陳 丹，賀陽穎，周 娟，潘 茹

（1.常州市水資源服務(wù)中心，江蘇 常州 213000；2.常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213000）

0 引言

河流健康是生態(tài)平衡的重要體現(xiàn)。 河流健康評價是治理河流的重要依據(jù)。因受自然環(huán)境、社會系統(tǒng)等多種因素的綜合影響， 河流健康評價方法與評估指標多種多樣［1］。目前，評價指標主要按照是否有人類防治工程作用分為自然屬性指標與社會屬性指標兩大類。 自然屬性指標體現(xiàn)河流的物理、化學(xué)、生態(tài)等特征，社會屬性指標體現(xiàn)人類措施等特征［2］。河流物理特征主要反映水流與河床之間的相互影響結(jié)果， 水文特征主要反映非自然工程對河流的影響結(jié)果［3－4］。 在進行河流健康評價時，有的學(xué)者選取監(jiān)測斷面流量、流速、常水位、河床地質(zhì)等水文特征指標［5］；有的學(xué)者選取流量、流速、含沙量和補給類型特征指標［6］； 有的學(xué)者將河岸穩(wěn)定性作為物理特征指標［7］；還有學(xué)者選取了浮游生物多樣性指標。 在眾多河道健康評價中， 在體現(xiàn)指標動態(tài)特征方面仍有欠缺［8－10］。 筆者通過分析河流的自然屬性特征和社會屬性特征， 提出了基于AHP 的動態(tài)指標評價方法，以期能更好地反映河流系統(tǒng)的健康狀況。

1 評價指標特征分析

1.1 自然屬性指標特征

1.1.1物理特征

河流岸坡質(zhì)量直接關(guān)系著人與水能否和諧相處，并體現(xiàn)河水對河道的沖刷程度。岸坡穩(wěn)定指標為穩(wěn)定及輕微變形河岸線長度的和與評價河岸總長度之比。 該指標能比較直觀地表現(xiàn)河流健康的物理特征。

河道的流動性主要體現(xiàn)在水系貫通程度方面，以及典型斷面的流速、流量變化方面。流速指標通常采用典型斷面內(nèi)各監(jiān)測點流速的平均值來體現(xiàn)。 生態(tài)流量主要采用年最小生態(tài)需水量的達標率來體現(xiàn)。

1.1.2 化學(xué)特征

河流水質(zhì)與河流健康狀況有很好的相關(guān)性，因此， 將水質(zhì)特征指標納入河流健康的評價工作當(dāng)中能大大提高河流健康評價的精度。 通常通過對高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、氨氮和BOD5指標組合分析來推算水污染程度。

1.1.3 生態(tài)特征

岸坡植被結(jié)構(gòu)和浮游動物群落結(jié)構(gòu)是生態(tài)特征中的兩個關(guān)鍵指標。 岸坡植被結(jié)構(gòu)能夠反映河岸侵蝕情況； 浮游動物群落結(jié)構(gòu)能夠反映水下生物鏈情況，進而可推測出河道水體污染程度及污染源。

1.2 社會屬性指標特征

1.2.1 防洪功能狀況

河流防洪工程應(yīng)相互配合， 形成一個可多功能調(diào)度的體系，并具備防洪減災(zāi)能力。最直觀有效的防洪工程為堤防達標整治工程。 根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃需要，堤防等級逐漸提高，堤防建設(shè)的達標率可作為體現(xiàn)河道防洪能力的一個量化指標， 其表達式為公式（1）。

式中：b 是河流達標堤防長度，m；L 是河流堤防總長度，m。

1.2.2 岸線利用管理狀況

河流岸線開發(fā)管理主要分為已建成工程管理和規(guī)劃擬建設(shè)項目管理。隨著城市化建設(shè)速度的加快，在平衡基本農(nóng)田的保障中， 岸線管理逐步向多元化方向發(fā)展。 岸線管理涉及民房、基本農(nóng)田、企業(yè)、碼頭、倉庫等多種類型。體現(xiàn)岸線利用管理的指標根據(jù)評價內(nèi)容多為岸線利用率、審批項目比例、監(jiān)管項目比例等指標。

1.2.3 公眾滿意程度

公眾滿意度可采用問卷調(diào)查的方式得出。 在進行問卷設(shè)計時， 應(yīng)重點考慮被調(diào)研對象的活動范圍及活動頻率，以河流的重要性、相關(guān)性、美觀性等內(nèi)容為主要選項，河流水量、生態(tài)環(huán)境、魚的種類和數(shù)量等內(nèi)容可作為通用選項， 最終以公眾是否滿意作為評價結(jié)果。問卷還可以收集廣大群眾的改善意見，以加強河流管理，使之走向良性循環(huán)。

