廖迎娣，范俊浩，張 歡，張詩敏，陳 達(dá)

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)長江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院，江蘇 南京 210098)

長江下游平原河網(wǎng)地區(qū)地勢低平、水資源豐富、岸線利用率高、人類開發(fā)活動高度密集[1-2],是我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，發(fā)展較為迅速的地區(qū)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染物大量進(jìn)入河流區(qū)域，河流生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重威脅[3]。在此背景下，堅持開發(fā)與保護(hù)并重，實現(xiàn)人水和諧，加強改善流域水生態(tài)環(huán)境已成為區(qū)域發(fā)展的重要議題[4-5]。

生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)輸(調(diào))水和磁化誘導(dǎo)等生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已成為目前研究熱點[6-7]，其中，生態(tài)護(hù)岸是集防洪、景觀、社會和生態(tài)為一體的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在河流治理工程中已得到越來越多的應(yīng)用[8-9]。但是，針對生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響或修復(fù)效果的評價還缺少有效的方法?；诖耍疚牟捎妙l度分析法和相關(guān)性分析法，結(jié)合長江下游平原河網(wǎng)特點，對現(xiàn)有關(guān)于生態(tài)護(hù)岸、河流生態(tài)系統(tǒng)評價等的研究成果進(jìn)行分析，篩選關(guān)鍵評價指標(biāo)，構(gòu)建長江下游平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響的評價指標(biāo)體系，可為實現(xiàn)生態(tài)護(hù)岸效果的定量化評價提供技術(shù)支撐。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建原則與方法

生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響評價實質(zhì)上是評價生態(tài)護(hù)岸工程對河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的效果，是一個較為復(fù)雜的過程。在體系構(gòu)建和指標(biāo)選取過程中應(yīng)遵循科學(xué)性、代表性、層次性和可操作性等原則[10]。本文采用層次分析法構(gòu)建目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級評價指標(biāo)體系。目標(biāo)層代表生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響程度；準(zhǔn)則層是對目標(biāo)層和指標(biāo)層之間影響機制的分類概括和解釋說明[11]；指標(biāo)層則是由多個能夠直接反映河流生態(tài)系統(tǒng)狀況的指標(biāo)組成。根據(jù)生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響方式以及健康河流的特征，本文提出以水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會經(jīng)濟(jì)5個方面作為評價指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層，在此基礎(chǔ)上分別確定關(guān)鍵性指標(biāo)，以全面評估生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響。

2 評價指標(biāo)的選取

評價指標(biāo)的篩選包含3個步驟：①指標(biāo)梳理。在查閱2007—2021年發(fā)表的80余篇與河流生態(tài)健康、生態(tài)護(hù)岸、河流生態(tài)修復(fù)效果和水生態(tài)文明等相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，梳理出具有代表性且包含具體評價指標(biāo)體系的文獻(xiàn)共55篇，涉及評價指標(biāo)共222個。②初步篩選。按照已構(gòu)建的準(zhǔn)則層將上述評價指標(biāo)進(jìn)行分類，以指標(biāo)采用頻次代表該指標(biāo)的認(rèn)可度，采用頻度分析法篩選出采用頻次不少于4次的指標(biāo)作為候選指標(biāo)。③適應(yīng)性遴選。遵循指標(biāo)選取原則，根據(jù)指標(biāo)的內(nèi)涵對候選指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，避免各指標(biāo)間存在較強的關(guān)聯(lián)或表達(dá)重復(fù)。

2.1 水質(zhì)狀況

水質(zhì)狀況指標(biāo)反映生態(tài)護(hù)岸對河流水質(zhì)的影響程度以及自凈能力的恢復(fù)程度，經(jīng)過初步篩選共有溶解氧、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷、生化需氧量、總氮、河道水質(zhì)類別、酸堿度、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬、飲用水安全保證率、底泥平均污染指數(shù)、河道內(nèi)底質(zhì)和大腸桿菌群等15項候選指標(biāo)，各指標(biāo)對應(yīng)采用頻次分別為20次、17次、16次、15次、11次、7次、6次、5次、5次、5次、5次、5次、4次、4次和4次。優(yōu)先選取采用頻次不少于6次的指標(biāo)，即溶解氧、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷、生化需氧量和總氮7項指標(biāo)。其中，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率屬于綜合性指數(shù)，其內(nèi)涵包含其他6項指標(biāo)，能夠反映河流水質(zhì)的總體狀況，但它在揭示與其他指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度上存在困難[12]；溶解氧、氨氮等6項理化參數(shù)指標(biāo)能直觀反映河流健康的問題所在，進(jìn)而能夠?qū)ι鷳B(tài)護(hù)岸的維護(hù)與管理提出針對性的指導(dǎo)意見。如溶解氧的高低與大型無脊椎動物數(shù)量密切相關(guān)[13]；氨氮會對魚類造成攝食降低、生長減緩和組織損壞等危害，與魚類的存活狀況相關(guān)[14]。由于長江下游平原河網(wǎng)地區(qū)河流流速緩慢，水動力條件較弱，水體污染以富營養(yǎng)化為主[1]，上述6項指標(biāo)可以反映河流水體營養(yǎng)化和自凈能力。綜上分析將水質(zhì)狀況關(guān)鍵指標(biāo)定為溶解氧(C1)、氨氮(C2)、化學(xué)需氧量(C3)、總磷(C4)、生化需氧量(C5)和總氮(C6)6項，數(shù)據(jù)的采集與標(biāo)準(zhǔn)可參照SL 219—2013《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》以及GB 3838—2002《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 生物狀況

