季香華

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124100)

1 區(qū)域概況

遼河流域盤錦段起始于遼寧西南部臺(tái)安縣附近，流經(jīng)臺(tái)安、盤山、大洼等區(qū)縣后注入遼東灣。遼河干流盤錦段總長(zhǎng)124.3 km，主要有清水河、螃蟹溝、一統(tǒng)河、太平河、繞陽(yáng)河等支流，河網(wǎng)水系密布，大小河流共21條，總流域面積3 570 km2，除西北部隸屬凌河水系其他大部分都屬于遼河水系。該河段為溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，平均氣溫8.4℃，每年冰封期為3個(gè)月，水產(chǎn)品資源豐富，歷來(lái)盛產(chǎn)刀鱭、烏鱧、鯰魚(yú)、鱸魚(yú)、梭魚(yú)、黃顙魚(yú)、河蟹等水產(chǎn)品，屬于盤錦市重要的漁業(yè)水域。然而，化工生產(chǎn)以及城市生活排污嚴(yán)重威脅著漁業(yè)資源產(chǎn)量，梭魚(yú)、刀、鱸魚(yú)頻臨絕產(chǎn)，魚(yú)、蟹、蝦產(chǎn)量逐年下降。因此，本文結(jié)合土地利用類型、人類活動(dòng)和河道閘壩情況，通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)調(diào)查沿河流走向布設(shè)25個(gè)采樣點(diǎn)，及時(shí)了解和掌握該河段物理?xiàng)⒌赝暾誀顩r，旨在為遼河盤錦段漁業(yè)資源保護(hù)和水域污染治理提供決策依據(jù)。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)遼河流域的自然特征和城市河流強(qiáng)人為干擾的特點(diǎn)，借鑒Tavzes等相關(guān)文獻(xiàn)資料選擇10項(xiàng)代表性指標(biāo)[1-3]，其計(jì)算方法與特征如表1。基于完整性特點(diǎn)，將各指標(biāo)歸結(jié)為縱向、垂向和橫向3個(gè)維度，其中縱向完整性包括河流蜿蜒度(RM)、縱向連通性(LC)、生態(tài)流量滿足率(EF)；垂向完整性包括棲境復(fù)雜性指數(shù)(HCI)和底質(zhì)構(gòu)成指數(shù)(SCI)；橫向完整性包括土地利用類型指數(shù)(LUI)、人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)(AFI)、植被緩沖帶寬度(RVW)、植被覆蓋率(RVC)、橫向連通性(TC)。

由表1可知，各指標(biāo)(除RM)取值處于0～1范圍，其取值越接近于1則河流物理?xiàng)⒌赝暾栽胶肹4]。參考文獻(xiàn)[5]采用分級(jí)方法劃分棲息地質(zhì)量等級(jí)，各指標(biāo)得分大于等于所有點(diǎn)中該指標(biāo)最高得分的80%、60%～80%、40%～60%、20%～40%、小于20%依次為好、較好、一般、較差、差等級(jí)。

表1 河流物理?xiàng)⒌赝暾栽u(píng)價(jià)體系

2.2 計(jì)算方法

本文擬利用改進(jìn)的灰色聚類法評(píng)價(jià)河流物理?xiàng)⒌赝暾?，其主要步驟如下：

步驟1：設(shè)m個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的n個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)構(gòu)成的白化矩陣為C=m×n，元素ckj代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)k的聚類指標(biāo)j的白化值。

步驟2：標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理監(jiān)測(cè)指標(biāo)的白化值，其表達(dá)式為：

(1)

式中：dkj代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)k中監(jiān)測(cè)指標(biāo)j的標(biāo)準(zhǔn)化值；c0j代表監(jiān)測(cè)指標(biāo)j的參考標(biāo)準(zhǔn)。然后利用以下公式標(biāo)準(zhǔn)化處理灰類，即：

(2)

