(遼寧省鳳城水利水產(chǎn)局，遼寧 丹東　118100)

1　概　述

城市規(guī)模的擴(kuò)大與工業(yè)的急速發(fā)展可嚴(yán)重威脅河流的健康[1]。20世紀(jì)中葉，北美和西歐國(guó)家進(jìn)入了快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展期，河流污染問(wèn)題隨之嚴(yán)重，為此，這些國(guó)家投入了巨額資金用于加強(qiáng)水質(zhì)恢復(fù)。20世紀(jì)80年代，河道管理從水質(zhì)改善拓展至生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的層面，提出了“河流健康”的概念；近十年來(lái)，“河流健康”的概念，成為我國(guó)水環(huán)境與水生態(tài)狀況調(diào)查的重要內(nèi)容與指標(biāo)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

河流健康水平的評(píng)價(jià)是以科學(xué)研究和監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，得到直觀明確的評(píng)價(jià)結(jié)果，從而為河流的管理者、開(kāi)發(fā)者與社會(huì)公眾提供科學(xué)信息；一般包括篩選指標(biāo)并建立評(píng)價(jià)體系、確定指標(biāo)權(quán)重與指標(biāo)評(píng)價(jià)值，最終得到綜合評(píng)價(jià)值等步驟。河流健康狀況的評(píng)價(jià)可采用層次分析法、模糊評(píng)價(jià)法、貝葉斯法等，其中大多數(shù)方法在權(quán)重值確定過(guò)程中具有較大的主觀性；而熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)方法，它根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來(lái)確定客觀權(quán)重，具有客觀性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、可信度高等優(yōu)點(diǎn)，目前，在工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3]。大凌河流經(jīng)我國(guó)的遼寧、內(nèi)蒙古，存在侵蝕嚴(yán)重、河水含沙量大、河水渾濁度高、生物多樣性低等問(wèn)題，其健康狀況已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，大凌河流域的相關(guān)研究主要集中于水質(zhì)、含沙量、徑流變化等方面，關(guān)于河流健康水平的評(píng)價(jià)則較少；因此，本文基于熵權(quán)法，分別對(duì)大凌河流域的上窩堡、義縣、凌海、復(fù)興堡、朝陽(yáng)、阜新6個(gè)河段的河流健康水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析與討論[4]。

2　研究區(qū)域與評(píng)價(jià)體系

大凌河，古稱白狼水，流經(jīng)我國(guó)的遼寧、內(nèi)蒙古，是遼寧西部的主要河流。大凌河上游分為南北兩支，北支發(fā)源于凌源縣，南支發(fā)源于建昌縣，在喀喇沁左翼蒙古族自治縣境內(nèi)合流，流向東北[5]。至北票市境內(nèi)折往東南，下游受醫(yī)巫閭山阻擋，折而向南，在凌海市境內(nèi)注入遼東灣。大凌河全長(zhǎng)397km，流域面積2.35萬(wàn)km2，年降水量450～600mm，年均徑流量16.67億m3。

大凌河河流健康水平的評(píng)價(jià)體系建立，采用層次分析法方式，即將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個(gè)層次[6]。根據(jù)大凌河流域的具體特點(diǎn)與相關(guān)研究成果，選取大凌河各河段的“河流健康水平”為目標(biāo)層指標(biāo)，選取“生態(tài)”“環(huán)境”“安全”與“社會(huì)”4項(xiàng)為準(zhǔn)則層指標(biāo)，選取“生態(tài)流量滿足程度指標(biāo)”“水質(zhì)綜合指標(biāo)”“防洪工程達(dá)標(biāo)率”和“公眾滿意度”等8項(xiàng)為指標(biāo)層指標(biāo)。具體的評(píng)價(jià)體系與層次結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1　河流健康水平評(píng)價(jià)體系與層次結(jié)構(gòu)

3　河流健康水平評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1　指標(biāo)層指標(biāo)評(píng)價(jià)值

