之間影響機(jī)制的分類概括和解釋說明[11]；指標(biāo)層則是由多個(gè)能夠直接反映河流生態(tài)系統(tǒng)狀況的指標(biāo)組成。根據(jù)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響方式以及健康河流的特征，本文提出以水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)5個(gè)方面作為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層，在此基礎(chǔ)上分別確定關(guān)鍵性指標(biāo)，以全面評(píng)估生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選包含3個(gè)步驟：①指標(biāo)梳理。在查閱2007—2021年發(fā)表的80余篇與河流生態(tài)健康、生態(tài)護(hù)岸、河流生態(tài)修復(fù)效果和水生態(tài)文明等相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，梳理出具有代表性且包含具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的文獻(xiàn)共55篇，涉及評(píng)價(jià)指標(biāo)共222個(gè)。②初步篩選。按照已構(gòu)建的準(zhǔn)則層將上述評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，以指標(biāo)采用頻次代表該指標(biāo)的認(rèn)可度，采用頻度分析法篩選出采用頻次不少于4次的指標(biāo)作為候選指標(biāo)。③適應(yīng)性遴選。遵循指標(biāo)選取原則，根據(jù)指標(biāo)的內(nèi)涵對(duì)候選指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，避免各指標(biāo)間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)或表達(dá)重復(fù)。

2.1 水質(zhì)狀況

水質(zhì)狀況指標(biāo)反映生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流水質(zhì)的影響程度以及自凈能力的恢復(fù)程度，經(jīng)過初步篩選共有溶解氧、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷、生化需氧量、總氮、河道水質(zhì)類別、酸堿度、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬、飲用水安全保證率、底泥平均污染指數(shù)、河道內(nèi)底質(zhì)和大腸桿菌群等15項(xiàng)候選指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)采用頻次分別為20次、17次、16次、15次、11次、7次、6次、5次、5次、5次、5次、5次、4次、4次和4次。優(yōu)先選取采用頻次不少于6次的指標(biāo)，即溶解氧、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷、生化需氧量和總氮7項(xiàng)指標(biāo)。其中，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率屬于綜合性指數(shù)，其內(nèi)涵包含其他6項(xiàng)指標(biāo)，能夠反映河流水質(zhì)的總體狀況，但它在揭示與其他指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度上存在困難[12]；溶解氧、氨氮等6項(xiàng)理化參數(shù)指標(biāo)能直觀反映河流健康的問題所在，進(jìn)而能夠?qū)ι鷳B(tài)護(hù)岸的維護(hù)與管理提出針對(duì)性的指導(dǎo)意見。如溶解氧的高低與大型無脊椎動(dòng)物數(shù)量密切相關(guān)[13]；氨氮會(huì)對(duì)魚類造成攝食降低、生長(zhǎng)減緩和組織損壞等危害，與魚類的存活狀況相關(guān)[14]。由于長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)河流流速緩慢，水動(dòng)力條件較弱，水體污染以富營養(yǎng)化為主[1]，上述6項(xiàng)指標(biāo)可以反映河流水體營養(yǎng)化和自凈能力。綜上分析將水質(zhì)狀況關(guān)鍵指標(biāo)定為溶解氧(C1)、氨氮(C2)、化學(xué)需氧量(C3)、總磷(C4)、生化需氧量(C5)和總氮(C6)6項(xiàng)，數(shù)據(jù)的采集與標(biāo)準(zhǔn)可參照SL 219—2013《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》以及GB 3838—2002《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 生物狀況

