許曉艷（遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)110003）

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遼寧省主要河流演變規(guī)律綜合評(píng)價(jià)

許曉艷
（遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)110003）

［摘要］由于人類活動(dòng)和氣候變化等因素的影響，遼寧省河道形態(tài)以及徑流都發(fā)生不同程度的變化，為此，進(jìn)行遼寧省主要河流演變的綜合評(píng)價(jià)研究，對(duì)遼寧省典型河流演變情況進(jìn)行定量綜合分析評(píng)價(jià)。

［關(guān)鍵詞］遼寧省河流演變綜合評(píng)價(jià)

隨著人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)河流自然功能的影響，導(dǎo)致遼寧省河道逐漸萎縮現(xiàn)象，河道形態(tài)以及徑流都發(fā)生不同程度的變化，有相當(dāng)部分河流生態(tài)功能出現(xiàn)問(wèn)題。為此，進(jìn)行了河流演變綜合評(píng)價(jià)研究，探索遼寧省河流演變規(guī)律及成因，對(duì)遼寧省典型河流演變情況進(jìn)行定量綜合分析評(píng)價(jià)，成果可為制定河流生態(tài)保護(hù)措施以及水利工程規(guī)劃和運(yùn)用等方面都提供科學(xué)依據(jù)。

1　河流演變綜合評(píng)價(jià)模型

1.1河流綜合改變度

河流是自然界與人類交互作用的重要場(chǎng)所，具有生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的雙重屬性。從河流形態(tài)結(jié)構(gòu)、水文、水生態(tài)3方面出發(fā)，借用模糊數(shù)學(xué)思想，提出“河流綜合改變度”，對(duì)河流演變情況進(jìn)行綜合分析。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)

確定河流演變?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)體系。河道形態(tài)：采用特定水位下過(guò)水面積、最低點(diǎn)高程、河道過(guò)水能力來(lái)表征河道形態(tài)的變化特點(diǎn)。水文特性：包括徑流、泥沙、洪水3項(xiàng)內(nèi)容，分別采用年均流量、年輸沙量、年最大洪峰流量表征。水生態(tài)：采用高錳酸鹽指數(shù)、氨氮含量及魚(yú)類物種數(shù)作為表征水質(zhì)的指標(biāo)。

1.3評(píng)價(jià)模型

河流要素“改變”與否及程度并無(wú)明確范圍界定，是一個(gè)模糊概念。鑒于此，借助模糊數(shù)學(xué)提出“要素改變度”的概念。設(shè)有表征河流演變程度的要素統(tǒng)計(jì)量xi，其取值范圍為[ai,bi]。若其在本底時(shí)段（被比較時(shí)段）t0的統(tǒng)計(jì)量為xi，0，時(shí)段t的要素統(tǒng)計(jì)量為xt，0。

若該指標(biāo)降低時(shí)河流萎縮，增加時(shí)河流發(fā)育，則其改變度可表達(dá)為：

若該指標(biāo)降低時(shí)河流發(fā)育，增加時(shí)河流萎縮，則其改變度可表達(dá)為：

式中：Di，t為要素i時(shí)段t的改變度，i=1，2，…，n；ai，bi為要素i取值范圍的最大、最小值。當(dāng)Di，t為負(fù)值時(shí)，河流呈萎縮狀態(tài)；為正值時(shí)，河流呈發(fā)育狀態(tài)。

為整體反映河流演變程度，需引入綜合改變度概念。設(shè)某一個(gè)河段的演變特征由n項(xiàng)要素的統(tǒng)計(jì)量構(gòu)成，則t時(shí)段河段特征可用如下矩陣表示：

按（1）或（2）計(jì)算指標(biāo)i時(shí)段t的改變度Di，t，則河流/河段時(shí)段t的綜合改變度Dt為

式中：ωi為要素i改變度在整體改變程度中的權(quán)重。研究采用二元比較法確定不同要素的權(quán)重。

為對(duì)河流改變程度進(jìn)行定性、定量綜合評(píng)價(jià)，需對(duì)不同Dt對(duì)應(yīng)的等級(jí)進(jìn)行界定，參照相關(guān)研究，確定改變度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　改變度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2　綜合評(píng)價(jià)步驟

1）明確評(píng)價(jià)河段，收集、整理各河段河道的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定指標(biāo)上下限閾值。

2）采用要素改變度模型計(jì)算各指標(biāo)的要素改變度。

3）分為河道形態(tài)、水文、水生態(tài)3個(gè)類別，分別確定各類別所屬指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合要素改變度和權(quán)重計(jì)算河道形態(tài)、水文、水生態(tài)3個(gè)類別的改變度。

4）采用二元比較法確定河道形態(tài)、水文、水生態(tài)3類指標(biāo)的綜合權(quán)重，計(jì)算河段綜合改變度。

3　遼寧省河流演變?cè)u(píng)價(jià)