式中：rji代表監(jiān)測(cè)指標(biāo)j中灰類i的標(biāo)準(zhǔn)化值；sji代表監(jiān)測(cè)指標(biāo)j中第i個(gè)灰類值；h為灰類總數(shù)。

步驟3：白化函數(shù)。聚類指標(biāo)對(duì)灰類的親疏關(guān)系利用白化函數(shù)反映，監(jiān)測(cè)指標(biāo)j中灰類1、灰類i、灰類h的白化函數(shù)如下：

(3)

(4)

(5)

步驟4：求解聚類權(quán)。一般地，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)同一灰類的權(quán)重可以利用聚類權(quán)來(lái)衡量，鑒于不同指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)率存在明顯差異，擬運(yùn)用信息熵原理確定各指標(biāo)熵權(quán)，最終聚類權(quán)等于信息熵權(quán)與傳統(tǒng)聚類權(quán)的乘積，信息熵計(jì)算公式為：

(6)

(7)

聚類權(quán)值ωji的數(shù)學(xué)計(jì)算公式如下：

(8)

步驟5：求解聚類系數(shù)。隸屬于不同灰類的程度可以利用聚類系數(shù)來(lái)描述，監(jiān)測(cè)點(diǎn)k中灰類i的聚類系數(shù)εki擬利用以下公式進(jìn)行求解，具體如下：

(9)

式中：fji(dkj)代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)k中監(jiān)測(cè)指標(biāo)j的灰類i的白化函數(shù)。采用隸屬于各個(gè)灰類的聚類系數(shù)構(gòu)造聚類行向量，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所屬的類別即為聚類系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的灰類。

3 結(jié)果與分析

3.1 灰色聚類分析

結(jié)合遼河盤錦段生物棲息地野外調(diào)查結(jié)果和監(jiān)測(cè)指標(biāo)最高得分，遵循等級(jí)劃分原則確定各項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表2。采用信息熵改進(jìn)后的灰色聚類法計(jì)算各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)聚類系數(shù)及其所屬等級(jí)，如表3。

抱著試試看的態(tài)度，周磊聯(lián)系了幾個(gè)美國(guó)類似機(jī)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外也還處于試驗(yàn)階段，目前規(guī)模最大的是洛杉磯的Alcor。他們已冷凍了140例病人，還和一千多名會(huì)員簽下冷凍協(xié)議。因頭部冷凍技術(shù)比全身更成熟，我們選擇了前者。

表2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 基于灰色聚類法的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所屬類別

3.2 物理?xiàng)⒌赝暾栽u(píng)價(jià)

由圖1可知，LUI、LC、EF、RVC和RM等指標(biāo)對(duì)遼河盤錦段物理?xiàng)⒌赝暾杂绊戄^大。結(jié)果表明，參與評(píng)價(jià)的25個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中評(píng)價(jià)等級(jí)為較差、一般、較好、好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)所占比例為24%、36%、20%、20%，其中PJ1、PJ3、PJ8、PJ11、PJ12、PJ23六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果為較差。

圖1 各監(jiān)測(cè)指標(biāo)熵權(quán)

圖2表明，6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的RM、LC、EF監(jiān)測(cè)指標(biāo)灰類均達(dá)到較差等級(jí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ1的RVC、LUI、TC監(jiān)測(cè)指標(biāo)也較差，這是由于PJ1監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的閘壩阻斷了河流縱向連通性，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于住宅與路網(wǎng)較密集的城市核心區(qū)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ3、PJ8、PJ12的垂向完整性與縱向完整性均較差，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ3的上游建有卵形硝化池，出水水質(zhì)較差且周邊河床淤泥沉積，HCI值和SCI值較低；監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ8的水質(zhì)較差，水體微臭且河床有淤泥沉積，河岸住宅密集且人口密度大；監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ12、PJ23上游建有污水處理廠，出水水質(zhì)較差且河岸有垃圾堆放，林草覆蓋率較低；監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ11地處灌渠內(nèi)，灌渠筑壩取水降低了河流來(lái)水量及其縱向連通性。