生物狀況指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對(duì)魚類、底棲動(dòng)物、浮游生物和藻類等生物的存活狀況的影響，經(jīng)過初步篩選共有底棲動(dòng)物多樣性、浮游植物多樣性、浮游動(dòng)物多樣性、魚類多樣性指數(shù)、珍稀水生物存活狀況、魚類完整性指數(shù)和固著藻類多樣性等7項(xiàng)候選指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)采用頻次分別為23次、22次、17次、8次、8次、7次和6次。在河流生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中，底棲動(dòng)物、浮游植物、浮游動(dòng)物和魚類從屬于不同的層次，分別代表著不同的生命形態(tài)和營養(yǎng)類型[15]。其中，浮游動(dòng)物多樣性與底棲動(dòng)物多樣性之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，不宜同時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]；底棲動(dòng)物生命周期較長(zhǎng)，能反映長(zhǎng)期生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)程度[17]，因此保留底棲動(dòng)物多樣性指標(biāo)，剔除浮游動(dòng)物多樣性指標(biāo)；珍稀水生物存活狀況在大部分地區(qū)缺乏歷史資料的參考，且在實(shí)際操作過程中該類生物難以捕捉，不符合可操作性原則，予以剔除；魚類多樣性指數(shù)和魚類完整性指數(shù)均受漁民濫放、濫捕等人為因素的干擾，并不能客觀反映生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流魚類生存的影響，且后者是包括物種豐富度指標(biāo)、群落結(jié)構(gòu)組成指標(biāo)等16項(xiàng)分指標(biāo)的綜合性指標(biāo)，其獲取過程極其煩瑣，因此這兩項(xiàng)指標(biāo)均剔除。綜上分析，將生物狀況關(guān)鍵指標(biāo)定為采用頻次較高的底棲動(dòng)物多樣性(C7)和浮游植物多樣性(C8)2項(xiàng)，兩者均可采用Shannon-Weaner多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：H為Shannon-Weaner物種多樣性指數(shù)；K為總的物種數(shù)；Pk為物種k的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值。

2.3 水文特征

水文特征指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流水文要素的影響，經(jīng)過初步篩選共有生態(tài)流量保障程度、流速分布、流量過程變異程度、水土流失率、水溫變異程度和水量等6項(xiàng)候選指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)采用頻次分別為25次、11次、11次、9次、8次和6次。其中，生態(tài)流量保障程度出現(xiàn)頻次最高，該指標(biāo)主要通過河流長(zhǎng)序列水文數(shù)據(jù)來反映河流的水文特征，且能夠同時(shí)表征流量過程變異程度和水量，因此剔除流量過程變異程度和水量這兩項(xiàng)指標(biāo)。由于建造生態(tài)護(hù)岸的首要目的是保護(hù)河岸免受沖刷，所以水土流失在本文所研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中不具有代表性。綜上分析，將水文特征關(guān)鍵指標(biāo)定為生態(tài)流量保障程度(C9)、流速分布(C10)和水溫變異程度(C11)3項(xiàng)。

生態(tài)流量是維持水生生物存在、污染物稀釋自凈、河流水沙平衡和生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的最小流量[18]，而在高度人工化城市中生態(tài)流量是指能保障城市河流連通性和景觀娛樂等功能正常發(fā)揮的流量條件[19]，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的特征，評(píng)估計(jì)算生態(tài)流量。考慮到長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)水資源時(shí)間分布不均的特點(diǎn)，生態(tài)流量保障程度可用評(píng)估年河道實(shí)測(cè)日均流量大于生態(tài)基流的天數(shù)占總天數(shù)的比例來表征[20]，計(jì)算公式如下：

C9=(ds/365)×100%

(2)

式中ds為評(píng)估年實(shí)測(cè)日均流量達(dá)到河道生態(tài)流量的天數(shù)。

河流生態(tài)環(huán)境中不同流速條件更利于不同生物群落的聚集[21]，且流速分布與河流物質(zhì)的交換擴(kuò)散以及泥沙輸移有關(guān)，在一定程度上影響著河流的自凈能力[1]。流速分布可根據(jù)河流斷面流速分布的差異程度進(jìn)行定性描述。

水溫是水環(huán)境變化的重要驅(qū)動(dòng)因子，水溫的改變會(huì)直接或間接影響河流水質(zhì)狀況和水生生物狀況[17]。水溫變異程度可由評(píng)估年逐月實(shí)測(cè)月均水溫與多年平均月均水溫變異最大值表示[22]，計(jì)算公式如下：

(3)

