李曉剛，薛雯，朱敏

（商洛學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院，陜西商洛 726000)

從人類誕生以來，河流一直起著舉足輕重的作用。但是在開發(fā)過程中也出現(xiàn)了水體富營養(yǎng)化、珍稀動(dòng)物減少、斷流或洪水漫淹等問題，從而使得河流生態(tài)系統(tǒng)逐漸退化[1]。國家十八大做出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，正是對(duì)當(dāng)前生態(tài)問題給出的準(zhǔn)確判斷和治理方向。對(duì)河流健康進(jìn)行評(píng)價(jià)是發(fā)現(xiàn)河流生態(tài)問題的科學(xué)依據(jù)，是河流生態(tài)文明的建設(shè)的第一步。

西方國家在20世紀(jì)80年代提出了生態(tài)系統(tǒng)健康的概念[2]，河流健康概念也隨之出現(xiàn)，并用生物完整性指數(shù)、河流無脊椎動(dòng)物、溪流狀態(tài)指數(shù)等指標(biāo)對(duì)河流健康進(jìn)行評(píng)價(jià)[3-4]。到21世紀(jì)以來河流健康研究則主要集中在北美地區(qū)、馬來西亞等幾個(gè)國家。我國河流健康評(píng)價(jià)的研究較少，主要集中在汾河、珠江、溫榆河、納謨爾河、大汶河等[5-10]。丹江流域是我國南水北調(diào)中線工程水源區(qū)，又是典型的山地型河流。目前對(duì)丹江流域地區(qū)的研究主要集中在水文狀況、水污染治理以及土壤植被等方面[11-15]，對(duì)河流健康的整體評(píng)價(jià)尚屬空白。本文運(yùn)用層次分析法從河道自身、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)三方面構(gòu)建丹江流域河流健康評(píng)價(jià)體系，確定權(quán)重，建立隸屬度矩陣，對(duì)丹江流域進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)。

1 區(qū)域概況

丹江是漢江最長的一級(jí)支流，發(fā)源于秦嶺，途經(jīng)陜西和河南匯入丹江口水庫。其干流全長433 km，流域面積16 812 km2，河流比降為4.75‰。季風(fēng)性大陸性半濕潤氣候，多年平均流量 174 m3·s-1，多年平均徑流量為 1.64×1010m3，多年平均輸沙量181.9萬噸，年平均含沙量 2.97 kg·m-3，水系徑流的年際、年內(nèi)變化明顯，旱澇災(zāi)害發(fā)生頻繁且具有一定的周期性。流域內(nèi)土地松散，抗沖力差，水土流失較為嚴(yán)重，崩滑流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。漁業(yè)資源豐富和生物資源較為豐富，植被有9個(gè)植被型、47個(gè)群系，脊椎動(dòng)物共363種。沿途修建有二龍山水庫、龍?zhí)端畮?、魚嶺水庫等六個(gè)水利設(shè)施，為丹江流域的防洪調(diào)蓄提供保障，也是集中式飲用水水源地。

2 丹江流域河流健康評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

根據(jù)國內(nèi)外河流健康研究成果和山區(qū)河流的特點(diǎn)確立丹江流域河流評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，力求做到較全面地概括影響丹江流域河流健康的各類影響因子，為丹江流域后續(xù)研究提供有力支持。丹江流域的河流健康指數(shù)評(píng)估分為三個(gè)層次：第一層目標(biāo)層，丹江流域河流健康綜合指數(shù)，是對(duì)丹江流域健康評(píng)價(jià)的總結(jié)與歸納，是丹江流域河流健康狀況的綜合評(píng)價(jià)。第二層準(zhǔn)則層，由B1河道自身狀況，B2河流生態(tài)狀況，B3社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)三方面反應(yīng)丹江流域河流健康狀況。第三層指標(biāo)層，確立C11徑流年季變化，C12河流蜿蜒系數(shù)，C13河流比降等19個(gè)具體指標(biāo)，直接反映丹江流域的河流健康狀況（見表1）。

2.2 評(píng)價(jià)權(quán)重的確定

采用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。首先設(shè)計(jì)丹江流域河流健康指標(biāo)重要性比較調(diào)查表，其次邀請(qǐng)水文、水利、環(huán)境、生態(tài)和地理等方面的11位專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各層級(jí)中指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩之間的相互對(duì)比，據(jù)此得出判斷矩陣。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Matlab數(shù)學(xué)工具對(duì)各判斷矩陣最大特征值和最大特征根所對(duì)應(yīng)的歸一化向量進(jìn)行計(jì)算，并且對(duì)各個(gè)判斷矩陣的合格性進(jìn)行檢驗(yàn)，最終確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（表2）。

