高宇婷，高甲榮，顧 嵐，張 雪，錢斌天，王 越

（北京林業(yè)大學(xué) 水土保持和荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

河流健康評(píng)估是一種根據(jù)某些與河流價(jià)值相關(guān)聯(lián)的特定指標(biāo)，以自然狀態(tài)河段為本底值，對(duì)人為活動(dòng)或自然條件突變所造成的受干擾河溪生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能作整體健康評(píng)判的方法[1]，為威脅河流生態(tài)健康的問題及河流治理提供科學(xué)的解釋與依據(jù)[2]。河流健康評(píng)估作為一種評(píng)估河流生態(tài)系統(tǒng)完整性和可持續(xù)性的管理工具，有助于科學(xué)團(tuán)體和公眾之間的溝通，喚起社會(huì)對(duì)人類強(qiáng)加于河流影響的關(guān)注，對(duì)于流域可持續(xù)管理和河流生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

河流健康評(píng)估有多種方法，其中單一的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、專家打分綜合分析法對(duì)河流的評(píng)價(jià)會(huì)略顯單薄與主觀，模糊綜合評(píng)判法是應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，從多個(gè)因素對(duì)被評(píng)判事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合評(píng)判的一種方法。在模糊綜合評(píng)判中，指標(biāo)的可綜合性問題是在模糊綜合評(píng)判過程中自然解決的，不需要專門的指標(biāo)無量綱化處理。該方法適用性較強(qiáng)，既可用于主觀指標(biāo)的綜合評(píng)判，又可用于客觀指標(biāo)的綜合評(píng)判。由于在現(xiàn)實(shí)世界中亦此亦彼的模糊現(xiàn)象大量存在，所以模糊綜合評(píng)判方法的應(yīng)用非常廣泛[3]，特別是在主觀指標(biāo)的綜合評(píng)判中，模糊綜合評(píng)判可以發(fā)揮模糊方法的獨(dú)特作用，評(píng)價(jià)結(jié)果要優(yōu)于其它方法。因此本文利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)懷沙河的河流生態(tài)健康進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

Schofield認(rèn)為河流健康是水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于支持和保持關(guān)鍵生態(tài)過程和相似于本區(qū)域內(nèi)無干擾的生物棲息地的多物種構(gòu)成的、具有生物多樣性和功能性組織的群落的能力[4]。文伏波等認(rèn)為河流健康是指河流在人類開發(fā)利用和自身對(duì)干擾所具有抵抗力和恢復(fù)力的共同作用下，能保持合理的自然結(jié)構(gòu)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)正常的水、物質(zhì)及能量的循環(huán)及健全的功能，包括良好的生態(tài)環(huán)境功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能，滿足人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展需求，最終形成人類對(duì)河流的開發(fā)與保護(hù)平衡的良性循環(huán)[5]。綜上所述，河流的自我修復(fù)功能在河流健康中處于重要位置，因此河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)應(yīng)重視對(duì)河流自我修復(fù)功能的評(píng)價(jià)。

董哲仁等提出將“可持續(xù)利用的生態(tài)健康河流”作為河流管理的目標(biāo)和評(píng)估工具，認(rèn)為河流健康評(píng)估的內(nèi)容包括物理—化學(xué)評(píng)估、生物棲息地質(zhì)量評(píng)估、水文評(píng)估和生物評(píng)估[6]。將上述評(píng)估內(nèi)容側(cè)重于河流自我修復(fù)功能來歸類，河流健康評(píng)價(jià)總體概括為地貌（承載水體）、生態(tài)（流域生物）、水文（維持河流生態(tài)系統(tǒng)存在和平衡）三個(gè)準(zhǔn)則層。這三個(gè)準(zhǔn)則層相互依存、相互影響、相互輔助構(gòu)成河流自我修復(fù)的有機(jī)體。而根據(jù)具體實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)使用的方法可將河流評(píng)價(jià)目標(biāo)層定為定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)。