2.4 地貌特征

地貌特征指標(biāo)主要用以表征生態(tài)護(hù)岸對(duì)河岸帶與河道自然結(jié)構(gòu)形態(tài)特征的影響，河流地貌直接影響著水生生物棲息環(huán)境的質(zhì)量，很大程度上決定著河流生物的種類及其群落的結(jié)構(gòu)組成，是維持河流健康的重要前提[23]。經(jīng)過初步篩選共有河岸帶植被覆蓋率、縱向連通性、岸坡穩(wěn)定性、蜿蜒度、河床穩(wěn)定性、護(hù)岸形式、天然濕地保留率、河岸植被結(jié)構(gòu)完整性、河道渠化程度、岸坡傾角、河岸帶寬度、河岸緩沖帶寬度、橫向連通性、水系連通性、岸坡抗蝕性、岸坡高度和滲透性等17項(xiàng)候選指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)采用頻次為30次、20次、20次、15次、14次、10次、9次、8次、8次、7次、7次、6次、5次、5次、4次、4次和4次。由于指標(biāo)較多，優(yōu)先選用認(rèn)可度較高、采用頻次不少于8次的指標(biāo)。其中，河岸帶植被覆蓋率與河岸植被結(jié)構(gòu)完整性均表征河岸帶植被狀況，內(nèi)容存在交叉，選取采用頻次較高的河岸帶植被覆蓋率指標(biāo)；生態(tài)護(hù)岸應(yīng)以保證岸坡穩(wěn)定為前提條件進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，岸坡穩(wěn)定性指標(biāo)不具有代表性，予以剔除；護(hù)岸形式和河道渠化程度的內(nèi)涵有所關(guān)聯(lián)，均反映河岸渠化或硬質(zhì)化的影響，選取采用頻次較高的護(hù)岸形式指標(biāo)；天然濕地保留率屬于面源指標(biāo)，不適用于評(píng)價(jià)河段尺度，予以剔除。綜上分析，將地貌特征關(guān)鍵指標(biāo)定為河岸帶植被覆蓋率(C12)、縱向連通性(C13)、蜿蜒度(C14)、河床穩(wěn)定性(C15)和護(hù)岸形式(C16)5項(xiàng)。

河岸帶是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，河岸帶植被覆蓋率是表征河岸帶植物群落存活狀況的量化指標(biāo)，能間接反映河流的水土保持度和生境質(zhì)量，計(jì)算公式如下：

C12=(Sp/S)×100%

(4)

式中：Sp為河岸帶植被占有面積；S為河岸帶總面積。

河流物質(zhì)循環(huán)、信息交換和生物遷徙在縱向上的暢通程度影響著水質(zhì)、生物群落種類等參數(shù)的時(shí)空分布，縱向連通性表征河流縱向連通程度，計(jì)算公式如下：

C13=N/l

(5)

式中：N為研究河段攔河建筑物的數(shù)量；l為研究河段沿河流中線的實(shí)際長(zhǎng)度。

彎曲是河流的自然屬性，河流的蜿蜒曲折有利于流速的多樣性分布、多種生境的形成和水生生物群落的發(fā)展，蜿蜒度表征河流的彎曲程度，計(jì)算公式如下：

C14=l/L

(6)

式中L為研究河段河流的直線長(zhǎng)度。

較為穩(wěn)定的河床有利于水位的穩(wěn)定，能夠營造良好生物棲息地，河床穩(wěn)定性是表征河床穩(wěn)定程度的指標(biāo)，反映河床在縱向、橫向和垂向維持自身結(jié)構(gòu)形態(tài)平衡的能力。該指標(biāo)為定性指標(biāo)。

不同的護(hù)岸形式對(duì)兩棲動(dòng)物影響極大，最優(yōu)形式為對(duì)河流橫向連通無干擾的護(hù)岸，最差則為直立式硬質(zhì)護(hù)岸。護(hù)岸形式為定性指標(biāo)，反映陸地系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間能量、信息和物質(zhì)交換通道的順暢程度。

2.5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)