考慮到區(qū)域代表性及資料完整性，研究重點(diǎn)對(duì)遼寧省的遼河、渾河、太子河、大凌河河流演變情況進(jìn)行綜合分析。

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)及閾值

1）河道形態(tài)指標(biāo)及閥值。研究中參照相關(guān)研究成果，并綜合專家經(jīng)驗(yàn)及遼寧省實(shí)際特征，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及過(guò)流能力最小值取為0，最大值取基準(zhǔn)期統(tǒng)計(jì)值的3倍；最低點(diǎn)高程最小、最大值取觀測(cè)系列中的最小/最大值。

2）水文特性指標(biāo)及閥值。分別采用年均流量、年輸沙量、年最大洪峰流量表征，該底時(shí)段（基準(zhǔn)期）選為20世紀(jì)80年代前。研究中，年均流量、年最大洪峰流量、年輸沙量以觀測(cè)系列中的最大、最小值作為指標(biāo)上下限閾值。

3）水生態(tài)指標(biāo)及閥值。采用高錳酸鹽指數(shù)、氨氮含量及魚(yú)類物種數(shù)作為表征水質(zhì)的指標(biāo)，該底時(shí)段選為80年代前。高錳酸鹽指數(shù)及氨氮參照河湖健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)取I類水及V類水指標(biāo)閾值作為最小、最大值；魚(yú)類物種數(shù)最小值取為0，考慮到調(diào)查河段的魚(yú)類物種數(shù)均呈減少趨勢(shì)，并結(jié)合河湖健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最大值設(shè)為河段1980年之前的魚(yú)類物種數(shù)。

3.2河流改變度評(píng)價(jià)

以1980年作基準(zhǔn)，分別計(jì)算1980—2011，1980—2000，2001—2011年各河段的河道形態(tài)、水文、水生態(tài)的改變度，以遼河鐵嶺站水文要素2001—2011年改變度為例，計(jì)算過(guò)程說(shuō)明如下：

鐵嶺站2001—2011年水文特性矩陣為

水文要素邊界矩陣為

根據(jù)公式（3）計(jì)算水文要素改變度矩陣為

研究中認(rèn)為徑流相較洪水略微重要，較泥沙明顯重要，采用二元比較法確定權(quán)重，得到歸一化的指標(biāo)權(quán)重為：

ω＝［0.477 0.205 0.318］（8）

據(jù)此計(jì)算鐵嶺站斷面2001-2011與本底時(shí)段相比水文要素綜合改變度為-0.674，為高度萎縮。

3.2.1河流水文要素改變度評(píng)價(jià)

采用上述方法計(jì)算，與基準(zhǔn)期相比，遼河1980—2011年水文要素改變度在-0.49~-0.32之間，福德店～石佛寺度區(qū)間低度萎縮，石佛寺以下中度萎縮。

太子河下游1980—2011年水文要素改變度為-0.285，為低度萎縮。其中，1980—2000年改變度為-0.219，為低度萎縮；2001—2011年改變度為-0.411，為中度萎縮。

凌河1980-2011年水文要素改變度在-0.64～-0.65之間，為中度萎縮。

3.2.2河流河道形態(tài)改變度評(píng)價(jià)

采用上述方法計(jì)算，認(rèn)為主槽過(guò)水能力較主槽過(guò)水面積略微重要，較河道最低點(diǎn)高程明顯重要，則歸一化的權(quán)重為：

ω＝［0.318 0.205 0.477］

（9）由此計(jì)算，河道形態(tài)改變度。

與基準(zhǔn)期相比，遼河1980—2011年河道形態(tài)改變度在-0.20～-0.10之間，為低度萎縮。其中，1980—2000年河道形態(tài)改變度在-0.14～-0.10之間，為低度萎縮；2001—2011年改變度在-0.26～-0.06之間，福德店～石佛寺河段基本穩(wěn)定，石佛寺以下低度萎縮。

渾河1980—2011年河道形態(tài)改變度在-0.03～0.42之間，上、下游為基本穩(wěn)定，中游為中度發(fā)育。其中，1980—2000年河道形態(tài)改變度-0.09～0.27之間，上、下游基本穩(wěn)定，中游低度發(fā)育；2001—2011年改變度在0.03～0.64之間，上游基本穩(wěn)定、中游為中度發(fā)育、下游為低度發(fā)育。

太子河參窩水庫(kù)以下干流1980—2011年河道形態(tài)改變度為0.096，河道基本穩(wěn)定。其中，1980—2000年改變度為0.087，河道基本穩(wěn)定；2001—2011年改變度為0.117，為低度發(fā)育。

面對(duì)男孩的發(fā)問(wèn)，我真的有幾分欣慰。在有些人包括一些老師和家長(zhǎng)的眼里，孩子在與異性同學(xué)交往的時(shí)候，面對(duì)初戀之情，一點(diǎn)兒也不會(huì)拒絕或根本沒(méi)想過(guò)拒絕，以為孩子只會(huì)盲目地跳進(jìn)“愛(ài)河”。但事實(shí)上并非如此，在我接待的來(lái)訪學(xué)生中，那些涉足“愛(ài)河”的少男少女幾乎都想從“愛(ài)河”里掙脫出來(lái)，不想過(guò)早地摘取愛(ài)的花朵，所以他們都會(huì)主動(dòng)地前來(lái)尋求幫助。而且，即使是那些看似沉溺“愛(ài)河”的少男少女，其實(shí)有很多也是身不由己，不知道怎樣才能不被“愛(ài)河”所淹溺，不知道向誰(shuí)求助。