定性評(píng)價(jià)可以通過對(duì)特定狀態(tài)下河流生態(tài)系統(tǒng)的描述，確定其所處的近自然狀況，具有普遍性和通用性，適用于大范圍的河流生態(tài)評(píng)價(jià)。目前國(guó)際上通用的評(píng)價(jià)體系指標(biāo)如RIVPACS，AUSRIVAS，ISC，IRC，AQEM多采取定性評(píng)價(jià)的方式以滿足不同地區(qū)的需要，實(shí)現(xiàn)不同評(píng)價(jià)體系結(jié)果的通用。定量評(píng)價(jià)可以對(duì)所測(cè)指標(biāo)進(jìn)行量化，其結(jié)果更具客觀性。在評(píng)價(jià)方面可彌補(bǔ)定性指標(biāo)主觀上對(duì)河流評(píng)價(jià)造成的偏差。河流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 河流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

2 模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)例

模糊綜合評(píng)價(jià)是通過查閱已有的河流評(píng)價(jià)研究方 法[7]以 及 數(shù) 學(xué) 建 模 思 想[8－9]等 構(gòu) 建 等 級(jí) 模 糊 子集[10－13]，把反映生態(tài)河岸帶的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化（即確定各指標(biāo)的隸屬度），然后利用模糊變換對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

步驟1：對(duì)準(zhǔn)則層的各指標(biāo)進(jìn)行層次單排序，確定其權(quán)重并對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

步驟2：利用準(zhǔn)則層中所有層次單排序結(jié)果，計(jì)算準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層而言元素的重要性權(quán)值。

步驟3：用模糊矩陣法來計(jì)算各樣點(diǎn)的近自然隸屬度值。

根據(jù)指標(biāo)層的單排序和準(zhǔn)則層的再排序，進(jìn)行所有目標(biāo)層指標(biāo)的總排序（表2）。

定性評(píng)價(jià)的水文特征中清澈程度所占的權(quán)重最大，是河流健康評(píng)價(jià)的重要影響因素（表2）。將上述評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于懷沙河的健康評(píng)價(jià)，選取典型斷面進(jìn)行調(diào)查（典型斷面需覆蓋懷沙河流域）。在調(diào)查時(shí)選取13個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，用卷尺測(cè)量河寬、水深、緩沖帶植被寬，用羅盤測(cè)量岸坡坡度，緩沖帶結(jié)構(gòu)完整性的測(cè)定是在典型斷面河道兩側(cè)設(shè)置1個(gè)5m×5m的喬灌樣方，然后在其對(duì)角線上設(shè)置3個(gè)1m×1m的草本樣方，記錄植物的種類、蓋度等特征，隨后與未受干擾的河段進(jìn)行比較，得出其等級(jí)值。用北京中西儀器出品的BD80系列野外便攜式試劑盒測(cè)溶解氧、氨氮、磷酸鹽含量。定性指標(biāo)則當(dāng)場(chǎng)觀測(cè)記錄，借鑒相關(guān)研究成果以及國(guó)內(nèi)外適用標(biāo)準(zhǔn)得出的河流近自然評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)比分析其他區(qū)域河流，建立懷沙河的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分為自然、近自然、退化自然、人工4級(jí)[14－15]。

懷沙河發(fā)源于懷柔區(qū)沙峪鄉(xiāng)南、北葦灘，經(jīng)三岔村進(jìn)入長(zhǎng)城后，與響水湖支流匯合后形成干流，流經(jīng)沙峪，辛營(yíng)，于城關(guān)鄉(xiāng)凱村附近入懷柔水庫(kù)。全長(zhǎng)28.7km，流域面積175.2km2，其中平原17.2km2，沿河有多處泉水匯入，年均流量4 765萬(wàn)m3，河道有較大的坡度，水流較急，風(fēng)景秀美，景觀宜人；受人為活動(dòng)影響仍然較大，有各類養(yǎng)殖業(yè)，旅游業(yè)，水體受到一定的污染。

表2 河流評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.1 定量評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)測(cè)值和標(biāo)準(zhǔn)值[15]，利用模糊模型計(jì)算整條河流各指標(biāo)隸屬于不同等級(jí)的隸屬度值，將其與指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，確定模糊關(guān)系運(yùn)算矩陣，求得各指標(biāo)評(píng)價(jià)值：