圖2 部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的指標(biāo)灰類等級(jí)

采用MATLAB軟件繪制遼河盤錦段物理?xiàng)⒌赝暾栽u(píng)價(jià)指標(biāo)熱圖，結(jié)果顯示SCI、LUI、LC、EF等指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成較大的負(fù)面影響。實(shí)際上，EF反映了水質(zhì)與水量狀況。從水量的角度上，水資源嚴(yán)重短缺是遼河流域面臨的最突出的矛盾，這在很大程度上限制了盤錦段來(lái)水量；從水質(zhì)的角度上，遼河干流接納了盤錦市污水處理廠來(lái)水以及沿河部分小區(qū)直接排放的生活污水，小流量河流直接接納污水處理廠出水將嚴(yán)重影響河流的生態(tài)環(huán)境。

從防洪與城市景觀的層面上，城市河段修建的閘壩破壞了水生生物直接生活的棲息地完整性和河岸植被完整性，遼河干流盤錦段現(xiàn)有閘壩將河流割裂成獨(dú)立的小單元，嚴(yán)重影響LC值。此外，隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市土地和河岸帶土地利用類型劇烈變化，在一定程度上影響河流生態(tài)。遼河盤錦段的LUI值較低，但LUI權(quán)重最大產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)也最大，加之城市周邊地區(qū)的ULI小于核心區(qū)，即城市周邊的土地利用類型等級(jí)稍劣于城市核心區(qū)，這是由于城市周邊缺乏比較完善的規(guī)劃，對(duì)河流物理?xiàng)⑼暾云茐妮^城市核心區(qū)更高。

河流底質(zhì)提供了供水生動(dòng)植物、棲息生物棲息的環(huán)境，閘壩的修建以及水量不足限制了河流對(duì)沉積物的輸送，河道內(nèi)各種沉積物淤積并產(chǎn)生大量的淤泥，致使棲息地的多樣性逐漸喪失，所以河道SCI較差。

在空間尺度上遼河盤錦段物理?xiàng)⒌赝暾宰兓卣魅鐖D3，從圖3可以看出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)灰度等級(jí)表現(xiàn)出周習(xí)性特征，并且閘壩出現(xiàn)與完整性變化具有相同的周期性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ1-PJ13之間的物理?xiàng)⒌赝暾圆ǘ乓笥诒O(jiān)測(cè)點(diǎn)PJ13以后的波動(dòng)，即從上游到下游的波動(dòng)變化中物理?xiàng)⒌赝暾杂兴纳?，這是由于城市核心區(qū)的上游河段受人為干擾程度相對(duì)較大。

圖3 棲息地完整性空間變化特征

4 結(jié)語(yǔ)

(1)將遼河盤錦段物理?xiàng)⒌赝暾岳眯畔㈧馗倪M(jìn)的灰色聚類法評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示參與評(píng)價(jià)的25個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中評(píng)價(jià)等級(jí)為較差、一般、較好、好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)所占比例為24%、36%、20%、20%，PJ1、PJ3、PJ8、PJ11、PJ12、PJ23六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果較差。

(2)EF、LC、LUI監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)率依次為26%、20%、18%，從空間上自然河流的完整性變異低于城市河流，通過(guò)改變底質(zhì)和縱向連通性閘壩降低了遼河盤錦段物理?xiàng)⒌赝暾?，通過(guò)影響EF污水處理廠降低了棲息地完整性。

(3)LUI、LC、EF監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)物理?xiàng)⒌赝暾栽u(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)率較大，信息熵權(quán)能夠保證指標(biāo)賦權(quán)和評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理性，研究成果可為遼河盤錦段漁業(yè)資源保護(hù)和水域污染治理提供一定指導(dǎo)。