由表2可見，權(quán)重的分析評(píng)價(jià)分為兩層，第一層為準(zhǔn)則層B相對(duì)于目標(biāo)層A的權(quán)重。根據(jù)層次分析法和專家對(duì)于指標(biāo)的賦值得出準(zhǔn)則層B的計(jì)算結(jié)果并對(duì)它的重要性進(jìn)行排序：河流生態(tài)狀況 B2(0.637)＞河道自身狀況 B1(0.258)＞社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)B3(0.105)，據(jù)排序可知，河流生態(tài)狀況是準(zhǔn)則層中最重要的一層，且河流生態(tài)狀況 B2(0.637)權(quán)重大于河道自身狀況 B1(0.258)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù) B3(0.105)權(quán)重之和 0.363，重要性約占64%，即丹江河流健康評(píng)價(jià)體系中顯得極其重要。

表1 丹江流域河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

第二層為指標(biāo)層C相對(duì)于目標(biāo)層A的權(quán)重。通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算（見表2），得到指標(biāo)層中各個(gè)指標(biāo)的重要性比較，其中水污染對(duì)丹江流域健康評(píng)價(jià)的影響最為顯著。本文的指標(biāo)層中包含19個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)所占的權(quán)重各不相同。將各指標(biāo)權(quán)重與平均權(quán)重（1/n，n為指標(biāo)個(gè)數(shù)）和1/2平均權(quán)重（1/2n）比較，可對(duì)指標(biāo)重要性進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)分析[8]。由表2可知，水污染C29（0.196）>河岸帶植被 C23（0.140）>徑流深度/徑流量 C14（0.113）>水生植物C24（0.097）>流域人口（健康狀況）C32(0.067)>徑流年際變化和季節(jié)變化C11（0.066）>0.053（1/19，19個(gè)指標(biāo)的平均值），可見這六個(gè)指標(biāo)是影響丹江流域河流健康等級(jí)評(píng)定的重要的因子。在對(duì)丹江調(diào)控時(shí)應(yīng)當(dāng)著重治理水污染，并進(jìn)行河岸帶植被保護(hù)與增加植樹。其次，珍稀生物C25（0.065）＞含沙量C21（0.043）＞河流橫縱連通性C17（0.036）＞防洪調(diào)蓄C33（0.027）＞水體營養(yǎng)鹽水平C26（0.0267）＝導(dǎo)電率C27（0.0267）＝土壤酸堿性影響C28（0.0267）＞0.0263（1/38），因此這七個(gè)指標(biāo)對(duì)丹江河流健康狀況有著較為重要的影響。在對(duì)丹江進(jìn)行調(diào)控治理時(shí)要重視丹江流域生物保護(hù)、防洪調(diào)蓄等水利工程建設(shè)。再次，水域面積寬窄C15（0.019）＞沖淤狀況C22（0.017）＞濕地C31（0.011）＞河流蜿蜒指數(shù)C12（0.009）＝河流比降C13（0.009）＝河床形態(tài)C16（0.009），說明這六個(gè)指標(biāo)對(duì)丹江河流健康狀況有影響，但相對(duì)來說影響不大，在丹江的河流管理中要注意對(duì)濕地進(jìn)行保護(hù)。

2.3 隸屬度矩陣的確定

為確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，丹江流域河流健康評(píng)價(jià)體系中的各項(xiàng)指標(biāo)均采用專家打分評(píng)價(jià)與實(shí)地調(diào)查研究相結(jié)合的方法進(jìn)行，而后確定隸屬度矩陣。設(shè)計(jì)制作各項(xiàng)指標(biāo)的等級(jí)評(píng)價(jià)打分表，由11位長期從事丹江流域研究的資深專家對(duì)丹江流域河流健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。將打分結(jié)果與馮民權(quán)等[14]對(duì)丹江流域水污染控制研究作對(duì)比、趙培等[15]對(duì)丹江流域的植物、土壤CNP研究作比較、李堆淑等[16]對(duì)丹江流域作物及其根際土壤重金屬研究作對(duì)比，綜合發(fā)現(xiàn)專家打分結(jié)果客觀合理，可信度高。進(jìn)而對(duì)打分結(jié)果統(tǒng)計(jì)整理，最終得出各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度矩陣（見表3）。

表2 丹江流域河流健康評(píng)價(jià)體系及其權(quán)重

2.4 丹江流域河流健康分層模糊評(píng)價(jià)

2.4.1 一級(jí)綜合評(píng)價(jià)

式中：Bi是第i（i=1,2,…,5）個(gè)準(zhǔn)則層的模糊評(píng)價(jià)，Wcim代表第i(i=1,2,…,5)個(gè)準(zhǔn)則層下的第m個(gè)指標(biāo)相較于準(zhǔn)則層m的權(quán)重。