懷沙河地貌特征指標(biāo)（B1－1）定量評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河地貌特征隸屬于人工狀態(tài)等級(jí)。

懷沙河水文特征指標(biāo)（B1－2）定量評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河水文特征隸屬于自然狀態(tài)等級(jí)。

懷沙河生態(tài)特征指標(biāo)（B1－3）定量評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河生態(tài)特征隸屬于人工狀態(tài)等級(jí)。

2.2 定性評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)河流進(jìn)行評(píng)價(jià)，將整條河總體評(píng)價(jià)結(jié)果與指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，確定模糊關(guān)系運(yùn)算矩陣，求得各指標(biāo)評(píng)價(jià)值，懷沙河地貌特征指標(biāo)（B2－1）定性評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河地貌特征隸屬于退化自然等級(jí)。

懷沙河水文特征指標(biāo)（B2－2）定性評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河水文特征隸屬于近自然等級(jí)。

懷沙河生態(tài)特征指標(biāo)（B2－3）定性評(píng)價(jià)向量為：

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則，從計(jì)算結(jié)果可以看出，懷沙河生態(tài)特征隸屬于近自然等級(jí)。

通過計(jì)算分別可得定量和定性的地貌、生態(tài)、水文的指標(biāo)層評(píng)價(jià)向量B集。

由此可以看出，懷沙河定量評(píng)價(jià)地貌、生態(tài)、水文3個(gè)指標(biāo)層分別為人工狀態(tài)（1）、自然狀態(tài)（4）、人工狀態(tài)（1）。

懷沙河定性評(píng)價(jià)地貌、生態(tài)、水文3個(gè)指標(biāo)層分別為退化自然狀態(tài)（2）、近自然狀態(tài)（3）、近自然狀態(tài)（3）。

將權(quán)重與各指標(biāo)值加權(quán)運(yùn)算（人工狀態(tài)（1）、退化自然狀態(tài)（2）、近自然狀態(tài)（3）、自然狀態(tài)（4）），可計(jì)算出懷沙河總體河流健康狀況指數(shù)：

A＝（0.373593×1＋0.527056×4＋0.099351×1）×0.5＋（0.37353×2＋0.527056×3＋0.099351×3）×0.5＝2.60

由此可知，懷沙河整體處于近自然狀態(tài)與自然狀態(tài)之間，其中定量評(píng)價(jià)中的地貌、水文指標(biāo)較差，需采取淺灘深潭、生態(tài)治污等措施進(jìn)行修復(fù)，使其逐步恢復(fù)到健康狀態(tài)。

2.3 懷沙河典型河道分段評(píng)價(jià)

根據(jù)河流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取懷沙河典型河道，利用模糊模型進(jìn)行河流健康綜合評(píng)價(jià)，詳見表3。三岔、渤海、口頭綜合得分較高，屬近自然狀態(tài)。四渡河、南冶、辛營(yíng)綜合得分較低，在河流生態(tài)恢復(fù)中還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，接近退化自然狀態(tài)。其余河段介于兩者之間。

表3 懷沙河典型河道分段評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)值

影響分值高低的主要指標(biāo)是水文特征指標(biāo)，因此在河流生態(tài)恢復(fù)過程中要高度重視河流的水文特征值的變化。

通過建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法可以計(jì)算出各評(píng)價(jià)河樣帶的自然度，從而歸屬其所處的自然性等級(jí)。

3 結(jié)論

（1）本文在根據(jù)河流健康定義上確定以地貌、生態(tài)、水文為準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)懷沙河進(jìn)行了基于模糊矩陣的河流健康評(píng)價(jià)，該評(píng)價(jià)方法所得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符合。

（2）用模糊評(píng)價(jià)和層次分析相結(jié)合的方法對(duì)懷沙河進(jìn)行了評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，該河流總體得分為2.6分，其中自然狀態(tài)占整條河段的41%，近自然狀態(tài)占整條河段的32%，退化自然狀態(tài)占整條河段的27%。

（3）洞臺(tái)和景峪兩段為地下河，在調(diào)查時(shí)無法測(cè)得其各項(xiàng)指標(biāo)，但水質(zhì)由出水處推測(cè)為良好。

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