選擇大凌河上窩堡、義縣、凌海、復(fù)興堡、朝陽(yáng)、阜新6個(gè)典型站點(diǎn)所代表的河段進(jìn)行河流健康水評(píng)價(jià)。采用專家評(píng)價(jià)法確定各河段在“生態(tài)流量滿足程度指標(biāo)”“水質(zhì)綜合指標(biāo)”“防洪工程達(dá)標(biāo)率”和“公眾滿意度”等8項(xiàng)指標(biāo)層指標(biāo)方面的評(píng)價(jià)值。選取的專家包括水利管理人員、水利研究領(lǐng)域?qū)＜?、水利工程師和群眾代表等?0名；為評(píng)價(jià)人員提供各站點(diǎn)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、工程建設(shè)報(bào)告、水資源公報(bào)等材料；評(píng)價(jià)人員根據(jù)材料結(jié)合判斷經(jīng)驗(yàn)確定各站點(diǎn)在各指標(biāo)方面的評(píng)分，各分?jǐn)?shù)介于0～1之間，數(shù)值越大河流健康水平越高[7]；去掉最高與最低的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，并對(duì)其他分?jǐn)?shù)進(jìn)行平均，得到各河段各項(xiàng)指標(biāo)層指標(biāo)方面的評(píng)價(jià)值(見(jiàn)圖2)。

圖2　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)層指標(biāo)評(píng)價(jià)值

3.2　指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重值

表1　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)加和指標(biāo)值計(jì)算結(jié)果

以Pij表示第i個(gè)河段在第j項(xiàng)指標(biāo)下的評(píng)價(jià)值占該指標(biāo)的比重，其表達(dá)式為

(1)

根據(jù)上式，計(jì)算得到Pij值(見(jiàn)表2)。

以Ej表示第j個(gè)指標(biāo)的熵值，其表達(dá)式為

(2)

其中

(3)

本文河段數(shù)n為6，因此根據(jù)式(3)計(jì)算得到k值為0.5581；根據(jù)式(2)和表2數(shù)據(jù)可得到各指標(biāo)的熵值(見(jiàn)表3)。

表2　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)Pij值計(jì)算結(jié)果

表3　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)Ej值計(jì)算結(jié)果

以Dj表示第j個(gè)指標(biāo)的信息熵冗余度，其表達(dá)式為

Dj=1-Ej(j=1,…,m)

(4)

根據(jù)式(4)與表3數(shù)據(jù)計(jì)算得到各指標(biāo)的Dj值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)Dj值計(jì)算結(jié)果

最終，根據(jù)熵權(quán)法確定的指標(biāo)權(quán)重Wj可表示為

(5)

表5　河流健康水平評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算結(jié)果

3.3　河流健康水平評(píng)價(jià)結(jié)果

以S表示各河段的河流健康水平指數(shù)，其公式為

(6)

根據(jù)表5與圖2數(shù)據(jù)，采用式(6)計(jì)算得到S值，最終結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　河流健康水平指數(shù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4　河流健康水平分析與討論

由表6數(shù)據(jù)可知，大河流各河段健康水平指數(shù)主要分布于0.50～0.70范圍內(nèi)，其中阜新站的河流健康水平最低，健康水平指數(shù)為0.51，朝陽(yáng)站的河流健康水平最高，健康水平指數(shù)為0.68；各站的平均健康水平指數(shù)為0.58；各站按健康指數(shù)由小到大排序?yàn)椋焊沸隆⑸细C堡、義縣、復(fù)興堡、凌海、朝陽(yáng)。

為對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，可計(jì)算大凌河各河段的單項(xiàng)健康水平指數(shù)Sd，其表達(dá)為

(7)

式中，L表示準(zhǔn)則層指標(biāo)下的指標(biāo)數(shù)，本文中L=2。基于式(7)，根據(jù)表5所列的Wjd值和圖2所示的xij值計(jì)算得到大凌河各河段的單項(xiàng)健康水平指數(shù)Sd(見(jiàn)圖3)。