準(zhǔn)則層“河道自身狀況(B1)”為例：

本研究借助Matlab數(shù)學(xué)工具合成模糊算子。以B1層為例，可分別計(jì)算出其余指標(biāo)的模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣R，并通過對(duì)計(jì)算所得結(jié)果匯總整理，生成由各個(gè)指標(biāo)模糊運(yùn)算結(jié)果組成的一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果（見表4）。河道自身狀況和河流生態(tài)狀況為亞健康，社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)為健康。

表3 丹江流域河流健康模糊綜合評(píng)價(jià)隸屬矩陣

表4 丹江流域河流健康一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)

2.4.2 二級(jí)綜合評(píng)價(jià)

二級(jí)綜合評(píng)價(jià)即為準(zhǔn)則層B相對(duì)于目標(biāo)層A的權(quán)重和所計(jì)算的一級(jí)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果所得的最終評(píng)價(jià)結(jié)果（見表5）。

根據(jù)二級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果并綜合隸屬度的評(píng)價(jià)原則，在這五個(gè)等級(jí)的隸屬度中，指標(biāo)RHI數(shù)值41.9%最大，故丹江流域大部分河段的河流健康狀況水平為亞健康。

表5 丹江流域河流健康二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建是河流健康評(píng)價(jià)研究的開端，體系建立的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。健康的河流是自然屬性與社會(huì)屬性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，所以在準(zhǔn)則層中設(shè)立了河道自身狀況、河流生態(tài)狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)三類。指標(biāo)層是直接測(cè)算丹江流域河流健康的依據(jù)，由于丹江流域主要在秦嶺山區(qū)，因此在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)著重考慮河流比降、徑流變化、河床形態(tài)等自身特征，最終確定19個(gè)指標(biāo)。

指標(biāo)權(quán)重的確定盡可能降低主觀因素的影響，故采用層次分析法。該方法可通過合格性檢驗(yàn)對(duì)專家的權(quán)重比較進(jìn)行復(fù)核校正。經(jīng)計(jì)算水污染、河岸帶植被、徑流深度/徑流量、水生植物、流域人口（健康狀況）、徑流年際變化和季節(jié)變化這六個(gè)指標(biāo)是影響丹江流域河流健康等級(jí)評(píng)定的重要的因子。其中水污染指標(biāo)權(quán)重達(dá)到0.1956，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過19個(gè)指標(biāo)的權(quán)重平均值，說明該指標(biāo)是丹江流域河流健康評(píng)價(jià)的首要因子。這與尋烏水河[7]和溫榆河[8]研究結(jié)果是一致的，因?yàn)樗廴局苯雨P(guān)系到河流健康的生態(tài)狀況，還可能對(duì)其它平行指標(biāo)構(gòu)成間接影響，如水生植物、珍稀生物等。

丹江流域河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果顯示19個(gè)指標(biāo)層中10個(gè)屬健康、7個(gè)屬亞健康、2個(gè)屬疾病。3個(gè)準(zhǔn)則層中河道自身狀況和河流生態(tài)狀況評(píng)價(jià)為亞健康，社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)為健康。最終目標(biāo)層河流健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示結(jié)果為亞健康狀態(tài)。分析指標(biāo)之間的自然屬性和相關(guān)關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)丹江流域河流健康問題主要集中在兩方面：一是由水域面積寬窄、河床形態(tài)和河流橫縱連通性3個(gè)指標(biāo)反映出的丹江流域河堤破舊，攔截泥沙的能力弱，且防洪能力差、水土流失嚴(yán)重問題；二是由水生植物、珍稀生物、導(dǎo)電率、土壤酸堿性影響、水污染和濕地6個(gè)屬疾病的指標(biāo)反映出的丹江流域水環(huán)境遭到破壞、珍稀動(dòng)植物缺少問題。建議丹江流域水利各部門和沿線居民借國家生態(tài)文明建設(shè)之東風(fēng)，加強(qiáng)流域人口河流保護(hù)的思想建設(shè)，涵養(yǎng)水源增強(qiáng)其防洪蓄水能力，減少受污范圍，保障南水北調(diào)中線丹江水源地的水質(zhì)健康，為珍稀生物的繁育生存提供良好的水環(huán)境。

3.2 結(jié)論

1）河流生態(tài)狀況在丹江流域評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)則層中最重要；水污染指標(biāo)是影響丹江流域河流健康等級(jí)評(píng)定的首要因子。

2）丹江流域河道自身狀況和河流生態(tài)狀況評(píng)價(jià)為亞健康，社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)為健康；整體河流健康狀況水平評(píng)價(jià)為亞健康狀態(tài)。