大凌河干流1980—2011年河道形態(tài)改變度在-0.21～-0.07之間，中游基本穩(wěn)定，下游低度萎縮。其中，1980—2000年改變度在-0.23～-0.03之間，中游基本穩(wěn)定，下游低度萎縮；2001—2011年改變度在-0.18～-0.14之間，為低度萎縮。

3.2.3河流水生態(tài)要素改變度評(píng)價(jià)

采用上述方法計(jì)算各河段水生態(tài)要素改變度，認(rèn)為水生物種指標(biāo)（魚(yú)類物種數(shù)）較水化學(xué)指標(biāo)（高錳酸鹽指數(shù)、氨氮）略微重要，則歸一化的權(quán)重為：

ω＝［0.286 0.286 0.428］（10）

由此計(jì)算可知，與基準(zhǔn)期相比，遼河1980—2011年水生態(tài)改變度在-0.74～-0.66之間，石佛寺以上中度萎縮，石佛寺以下高度萎縮。其中，1980—2000年改變度在-0.66～-0.43之間，均為中度萎縮；2001—2011年改變度在-0.84～-0.76之間，均為高度萎縮。

渾河1980—2011年水生態(tài)改變度在-0.72～-0.19之間，大伙房以上河段低度萎縮；大伙房以下高度萎縮。其中，1980—2000年改變度在-0.75～-0.13之間，大伙房以上河段低度萎縮；大伙房以下高度萎縮；2001—2011年改變度在-0.73～-0.24之間，大伙房以上河段低度萎縮；大伙房以下高度萎縮。

太子河參窩水庫(kù)以下干流1980—2011年水生態(tài)改變度為-0.468，為中度萎縮。其中，1980—2000，2001—2011年改變度分別為-0.460，-0.471，均為中度萎縮。

大凌河干流1980—2011年水生態(tài)改變度在-0.40 ～-0.01之間，中游低度萎縮，下游中度萎縮。其中，1980—2000年改變度在-0.40～-0.05之間，中游基本穩(wěn)定，下游中度萎縮；2001—2011年改變度在-0.42 ～0.11之間，中游低度發(fā)育，下游中度萎縮。

3.3河流形態(tài)綜合評(píng)價(jià)

在上述基礎(chǔ)上，計(jì)算各河段河流綜合改變度，認(rèn)為水文要素較河道形態(tài)要素明顯重要、較水生態(tài)要素顯著重要，則河道形態(tài)、水文、水生態(tài)3要素權(quán)重為：

ω＝［0.243 0.568 0.189］（11）

計(jì)算各河流綜合改變度，依據(jù)確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各河流進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具體成果，見(jiàn)表2。

表2　河流綜合改變度及綜合評(píng)價(jià)

整體綜合評(píng)價(jià)分析看，與80年代之前相比，遼寧省典型河流1980年之后均呈現(xiàn)萎縮狀態(tài)，其中2001—2011年萎縮程度整體略高于1980—2000年時(shí)段，萎縮程度最大的河流為遼河及大凌河，水文要素為關(guān)鍵主導(dǎo)因素。萎縮程度最小的為渾河。由于大伙房水庫(kù)建庫(kù)較早，所以渾河相對(duì)本底時(shí)段的萎縮程度明顯低于中北部地區(qū)其他河流。

4　結(jié)論

在分析的基礎(chǔ)上，整體提出河流綜合改變度概念，并耦合河道形態(tài)、水文、水生態(tài)等多因素多指標(biāo)，建立綜合改變度評(píng)價(jià)模型，對(duì)遼寧省典型河流演變情況進(jìn)行定量綜合分析評(píng)價(jià)。

1）在河道形態(tài)結(jié)構(gòu)上，東南部地區(qū)河流略呈發(fā)育趨勢(shì)，中北部地區(qū)河流改變程度波動(dòng)范圍較大，西部地區(qū)河流呈萎縮趨勢(shì)。

2）在水文要素方面，東南部地區(qū)河流基本穩(wěn)定，略呈萎縮趨勢(shì)，西部地區(qū)河流萎縮程度高于中北部地區(qū)。

3）在河流生態(tài)方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度更高的中北部地區(qū)萎縮程度最大，高于西部地區(qū)大凌河及東南部地區(qū)。

4）綜合河道形態(tài)結(jié)構(gòu)、水文、水生態(tài)要素，計(jì)算河流綜合改變度，可知：遼寧省典型河流1980年之后均呈萎縮狀態(tài)，其中萎縮程度較高的河流為遼河及大凌河，萎縮程度較低的河流為渾河。

［中圖分類號(hào)］TV332.1

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）03－0022－04

[收稿日期]2015-12-26