生物狀況指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對魚類、底棲動物、浮游生物和藻類等生物的存活狀況的影響，經(jīng)過初步篩選共有底棲動物多樣性、浮游植物多樣性、浮游動物多樣性、魚類多樣性指數(shù)、珍稀水生物存活狀況、魚類完整性指數(shù)和固著藻類多樣性等7項候選指標(biāo)，各指標(biāo)對應(yīng)采用頻次分別為23次、22次、17次、8次、8次、7次和6次。在河流生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中，底棲動物、浮游植物、浮游動物和魚類從屬于不同的層次，分別代表著不同的生命形態(tài)和營養(yǎng)類型[15]。其中，浮游動物多樣性與底棲動物多樣性之間存在較強的相關(guān)性，不宜同時作為評價指標(biāo)[16]；底棲動物生命周期較長，能反映長期生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)的擾動程度[17]，因此保留底棲動物多樣性指標(biāo)，剔除浮游動物多樣性指標(biāo)；珍稀水生物存活狀況在大部分地區(qū)缺乏歷史資料的參考，且在實際操作過程中該類生物難以捕捉，不符合可操作性原則，予以剔除；魚類多樣性指數(shù)和魚類完整性指數(shù)均受漁民濫放、濫捕等人為因素的干擾，并不能客觀反映生態(tài)護(hù)岸對河流魚類生存的影響，且后者是包括物種豐富度指標(biāo)、群落結(jié)構(gòu)組成指標(biāo)等16項分指標(biāo)的綜合性指標(biāo)，其獲取過程極其煩瑣，因此這兩項指標(biāo)均剔除。綜上分析，將生物狀況關(guān)鍵指標(biāo)定為采用頻次較高的底棲動物多樣性(C7)和浮游植物多樣性(C8)2項，兩者均可采用Shannon-Weaner多樣性指數(shù)進(jìn)行計算：

(1)

式中：H為Shannon-Weaner物種多樣性指數(shù)；K為總的物種數(shù)；Pk為物種k的個體數(shù)與總個體數(shù)的比值。

2.3 水文特征

水文特征指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對河流水文要素的影響，經(jīng)過初步篩選共有生態(tài)流量保障程度、流速分布、流量過程變異程度、水土流失率、水溫變異程度和水量等6項候選指標(biāo)，各指標(biāo)對應(yīng)采用頻次分別為25次、11次、11次、9次、8次和6次。其中，生態(tài)流量保障程度出現(xiàn)頻次最高，該指標(biāo)主要通過河流長序列水文數(shù)據(jù)來反映河流的水文特征，且能夠同時表征流量過程變異程度和水量，因此剔除流量過程變異程度和水量這兩項指標(biāo)。由于建造生態(tài)護(hù)岸的首要目的是保護(hù)河岸免受沖刷，所以水土流失在本文所研究的評價指標(biāo)體系中不具有代表性。綜上分析，將水文特征關(guān)鍵指標(biāo)定為生態(tài)流量保障程度(C9)、流速分布(C10)和水溫變異程度(C11)3項。

生態(tài)流量是維持水生生物存在、污染物稀釋自凈、河流水沙平衡和生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的最小流量[18]，而在高度人工化城市中生態(tài)流量是指能保障城市河流連通性和景觀娛樂等功能正常發(fā)揮的流量條件[19]，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的特征，評估計算生態(tài)流量?？紤]到長江下游平原河網(wǎng)地區(qū)水資源時間分布不均的特點，生態(tài)流量保障程度可用評估年河道實測日均流量大于生態(tài)基流的天數(shù)占總天數(shù)的比例來表征[20]，計算公式如下：

C9=(ds/365)×100%

(2)