1.2.4 供水保證狀況

河流供水能力也是一個能夠體現(xiàn)河道水質(zhì)及水系聯(lián)通情況的量化指標， 主要有用水保證率和水質(zhì)達標率兩項具體指標。 該指標也是相關(guān)水利部門每年主要的控制內(nèi)容之一。另外，河道的供水能力還與沿河灌溉站、排澇站、自來水廠等水功能區(qū)調(diào)度管理息息相關(guān)。

2 基于AHP 的動態(tài)指標評價法

2.1 評價流程

AHP 法又稱權(quán)重法，是一種解決多目標、多準則、多要素、多層次的非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜決策問題的分層評價方法。 該方法的分析流程為：（1）將目標問題梳理為一個帶有遞階邏輯的樹狀指標結(jié)構(gòu)；（2）通過專家或類似項目經(jīng)驗進行指標分析，得到判斷矩陣；（3）逐層推算各指標權(quán)重；（4）計算出整體指標層的綜合權(quán)重，得出最終評價結(jié)果。 具體如圖1 所示。

圖1 AHP 動態(tài)評價流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of AHP dynamic evaluation process

2.1.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)對問題的初步分析， 建立相應(yīng)的多層次評價指標體系，并按層次構(gòu)建成一個樹狀結(jié)構(gòu)。在該指標體系中， 同一層次的因素對下一層的某些因素起支配作用，同時它又受上一層的支配。本文建立了由目標層A、控制層B、準則層C、指標層D 構(gòu)成的四階遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

2.1.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣用以表示針對上一層次某個因素，本層與之有關(guān)因素的相對重要性。假定A 層中因素A1與下一層次中因素B1，B2，…，Bn有聯(lián)系，那么就可以構(gòu)造出如表1 所示的判斷矩陣。

表1 判斷矩陣Tab.1 Judgment matrix

在表1 中，bij表示對于A1來說，元素Bi對元素Bj的相對重要性，一般采用“l(fā)～9”標度法確定，各標度含義如表2 所示。

表2 AHP 標度法及描述表Tab.2 AHP scale method and description table

2.1.3 層次單排序及一致性檢驗

層次單排序是把本層所有因素通過判斷矩陣計算排出優(yōu)劣順序，而后計算特征向量。特征向量即為指標的權(quán)重向量。 用兩兩比較得到的比較矩陣可能會發(fā)生判斷不一致，所以需要進行一致性檢驗。所謂一致性是指，當(dāng)x1比x2重要，x2比x3重要時，則認為x1一定比x3重要。

2.1.4 層次總排序與權(quán)重計算

利用層次單排序結(jié)果， 綜合得出本層次各因素對更上一層次的優(yōu)劣順序和權(quán)重向量， 最終得到最底層對于最頂層的優(yōu)劣順序， 然后對結(jié)果進行總的一致性檢驗。

2.2 動態(tài)評價指標

根據(jù)河道現(xiàn)狀情況，構(gòu)建動態(tài)評價指標體系，如圖2 所示。 具體評價標準和閾值見表3。 其中，河流自然屬性為季度動態(tài)調(diào)查結(jié)果， 社會屬性為年度動態(tài)調(diào)查結(jié)果。

表3 河流健康狀況評價標準和閾值Tab.3 Criteria and thresholds for river health evaluation

圖2 河流健康評價指標體系結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System structure of river health evaluation index

3 評價應(yīng)用

3.1 評價河道概況

鑒于常州市武進區(qū)扁擔(dān)河的健康評估服務(wù)項目的典型性， 評價河道選用具有中小城市周邊河流特色的扁擔(dān)河。該河南北連通滆湖與大運河，是湖西地區(qū)的一條骨干河道， 也是連接大運河和常溧線航道的市干線航道。 河道長度約15.5 km，河口寬為35～50 m，河底平均寬度為10 m。 該河道為Ⅵ級航道，可通航100 t 船舶。

扁擔(dān)河兩岸土壤以沙土為主，1970 年之前進行過全線拓浚，河道底寬為10 m，底部高程為0 m。 歷經(jīng)幾十年達標整治及運行， 局部仍存在淤積嚴重及坍塌情況，全線引排水體系仍有提升空間。 另外，在扁擔(dān)河新華橋至孟津河口4.8 km 地段發(fā)現(xiàn)釘螺，使扁擔(dān)河成為湖西引排水系中的一個瓶頸。

3.2 指標權(quán)重分析

依據(jù)評價指標自然屬性與社會屬性的分類，采取同屬性比較的形式建立各個指標的判斷矩陣，如表4～表8 所示。在矩陣中，向量代表相應(yīng)指標權(quán)重。對于無法進行兩者比較的指標，權(quán)重默認為1。

