基于層次分析法的生態(tài)河流評價體系構(gòu)建

顏秉龍，姚力銘

（連云港市水利規(guī)劃設(shè)計院有限公司,江蘇 連云港 222003）

0 前言

生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及改善自然環(huán)境都離不開河流這一重要組成部分,通過提升水安全保障、優(yōu)化水資源配置、加強水生態(tài)修復等工作可使河湖生態(tài)狀況明顯改善,從而提升人民群眾的生活幸福感和獲得感。

為加快推進河湖生態(tài)狀況評價工作,查找生態(tài)河湖建設(shè)的短板和問題,加強河湖生態(tài)治理和保護,大力打造造福人民的幸福河湖,對河湖生態(tài)狀況評價是掌握河湖生態(tài)狀況、檢驗生態(tài)河湖建設(shè)成效的重要手段[1]。然而,因各河湖具有流域特殊性以及環(huán)境復雜性,各河湖的評價指標體系不可完全一概而論,需針對其特殊性進行評價研究工作。由此,對河流健康評價的研究愈發(fā)受到各界人士的重視[2-5]。

連云港市石安河健康河流狀況方面研究匱乏,故本文針對石安河的特定情況綜合考慮了可持續(xù)發(fā)展要求、生態(tài)方面要求等,旨在通過構(gòu)建科學的河流健康評價指標體系,進而客觀合理地對連云港市的石安河開展全面評價。

1 區(qū)域概況

石安河位于東?？h中部,地處暖溫帶濕潤季風氣候,該區(qū)常年氣候濕潤,四季分明,年均降水量為878.1 mm。該河自北向南流淌貫穿全縣,北起石梁河水庫,南至安峰山水庫,原先為石梁河水庫的輸水干渠。石安河全長55 km,總集水面積為420 km2。2012 年中小河流治理石安河整治工程對石安河（張莊閘～埝河閘段）19.8 km河道按防洪20 年一遇、排澇5年一遇的標準進行了整治。并設(shè)計河底寬25 m～30 m,底高程13.81 m,邊坡1∶2,設(shè)計堤頂高程21.31 m～21.81 m,堤頂寬5.0 m～12.0 m。同時研究區(qū)域無集中式飲用水水源地。

2 評價體系構(gòu)建

本文采取百分制評價方法作為考核石安河生態(tài)河流狀況的方式。在考核時需單獨量化各個指標,進而對各指標進行賦權(quán),以加權(quán)平均法來獲得生態(tài)河流狀況總分。

石安河生態(tài)河流狀況評價共設(shè)置“水質(zhì)優(yōu)劣程度”和“公眾滿意度”兩個否決項。對于“水質(zhì)優(yōu)劣程度”指標：若石安河水質(zhì)類別評價結(jié)果為V類以及劣V類,則不得參評生態(tài)河流。對于“公眾滿意度”指標：若公眾滿意度調(diào)查表分數(shù)低于75分,則不得參評生態(tài)河流。

建立石安河河流健康評價體系,該體系包括目標層、準則層以及指標層,見表1。

表1 石安河河流健康指標體系

表中各指標計算方法及計算結(jié)果如下[6]：

式中：Lq為評價河流中達標河流的長度,km；L為所有評價河流的總長度,km。

式中：D0為年度內(nèi)供水保證水位或流量達標的自然日個數(shù)；Dn為一年365天的總自然日數(shù)目。

石安河供水功能為農(nóng)業(yè)灌溉,灌溉用水保證率需達80%,本文按照80%頻率計算供水保證水位,2019年石安河供水水量滿足程度為100%。

式中：C13是依據(jù)水功能區(qū)的水質(zhì)達標程度進行的數(shù)值計算；G0為水功能區(qū)達到標準的數(shù)目；Dn為項目中的水功能區(qū)總和。石安河水功能區(qū)劃情況、水質(zhì)目標、起止點狀況、監(jiān)測斷面、各功能區(qū)水質(zhì)達標情況見表2。2019年石安河達標水功能區(qū)為3個。

表2 石安河水功能區(qū)及水質(zhì)監(jiān)測斷面信息表

式中：C21為Shannon Winner生物多樣性指數(shù)；s為總物種數(shù)；pi為第i個物種數(shù)占總物種數(shù)的百分比。根據(jù)采樣調(diào)查,采用Shannon Winner生物多樣性指數(shù)計算見表3,石安河浮游植物多樣性指數(shù)均值為1.5307。

表3 石安河浮游植物多樣性指數(shù)表

式中：C22為Shannon Winner生物多樣性指數(shù)；s為總物種數(shù)；pi為第i個物種數(shù)占總物種數(shù)的百分比。根據(jù)采樣調(diào)查,采用Shannon Winner生物多樣性指數(shù)計算計算見表4,石安河著生藻類多樣性指數(shù)均值為1.7061。