式中ds為評估年實測日均流量達(dá)到河道生態(tài)流量的天數(shù)。

河流生態(tài)環(huán)境中不同流速條件更利于不同生物群落的聚集[21]，且流速分布與河流物質(zhì)的交換擴散以及泥沙輸移有關(guān)，在一定程度上影響著河流的自凈能力[1]。流速分布可根據(jù)河流斷面流速分布的差異程度進(jìn)行定性描述。

水溫是水環(huán)境變化的重要驅(qū)動因子，水溫的改變會直接或間接影響河流水質(zhì)狀況和水生生物狀況[17]。水溫變異程度可由評估年逐月實測月均水溫與多年平均月均水溫變異最大值表示[22]，計算公式如下：

(3)

2.4 地貌特征

地貌特征指標(biāo)主要用以表征生態(tài)護(hù)岸對河岸帶與河道自然結(jié)構(gòu)形態(tài)特征的影響，河流地貌直接影響著水生生物棲息環(huán)境的質(zhì)量，很大程度上決定著河流生物的種類及其群落的結(jié)構(gòu)組成，是維持河流健康的重要前提[23]。經(jīng)過初步篩選共有河岸帶植被覆蓋率、縱向連通性、岸坡穩(wěn)定性、蜿蜒度、河床穩(wěn)定性、護(hù)岸形式、天然濕地保留率、河岸植被結(jié)構(gòu)完整性、河道渠化程度、岸坡傾角、河岸帶寬度、河岸緩沖帶寬度、橫向連通性、水系連通性、岸坡抗蝕性、岸坡高度和滲透性等17項候選指標(biāo)，各指標(biāo)對應(yīng)采用頻次為30次、20次、20次、15次、14次、10次、9次、8次、8次、7次、7次、6次、5次、5次、4次、4次和4次。由于指標(biāo)較多，優(yōu)先選用認(rèn)可度較高、采用頻次不少于8次的指標(biāo)。其中，河岸帶植被覆蓋率與河岸植被結(jié)構(gòu)完整性均表征河岸帶植被狀況，內(nèi)容存在交叉，選取采用頻次較高的河岸帶植被覆蓋率指標(biāo)；生態(tài)護(hù)岸應(yīng)以保證岸坡穩(wěn)定為前提條件進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，岸坡穩(wěn)定性指標(biāo)不具有代表性，予以剔除；護(hù)岸形式和河道渠化程度的內(nèi)涵有所關(guān)聯(lián)，均反映河岸渠化或硬質(zhì)化的影響，選取采用頻次較高的護(hù)岸形式指標(biāo)；天然濕地保留率屬于面源指標(biāo)，不適用于評價河段尺度，予以剔除。綜上分析，將地貌特征關(guān)鍵指標(biāo)定為河岸帶植被覆蓋率(C12)、縱向連通性(C13)、蜿蜒度(C14)、河床穩(wěn)定性(C15)和護(hù)岸形式(C16)5項。

河岸帶是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，河岸帶植被覆蓋率是表征河岸帶植物群落存活狀況的量化指標(biāo)，能間接反映河流的水土保持度和生境質(zhì)量，計算公式如下：

C12=(Sp/S)×100%

(4)

式中：Sp為河岸帶植被占有面積；S為河岸帶總面積。

河流物質(zhì)循環(huán)、信息交換和生物遷徙在縱向上的暢通程度影響著水質(zhì)、生物群落種類等參數(shù)的時空分布，縱向連通性表征河流縱向連通程度，計算公式如下：

C13=N/l

(5)

式中：N為研究河段攔河建筑物的數(shù)量；l為研究河段沿河流中線的實際長度。

彎曲是河流的自然屬性，河流的蜿蜒曲折有利于流速的多樣性分布、多種生境的形成和水生生物群落的發(fā)展，蜿蜒度表征河流的彎曲程度，計算公式如下：

C14=l/L

(6)

式中L為研究河段河流的直線長度。

較為穩(wěn)定的河床有利于水位的穩(wěn)定，能夠營造良好生物棲息地，河床穩(wěn)定性是表征河床穩(wěn)定程度的指標(biāo)，反映河床在縱向、橫向和垂向維持自身結(jié)構(gòu)形態(tài)平衡的能力。該指標(biāo)為定性指標(biāo)。

不同的護(hù)岸形式對兩棲動物影響極大，最優(yōu)形式為對河流橫向連通無干擾的護(hù)岸，最差則為直立式硬質(zhì)護(hù)岸。護(hù)岸形式為定性指標(biāo)，反映陸地系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間能量、信息和物質(zhì)交換通道的順暢程度。

2.5 社會經(jīng)濟(jì)