河流生態(tài)系統(tǒng)不但承載著自然服務(wù)功能，同時(shí)也承載著社會(huì)服務(wù)功能[24]，社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)在社會(huì)服務(wù)功能以及經(jīng)濟(jì)效益兩方面的影響。經(jīng)過初步篩選共有防洪能力、水資源開發(fā)利用率、建造維護(hù)成本、社會(huì)公共認(rèn)可度、文化美學(xué)功能、水能資源開發(fā)利用率、供水保證率、休閑娛樂功能、通航保證率、可親水度、景觀舒適度、排澇能力、維護(hù)成本、建筑材料環(huán)保性和景觀多樣性等15項(xiàng)候選指標(biāo)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)采用頻次分別為21次、15次、11次、10次、8次、8次、7次、7次、7次、6次、6次、6次、5次、5次和4次。優(yōu)先選取采用頻次不少于8次的指標(biāo)。防洪能力一般由河流達(dá)標(biāo)堤防長(zhǎng)度與河流總堤防長(zhǎng)度的比值來表示，而生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)需滿足防洪要求，所以該指標(biāo)予以剔除；水資源開發(fā)利用率和水能資源開發(fā)利用率是指流域內(nèi)各類生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水的總量占流域內(nèi)水資源的比重，與本評(píng)價(jià)指標(biāo)體系所針對(duì)的河段研究尺度不符，數(shù)據(jù)不易獲取，予以剔除；社會(huì)公共認(rèn)可度、文化美學(xué)功能都表達(dá)了群眾對(duì)河流生態(tài)景觀美學(xué)功能的滿意程度，均為定性指標(biāo)，為了盡可能減少定性指標(biāo)數(shù)量以降低主觀因素的影響，選擇社會(huì)公共認(rèn)可度來涵蓋其他指標(biāo)的功能。綜上分析，將社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵指標(biāo)定為建造維護(hù)成本(C17)和社會(huì)公共認(rèn)可度(C18)2項(xiàng)。

景觀化是生態(tài)護(hù)岸在保障水安全和生態(tài)健康基礎(chǔ)上的一項(xiàng)有益補(bǔ)充，提升了河岸水景觀效果，但過度景觀化卻是浪費(fèi)國家資源的不良現(xiàn)象，因此需定性分析工程建造維護(hù)成本是否經(jīng)濟(jì)合理。

社會(huì)公共認(rèn)可度是指居民或游客對(duì)河岸帶景觀、休閑娛樂等設(shè)施的滿意程度，可以從景觀的文化美學(xué)性、休閑娛樂豐富度和景觀多樣性等方面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研打分。該指標(biāo)為定性指標(biāo)。

3 評(píng)價(jià)方法

通過以上分析，從水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)5個(gè)方面構(gòu)建包含13項(xiàng)定量指標(biāo)與5項(xiàng)定性指標(biāo)的生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，采用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法定量評(píng)價(jià)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，最終可得到生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)：

圖1 生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(7)

式中：I為綜合影響指數(shù)；Wi為第i個(gè)準(zhǔn)則層權(quán)重；wj為第i個(gè)準(zhǔn)則層中第j個(gè)指標(biāo)在該準(zhǔn)則層所占的權(quán)重；Fij為第i個(gè)準(zhǔn)則層中第j個(gè)指標(biāo)的賦分值；ni為第i個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)數(shù)。

各指標(biāo)賦分等級(jí)定為理想狀態(tài)(4分)、健康(3分)、亞健康(2分)、不健康(1分)和病態(tài)(0分)共5個(gè)等級(jí)。在對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行賦分時(shí)，應(yīng)盡量參照國家或行業(yè)明確的適用標(biāo)準(zhǔn)，確定各等級(jí)的賦分區(qū)間或定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；若無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可參考，則可通過借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果、區(qū)域規(guī)劃要求或采用專家咨詢等方法來確定。

在實(shí)際工程評(píng)價(jià)過程中，應(yīng)首先對(duì)上述18項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)、定量計(jì)算或定性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行賦分，再選擇合適的賦權(quán)方法確定各準(zhǔn)則層和指標(biāo)的權(quán)重，按照式(7)計(jì)算出生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)I。根據(jù)Ⅰ級(jí)(3.2

4 結(jié) 語

本文采用頻度分析法和相關(guān)性分析法，構(gòu)建了水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)5個(gè)方面18項(xiàng)指標(biāo)的生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了各項(xiàng)指標(biāo)的賦分方法和生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)計(jì)算方法以及生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可為長(zhǎng)江下游平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)護(hù)岸建設(shè)與評(píng)價(jià)提供科學(xué)手段。生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的多層次、多因素的綜合評(píng)價(jià)過程，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合研究區(qū)域的特點(diǎn)，充分分析各項(xiàng)指標(biāo)的敏感性，合理確定指標(biāo)和準(zhǔn)則層的權(quán)重，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河流健康的實(shí)際影響。