圖3　水生態(tài)文明建設(shè)水平評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值

在生態(tài)方面，大凌河凌海段的指數(shù)最高，為0.66；凌海市曾存在嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題，據(jù)2000年的遙感資料統(tǒng)計(jì)，凌海市曾經(jīng)的水土流失面積大約689.55km2，占全市總土地面積的25.20%；之后，該地區(qū)大力開(kāi)展了小流域治理、水土流失治理、水土保持工程林營(yíng)造與生態(tài)修復(fù)等工作，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)水平。大凌河上窩堡段的生態(tài)指數(shù)最低，為0.46；該河段主要位于大凌河流域閻王鼻子水庫(kù)上游，其生態(tài)狀況一直不佳，庫(kù)區(qū)及上游河道支溝發(fā)育，植被較差，是入庫(kù)推移質(zhì)的主要來(lái)源，因此,未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)該河段的治理。在環(huán)境指標(biāo)方面，大凌河義縣段的指數(shù)最高，為0.66；義縣位于遼寧省錦州市西部，曾經(jīng)以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主,而工業(yè)生產(chǎn)總值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比例較小(例如2005年的地區(qū)生產(chǎn)總值為23.50億元，其中規(guī)模工業(yè)增加值為2.80億元)，其環(huán)境基礎(chǔ)相對(duì)較好；近十年來(lái)，義縣工業(yè)迅速發(fā)展，如規(guī)模工業(yè)增加值在2012年增加到35億元，年均增長(zhǎng)65.50%，環(huán)境質(zhì)量也受到一定的影響，但大凌河流域義縣段的環(huán)境狀況依舊優(yōu)于其他河段，且該地區(qū)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)也有所增強(qiáng)[8]。大凌河阜新段的指數(shù)最低，為0.49；阜新是資源大市，初步探明的礦藏有38種，礦產(chǎn)地有228處，而其中煤的儲(chǔ)量較大，資源儲(chǔ)量達(dá)10億多t；礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)在很大程度影響了大凌河該河段的水質(zhì)，未來(lái)有必要研究礦產(chǎn)地區(qū)的水質(zhì)保護(hù)措施。除生態(tài)與環(huán)境指標(biāo)外，安全問(wèn)題與社會(huì)問(wèn)題也是河流健康水平的重要指標(biāo)。在安全方面，大凌河在朝陽(yáng)段的安全指數(shù)最高，為0.69；大凌河在朝陽(yáng)境內(nèi)河段最長(zhǎng)，因此，朝陽(yáng)地區(qū)對(duì)大凌河的防洪與河岸穩(wěn)定要求都較高；相對(duì)而言，阜新地區(qū)在河岸穩(wěn)定性方面的工作需有所加強(qiáng)。在社會(huì)方面，大凌河朝陽(yáng)段的指數(shù)最高，為0.76；大凌河對(duì)朝陽(yáng)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)生活貢獻(xiàn)較大，民眾對(duì)該河流的健康狀況較為滿意，而上窩堡地區(qū)則有待提高[9]。

對(duì)各地區(qū)的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行匯總平均，得到大凌河在生態(tài)、環(huán)境、安全、社會(huì)4個(gè)方面的健康水平指數(shù)，分別為0.57、0.57、0.61和0.59。據(jù)結(jié)果可知，目前，大凌河的安全狀況較好，其指數(shù)高于0.60，各地的防洪工程達(dá)標(biāo)率與河岸穩(wěn)定性皆相對(duì)較高；但在其他方面的水平指數(shù)均低于0.60，其中在生態(tài)方面最低，因此，需重點(diǎn)加強(qiáng)各河段的水生態(tài)建設(shè)，提高大凌河各河段的河流健康水平[10]。

5　結(jié)　論

基于熵權(quán)法評(píng)價(jià)了大凌河在不同河段的河流健康水平。結(jié)果表明，各河段按健康指數(shù)由小到大排序?yàn)椋焊沸隆⑸细C堡、義縣、復(fù)興堡、凌海、朝陽(yáng)。在生態(tài)指標(biāo)方面，凌海段指數(shù)最高、上窩堡段最低；在環(huán)境指標(biāo)方面，義縣段指數(shù)最高、阜新段最低；在安全指標(biāo)方面，朝陽(yáng)段指數(shù)最高、阜新段最低；在社會(huì)指標(biāo)方面，朝陽(yáng)段指數(shù)最高、上窩堡段最低。綜合而言，目前大凌河的安全狀況較好，但在生態(tài)建設(shè)方面亟待加強(qiáng)。

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