表4 物理特征指標判斷矩陣Tab.4 Judgment matrix of physical characteristic index

表5 化學(xué)特征指標判斷矩陣Tab.5 Judgment matrix of chemical characteristic index

表6 生態(tài)特征指標判斷矩陣Tab.6 Judgment matrix of ecological characteristic index

表7 自然屬性準則層判斷矩陣Tab.7 Judgment matrix of natural attribute criterion layer

表8 服務(wù)功能特征指標判斷矩陣Tab.8 Judgment matrix of service function characteristic index

3.3 評價指標分析

3.3.1 自然屬性指標

（1）岸坡質(zhì)量。扁擔(dān)河護坡類型主要為天然土坡和漿砌石護坡， 其中左岸京杭運河入河口處由于過往船只較多， 因船舶擾動和長時間的沖刷侵蝕形成一段長57 m 的錐形岸坡。 河岸整體穩(wěn)定，局部存在安全隱患，其綜合評價等級為“中”（岸坡穩(wěn)定性指數(shù)0.46）。 （2）流動性。 根據(jù)實測流量資料，計算出扁擔(dān)河代表斷面平均流速為0.23 m／s。 綜合考慮各方面因素， 扁擔(dān)河的評價結(jié)果為“良”（河流流動性指數(shù)0.62）。 扁擔(dān)河的最小生態(tài)需水量保證率大于90%，評價結(jié)果為“良”。（3）水質(zhì)。評價河段高錳酸鹽指數(shù)（6.35mg／L）和溶解氧（5.95 mg／L）達標，分別為“中”和“良”；氨氮濃度（2.07 mg／L）和BOD5（6.92 mg／L）不達標，為“差”。（4）岸坡植被結(jié)構(gòu)。評價河段洪水位以上區(qū)域植被覆蓋率較高、連續(xù)性較好，河岸帶植被有高低交錯現(xiàn)象， 常水位以下區(qū)域及變化水位區(qū)域植被覆蓋率很低，其評價結(jié)果為“中”（植被結(jié)構(gòu)完整性指數(shù)0.46）。（5）浮游動物種類。 經(jīng)調(diào)查，評價河段共有浮游動物60 余種，其多樣性指數(shù)為2.904，評價結(jié)果為“良”。

3.3.2 社會屬性指標

（1）防洪功能狀況。 扁擔(dān)河全線多為天然土坡，僅靠散亂的自然生長植被進行水土保持， 局部設(shè)有漿砌石擋墻護岸。但由于扁擔(dān)河處于湖西區(qū)高片區(qū)，優(yōu)越的地形條件使其具備了較強的防洪能力。因此，雖然扁擔(dān)河未設(shè)置防洪工程，但“防洪工程達標率”可視為全部達標，評價結(jié)果為“優(yōu)”。 （2）岸線利用管理狀況。岸線利用以居民小區(qū)、企業(yè)、農(nóng)田為主，總體利用指數(shù)為0.52，評價結(jié)果為“中”。（3）公眾滿意度。經(jīng)問卷調(diào)研，公眾滿意度結(jié)果為“滿意”。 （4）供水保證狀況。近期水功能區(qū)水質(zhì)力爭提升為Ⅳ類，根據(jù)每月水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果， 其達標率為63.6%， 評價結(jié)果為“中”。

3.3.3 總體指標評價結(jié)果

經(jīng)評價，扁擔(dān)河的自然屬性類綜合指數(shù)為0.58，為“中”；社會屬性類綜合指數(shù)為0.85，為“優(yōu)”。 考慮中小城市河道與人類活動較為密切的特點， 自然屬性指標與社會屬性指標權(quán)重比值為1∶3。該河道河流健康綜合指數(shù)為0.65，綜合評價結(jié)果為“中”。

4 結(jié)語

綜上所述，本文應(yīng)用基于AHP 的動態(tài)指標評價法對扁擔(dān)河進行健康評價，得出如下結(jié)論：（1）扁擔(dān)河綜合評價為“中”，可知該河流仍有改善空間。其中自然屬性為“中”，說明河道整體生態(tài)性存在一定破壞，可能會引起水土流失等問題，應(yīng)引起重視。（2）通航頻率很高的通航河道， 船舶航行過程中容易產(chǎn)生較大波浪，河段河岸土壤類型多為沙質(zhì)土壤，若沒有護岸工程保護，河岸侵蝕嚴重。后期可通過引種植物來提高河岸的穩(wěn)定性， 在保證其護岸形式適宜的情況下，也可同步修建相應(yīng)的護岸工程。 （3）河流水質(zhì)健康的主要限制因素為BOD5和氨氮量等。 在水質(zhì)改善工作后期，可一方面調(diào)整沿河地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，適當(dāng)減少用水利用率低的產(chǎn)業(yè)， 并從污染源頭開始加強控制，改進污水過濾系統(tǒng)。通過提高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)比重的鼓勵政策，實現(xiàn)河流管理與生態(tài)的良性循環(huán)。