李文崗

摘要：河流健康是近年來(lái)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，由此建立起來(lái)的健康評(píng)價(jià)體系也逐漸開(kāi)始完善，從單一的物種指示法向指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法發(fā)展。由于河流自然特征、社會(huì)特征各異，由此產(chǎn)生的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也無(wú)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(píng)價(jià)過(guò)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(píng)判法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。這正是前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)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(qiáng)參與研究的目的所在。

關(guān)鍵詞：河流健康；評(píng)價(jià)體系；評(píng)價(jià)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(duì)人類社會(huì)發(fā)展起著非常重要的作用。同時(shí)，河流對(duì)人類活動(dòng)最為敏感，該生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動(dòng)的影響是最大的。由于河流健康（river health）評(píng)價(jià)不僅可以對(duì)人類活動(dòng)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(píng)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(xiàng)前沿?zé)狳c(diǎn)研究?jī)?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(yùn)而生的，河流健康作為一個(gè)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(shí)間內(nèi)，健康一詞也已成了一個(gè)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(gè)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(gè)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(qiáng)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(guó)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(duì)河流健康狀況的內(nèi)涵進(jìn)行界定：即河流健康狀況是對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能整體狀況的評(píng)判，是評(píng)價(jià)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(duì)于處于健康狀況的河流而言，河流對(duì)自然干擾的長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)。

總之，河流健康尚無(wú)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(kuò)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(gè)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(shí)，應(yīng)當(dāng)聯(lián)想起河流健康，要對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)健康的重要性進(jìn)行思考，了解其對(duì)人類社會(huì)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(huì)兩大屬性，所以說(shuō)，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(duì)河流的期望，反映了不同背景下的價(jià)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(lái)；具有滿足自身維持與更新的能力，使人類社會(huì)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(píng)價(jià)方法

目前，河流健康評(píng)價(jià)的主要方法有預(yù)測(cè)模型法（也有稱為指示物種法）和指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法。

預(yù)測(cè)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(lái)對(duì)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(cè)模型法有如下思路[3]：對(duì)河流的假設(shè)和實(shí)際情況進(jìn)行比較，假設(shè)的情況是河流沒(méi)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(duì)河流的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)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(diǎn)；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(yàn)?zāi)Ｐ徒⑵饋?lái)，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(duì)被評(píng)價(jià)河流理論上應(yīng)具備的生物組成（E）進(jìn)行確定；⑤對(duì)河流的實(shí)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)，將河流、土地利用和人類社會(huì)三者間的相互作用反映出來(lái)。國(guó)外指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)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(jì)劃（The EuropeanUnion Water Framework Directive）、南非的河流健康計(jì)劃RHP，和生物完整性指數(shù)IBI（Index of Biotic Integrity）。

3. 評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

河流系統(tǒng)的社會(huì)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(yùn)用指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法時(shí)，對(duì)指標(biāo)體系的建立是個(gè)極其重要的過(guò)程。

近年來(lái)在借鑒國(guó)外河流健康研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)的流域機(jī)構(gòu)，根據(jù)本流域的實(shí)際情況開(kāi)展了積極的研究工作[4]。

上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心于1999年建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，主要是針對(duì)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(yíng)養(yǎng)狀況指標(biāo)和景觀指標(biāo)4部分。

黃河水利委員會(huì)將“維持黃河健康生命”的治河新理念提了出來(lái)，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(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的研究和對(duì)比分析，從150篇相關(guān)文獻(xiàn)、45個(gè)河流健康評(píng)價(jià)體系的902項(xiàng)指標(biāo)中，篩選出4個(gè)類型8個(gè)主評(píng)指標(biāo)（表1）。

表1 河流健康評(píng)價(jià)主評(píng)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(dòng)及用水指標(biāo)

河岸植被覆蓋率 徑流量變化率 魚(yú)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(duì)城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康情況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)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(gè)方面，并依據(jù)城市河流特征將一些新指標(biāo)增加進(jìn)來(lái)，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(píng)價(jià)模型（表2）。

表2 城市河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)

序號(hào) 一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)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(wú)脊椎動(dòng)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(huì)功能 公眾態(tài)度，河道管理，防洪安全

王淑英[7]等在對(duì)東江的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，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(huì)經(jīng)濟(jì)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?cè)u(píng)價(jià)時(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)

序號(hào) 一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)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(dòng)幅度，縱向蜿蜒度變化率，水庫(kù)庫(kù)容率，河流含沙量變化率，垂向不透水率