表4 石安河著生藻類多樣性指數(shù)表

C31采用生態(tài)水位計算方法。石安河上未設(shè)水位站,無長系列水位資料。以生物空間法確定生態(tài)水位。根據(jù)石安河浦西橋?qū)崪y地形圖可知,石安河平均河底高程約為21.8 m,河道內(nèi)魚類以草魚、鯉魚、鰱魚、鯽魚為主,其中主要的上層魚類為鰱魚,其生存水深取1.5 m,以此計算石安河最低生態(tài)水位為23.3 m。此外,由調(diào)研可得,莒城湖水位常年在24.0 m以上,高于生態(tài)水位,因此石安河生態(tài)需水滿足程度為100%。

C32為本河流的水質(zhì)類別,通常取值為評價時段內(nèi)最差水質(zhì)項目。當存在多個最差水質(zhì)類別的項目時,則需要分別對這些水質(zhì)項目進行單獨評估,最終取最低值作為計算結(jié)果。對石安河2019 年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果進行評價,參評項目有溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、氟化物等常見污染物指標。評價時段內(nèi),最差水質(zhì)項目為總氮,其實測濃度值平均值為1.41 mg/L,屬IV類水。各指標檢測結(jié)果見表5。

表5 石安河水質(zhì)評價表

式中：Aci為i岸帶的河段所具有的植被覆蓋面積,km2；Aai為i岸帶的河段所具有的總面積,km2；Lvci為河段i的長度,km；L為評價河流長度,km。

對調(diào)查河段分別進行覆蓋率計算,計算結(jié)果見表6。最終三個河段的合計得分為87.2。

表6 石安河河岸帶植被覆蓋率計算表

式中：Lu為已開發(fā)利用岸線長度,km；若Lu=0,則Rul=1；Ln為岸線總長度,km；L0為已利用岸線經(jīng)保護完好的長度,km。

式中：Ld為已劃定管理范圍的河長,km；L為評價河流總長,km。

式中：Lm為違法違章違規(guī)行為和設(shè)施占用河岸線的長度,km；Lnh為河岸線長度,km。

3 層次分析法評價石安和健康狀況的計算

3.1 權(quán)重分配

根據(jù)石安河基本情況,石安河為無集中式飲用水水源地,因此不設(shè)集中式飲用水水源地水質(zhì)達標率；石安河生態(tài)河流綜合評價標準見表7。

表7 石安河生態(tài)河流綜合評價標準

3.2 計算各指標健康值

石安河各指標的現(xiàn)狀健康值可根據(jù)上述信息計算得出。其中,水安全方面：C11防洪工程達標率為87%；C12供水水量保證程度為100%；C13水功能區(qū)水質(zhì)達標率為75%,換算為健康值分別為87分、100分、75分。水生物方面： C21河流浮游植物多樣性與C22河流著生藻類多樣性分別達到1.53與1.71,健康值評分為52.5,57.5。水生境方面：C31生態(tài)用水滿足程度達到100%,健康值取100；C32水質(zhì)優(yōu)劣程度分類中石安河水質(zhì)為Ⅳ類水,健康值綜合取值61.2分；C33河岸帶植被覆蓋度達87.2%,換算為健康值為87.2。水空間方面：C41岸線利用管理指數(shù)為73%,健康值取值73分；C42管理（保護）范圍劃定率為100%,健康值取值100分；C43綜合治理程度較低為0.09,換算為健康值,可得10分。

采用層次分析法結(jié)合上述的健康值, 則河流健康評價綜合得分為：

式中：S為河流健康綜合指數(shù)；為各評價指標的權(quán)重；Si為各評價指標的健康值。

綜合指數(shù)取值不同,代表了不同的河流健康狀況。若為90～100, 則河流健康狀況可評價為“優(yōu)”；若為75～90, 則河流健康狀況可評價為“良”；若為 60～75,則河流健康狀況可評價為“中”；若為0～60, 則為“差”。結(jié)果表明,石安河健康評價綜合得分S=70.7。

圖1為各評價指標結(jié)果的對比圖。根據(jù)綜合指數(shù)的計算結(jié)果可知,石安河健康狀況為“中”,表明石安河生態(tài)狀況處于亞健康狀態(tài),所得成果為后續(xù)治理石安河的生態(tài)環(huán)境提供了依據(jù)。

圖1 各評價指標對比圖

4 結(jié)語

本文以連云港市東?？h石安河為研究對象,采用無集中式飲用水水源地的缺層次分析法對其進行生態(tài)河流狀況的評價研究。通過從水安全、水生物、水生境、水空間,以及公眾滿意度等五方面構(gòu)建了十二項指標作為健康評價指標體系進行評價研究。根據(jù)綜合指數(shù)的計算結(jié)果可知,石安河健康狀況為“中”,表明石安河生態(tài)狀況處于亞健康狀態(tài),所得成果為后續(xù)治理石安河的生態(tài)環(huán)境提供了依據(jù)。