河流生態(tài)系統(tǒng)不但承載著自然服務(wù)功能，同時也承載著社會服務(wù)功能[24]，社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要反映生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)在社會服務(wù)功能以及經(jīng)濟(jì)效益兩方面的影響。經(jīng)過初步篩選共有防洪能力、水資源開發(fā)利用率、建造維護(hù)成本、社會公共認(rèn)可度、文化美學(xué)功能、水能資源開發(fā)利用率、供水保證率、休閑娛樂功能、通航保證率、可親水度、景觀舒適度、排澇能力、維護(hù)成本、建筑材料環(huán)保性和景觀多樣性等15項候選指標(biāo)，各指標(biāo)對應(yīng)采用頻次分別為21次、15次、11次、10次、8次、8次、7次、7次、7次、6次、6次、6次、5次、5次和4次。優(yōu)先選取采用頻次不少于8次的指標(biāo)。防洪能力一般由河流達(dá)標(biāo)堤防長度與河流總堤防長度的比值來表示，而生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)需滿足防洪要求，所以該指標(biāo)予以剔除；水資源開發(fā)利用率和水能資源開發(fā)利用率是指流域內(nèi)各類生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水的總量占流域內(nèi)水資源的比重，與本評價指標(biāo)體系所針對的河段研究尺度不符，數(shù)據(jù)不易獲取，予以剔除；社會公共認(rèn)可度、文化美學(xué)功能都表達(dá)了群眾對河流生態(tài)景觀美學(xué)功能的滿意程度，均為定性指標(biāo)，為了盡可能減少定性指標(biāo)數(shù)量以降低主觀因素的影響，選擇社會公共認(rèn)可度來涵蓋其他指標(biāo)的功能。綜上分析，將社會經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵指標(biāo)定為建造維護(hù)成本(C17)和社會公共認(rèn)可度(C18)2項。

景觀化是生態(tài)護(hù)岸在保障水安全和生態(tài)健康基礎(chǔ)上的一項有益補充，提升了河岸水景觀效果，但過度景觀化卻是浪費國家資源的不良現(xiàn)象，因此需定性分析工程建造維護(hù)成本是否經(jīng)濟(jì)合理。

社會公共認(rèn)可度是指居民或游客對河岸帶景觀、休閑娛樂等設(shè)施的滿意程度，可以從景觀的文化美學(xué)性、休閑娛樂豐富度和景觀多樣性等方面進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研打分。該指標(biāo)為定性指標(biāo)。

3 評價方法

通過以上分析，從水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會經(jīng)濟(jì)5個方面構(gòu)建包含13項定量指標(biāo)與5項定性指標(biāo)的生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響評價指標(biāo)體系，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，采用綜合評價指數(shù)法定量評價生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，最終可得到生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)：

圖1 生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響評價指標(biāo)體系

(7)

式中：I為綜合影響指數(shù)；Wi為第i個準(zhǔn)則層權(quán)重；wj為第i個準(zhǔn)則層中第j個指標(biāo)在該準(zhǔn)則層所占的權(quán)重；Fij為第i個準(zhǔn)則層中第j個指標(biāo)的賦分值；ni為第i個準(zhǔn)則層指標(biāo)數(shù)。

各指標(biāo)賦分等級定為理想狀態(tài)(4分)、健康(3分)、亞健康(2分)、不健康(1分)和病態(tài)(0分)共5個等級。在對各指標(biāo)進(jìn)行賦分時，應(yīng)盡量參照國家或行業(yè)明確的適用標(biāo)準(zhǔn)，確定各等級的賦分區(qū)間或定性評價標(biāo)準(zhǔn)；若無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可參考，則可通過借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果、區(qū)域規(guī)劃要求或采用專家咨詢等方法來確定。

在實際工程評價過程中，應(yīng)首先對上述18項指標(biāo)進(jìn)行實測、定量計算或定性評價，在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行賦分，再選擇合適的賦權(quán)方法確定各準(zhǔn)則層和指標(biāo)的權(quán)重，按照式(7)計算出生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)I。根據(jù)Ⅰ級(3.2

4 結(jié) 語

本文采用頻度分析法和相關(guān)性分析法，構(gòu)建了水質(zhì)狀況、生物狀況、水文特征、地貌特征和社會經(jīng)濟(jì)5個方面18項指標(biāo)的生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響評價指標(biāo)體系，提出了各項指標(biāo)的賦分方法和生態(tài)護(hù)岸綜合影響指數(shù)計算方法以及生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響等級標(biāo)準(zhǔn)，可為長江下游平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)護(hù)岸建設(shè)與評價提供科學(xué)手段。生態(tài)護(hù)岸對河流生態(tài)系統(tǒng)影響評價是一個復(fù)雜的多層次、多因素的綜合評價過程，在實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合研究區(qū)域的特點，充分分析各項指標(biāo)的敏感性，合理確定指標(biāo)和準(zhǔn)則層的權(quán)重，準(zhǔn)確評價生態(tài)護(hù)岸對河流健康的實際影響。