2 河流社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(kāi)發(fā)利用度，Shannon指數(shù)

由于我國(guó)自然地理?xiàng)l件的區(qū)域變化十分明顯，因此會(huì)出現(xiàn)不同河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異。河流受到影響比較顯著的是其地處的地勢(shì)地貌和氣候特點(diǎn)。所以說(shuō)河流所處區(qū)域的自然條件不同，那么將會(huì)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(kāi)發(fā)等程度也有較大區(qū)別，社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)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(gè)指標(biāo)，諸如水文、地貌、水質(zhì)、生物及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等。該體系在選擇了具有主導(dǎo)作用的、代表性和獨(dú)立性較強(qiáng)的指標(biāo)的同時(shí)，也考慮了現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)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(shí)際應(yīng)用時(shí)可從這36項(xiàng)指標(biāo)中挑選適宜的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。

4. 計(jì)算方法的選擇

河流健康綜合評(píng)價(jià)是借助數(shù)學(xué)方法來(lái)加工、提煉一個(gè)河流健康系統(tǒng)中的很多指標(biāo)信息，進(jìn)而對(duì)健康優(yōu)劣等級(jí)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(píng)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(píng)價(jià)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(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)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(lái)，將目標(biāo)樹(shù)圖建立起來(lái)→ 將兩兩比較的判斷矩陣建立起來(lái)→對(duì)相對(duì)權(quán)重進(jìn)行確定→對(duì)子目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定→對(duì)權(quán)重一致性進(jìn)行檢驗(yàn)→對(duì)各指標(biāo)的組合權(quán)重進(jìn)行計(jì)算→對(duì)綜合指數(shù)和排序進(jìn)行計(jì)算。

層次分析法在河流健康評(píng)價(jià)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。這一方法主要是通過(guò)目標(biāo)樹(shù)的建立，將合理的組合權(quán)重計(jì)算出來(lái)，終將綜合指數(shù)計(jì)算出來(lái)這一方法對(duì)于一致性要求是符合的，無(wú)需采取一致性檢驗(yàn)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(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，而保持原指標(biāo)大量信息的一種統(tǒng)計(jì)方法。其計(jì)算步驟簡(jiǎn)述如下：對(duì)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(jì)算特征根λi的信息貢獻(xiàn)率，確定主成分的個(gè)數(shù)→將經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本指標(biāo)值代入主成分，計(jì)算每個(gè)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(duì)主成分的個(gè)數(shù)進(jìn)行適當(dāng)增加，從而來(lái)促使分析精度的提高。對(duì)于定性指標(biāo)，應(yīng)先進(jìn)行定量化；主成分分析法優(yōu)點(diǎn)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(wèn)題存在：該方法易受指標(biāo)間的信息重疊的影響，如果對(duì)多個(gè)主成分進(jìn)行加權(quán)綜合，將會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)函數(shù)缺乏應(yīng)有的區(qū)分有效度。

4.3 模糊綜合評(píng)判法

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

應(yīng)用此法的優(yōu)點(diǎn)包括：數(shù)學(xué)模型比較簡(jiǎn)單、易掌握，針對(duì)復(fù)雜問(wèn)題也能取得較好的評(píng)判效果，能夠得到全面和合理的評(píng)判結(jié)果。

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

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(shì)的量化比較分析，可以用來(lái)分析比較評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣。灰色關(guān)聯(lián)分析不僅可以作為優(yōu)勢(shì)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(lái)描述樣本與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)間的相似程度。其關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)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(píng)判結(jié)果向量，包括了m個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象。 是權(quán)重分配向量。 。E是評(píng)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(yàn)權(quán)數(shù)）和客觀權(quán)重系數(shù)，在評(píng)價(jià)模型中，非常重要的一點(diǎn)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(duì)分析對(duì)象各因素，考慮其重要程度、經(jīng)驗(yàn)而主觀確定的。諸如AHP法和專家評(píng)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(shí)際資料為依據(jù)，經(jīng)過(guò)整理、計(jì)算和分析來(lái)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(shí)間不長(zhǎng)等原因，因而對(duì)其推廣應(yīng)用不利。

6. 結(jié)語(yǔ)

河流健康評(píng)價(jià)是一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)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(píng)價(jià)多指標(biāo)體系建立的各異性，評(píng)價(jià)模型使用的多樣性等可以表明，河流健康評(píng)價(jià)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(qiáng)研究，以尋找最適宜、最有效的評(píng)價(jià)方法。

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