程紫璇 桑國慶 彭濤 王君諾

文章編號：16713559（2023）06-0678-09DOI：10.13349/j.cnki.jdxbn.20230518.001

摘要： 為了研究山東省河岸線資源分布情況及健康狀態(tài)，以大汶河岸線為研究對象，基于岸線自然條件和人工開發(fā)程度，提出山東省河流岸線分類方法和標準；運用壓力-狀態(tài)-響應模型選取20個指標，以行政區(qū)劃為單元構建河流岸線資源健康評價指標體系，對大汶河左、右岸分別進行岸線資源健康評價。結果表明：大汶河岸線資源健康指數均大于60，濟南市萊蕪區(qū)右岸和泰安市寧陽縣左岸岸線資源健康指數分別為68.99和68.77，泰安市泰山區(qū)岸線資源健康指數最小，為61.04；濟南市萊蕪區(qū)右岸河岸帶保護和發(fā)展充分，泰安市寧陽縣左岸自然狀態(tài)較好，泰安市泰山區(qū)右岸自然狀態(tài)、人為影響及措施均有待改善；評價結果與大汶河實際情況基本相符，能夠反映大汶河岸線開發(fā)利用、生態(tài)保護情況。

關鍵詞： 河流岸線；岸線資源健康評價；壓力-狀態(tài)-響應模型；大汶河

中圖分類號： X87

文獻標志碼： A

Classification of Shandong Province River Shorelines and Shoreline Resource Health Assessment of the Dawen River

CHENG Zixuan1，SANG Guoqing1，PENG Tao2，WANG Junnuo3

（1.School of Water Conservancy and Environment，University of Jinan，Jinan 250022，Shandong，China;

2.Rizhao Water Conservancy Bureau，Rizhao 262300，Shandong，China;3.Shuifa Planning and Design Co.，Ltd.，Jinan 250100，Shandong，China）

Abstract：To research distribution and health status of river shoreline resources in Shandong province，a classification method and standard of river shoreline in Shandong province were proposed based on natural conditions of shoreline and degree of artificial development taking the Dawen River shoreline as the research object.Twenty indicators were selected by using pressure-state-response model，a river shoreline resource health evaluation index system was constructed with administrative divisions as units，and shoreline resource health evaluation was carried out on the left and right banks of the Dawen River.The results show that the resource health indexes of the Dawen River shoreline are above 60，of which the resource health indexes of the right bank of Laiwu district in Jinan city and the left bank of Ningyang county in Taian city are 68.99 and 68.77，respectively，and the resource health index of the Taishan district in Taian city is the smallest of 61.04.The river bank zone of the right bank in Laiwu district in Jinan city is fully protected and developed，and the left bank in Ningyang county in Taian city is in a good natural state.The natural state，human influence，and measures of the right bank of Taishan district in Taian city need to be improved.The evaluation results are basically consistent with the actual situation of the Dawen River，which can reflect the development and utilization of the Dawen River shoreline，as well as the ecological protection situation.

Keywords：river shoreline;shoreline resource health evaluation;pressure-state-response model;the Dawen River

收稿日期： 2022-06-14??????? 網絡首發(fā)時間：2023-05-19T11∶19∶40

基金項目： 國家自然科學基金項目（51909104）；山東省自然科學基金項目（ZR2020ME249）

第一作者簡介： 程紫璇（1999—），女，湖北武漢人。碩士研究生，研究方向為水文學及水資源。E-mail：1613825859@qq.com。

通信作者簡介： 桑國慶（1981—），男，山東濟寧人。教授，博士，碩士生導師，研究方向為水文學及水資源。E-mail：sangguoqing@163.com。

網絡首發(fā)地址： https：//kns.cnki.net/kcms/detail/37.1378.N.20230518.1559.002.html

河流岸線是河兩岸特定區(qū)域內的帶狀區(qū)域，是水陸交匯處的過渡帶，是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要載體［1］。河流岸線評價是規(guī)劃岸線保護與開發(fā)利用的基礎，是合理設計岸線保護措施的重要部分。我國針對河流岸線資源的相關研究始于20世紀80年代，且集中在平原區(qū)大江大河的干流和港口城市，多位于長江沿線［2-4］。

21世紀以來，岸線資源評價將衛(wèi)星遙感數據與河岸線分類評價工作進行結合，從岸線開發(fā)的各種需求出發(fā)，并根據河流岸線的自然、社會、經濟等屬性來建立評價指標體系，對岸線資源進行分級評價［5］。岸線的資源類型主要包括岸線的地質條件、沿岸線的水深、岸線的穩(wěn)定性等，以便根據岸線的土地利用類型對自然岸線特征和岸線的社會特征進行分類［5-11］。岸線評價主要包括岸線建港自然條件評價（以港口建設為目的的岸線自然質量分級）、岸線開發(fā)條件評價（以岸線綜合開發(fā)為目的的岸線質量分級）［12-14］等評價方法。曹玉紅等［15］以遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）為工具，運用資源綜合評價方法評價長江安慶段岸線資源。劉慶志等［16］、馬學明［17］結合岸線自然稟賦的分析，對岸線資源進行功能區(qū)劃。陳名等［18］建立經濟評價指標體系，劃定大豐港港口岸線開發(fā)。肖攀等［19］從地質學角度建設適宜性評價模型，并以此對建設場地進行適宜性等級分區(qū)。

綜上，學者們對岸線進行研究，從不同角度對岸線資源開展評價，為岸線資源開發(fā)利用及持續(xù)性利用提供了充足理論依據，但現有研究中較少以自然河流為研究對象，且多以港口碼頭建設為評價目標。 河岸規(guī)劃不斷推進，制定系統(tǒng)化岸線評估方法迫在眉睫。 本文中以大汶河為研究對象，結合山東省河流特征，從自然與人工2個方面進行分類，利用壓力-狀態(tài)-響應（PSR）模型對大汶河岸線資源進行健康評價，將河流岸線開發(fā)利用現狀、措施及效用進行對比，以期為大汶河岸線資源統(tǒng)籌空間格局優(yōu)化，岸線資源使用管理及岸線開發(fā)利用保護提供良好的支撐和基礎。

1? 研究區(qū)概況

大汶河位于山東中部，隸屬于黃河水系。大汶河東起濟南市鋼城區(qū)汶源街道辦事處臺子村段，流經濟南市萊蕪區(qū)、鋼城區(qū)和泰安市岱岳區(qū)、泰山區(qū)、肥城市、寧陽縣、東平縣，西至大汶河劉所村段，干流全長約175.711 km。

2? 河流岸線分類原理

2.1? 分類原理及標準

岸線資源利用以開發(fā)為目的，判斷岸線開發(fā)利用價值或考慮禁止開發(fā)利用進行岸線資源健康保護，因此，本文中岸線分類以社會屬性中具體使用類型為依據進行劃分。將岸線分為自然岸線與開發(fā)岸線，自然岸線包括生態(tài)岸線、農業(yè)岸線，開發(fā)岸線則包括港口碼頭岸線、工業(yè)生產岸線、城鎮(zhèn)生活岸線及其他開發(fā)岸線［2］。

考慮不同土地利用類型對岸線評價影響的重要性，在實地調研和廣泛聽取專家意見的基礎上，初步建立山東省河流岸線資源類型劃分標準，根據遙感影像、河流歷史資料、實地考察數據，結合山東省境內主要河流的本底特征，建立適用于山東省的河流岸線分類分級標準（見表1）。

2.2? 岸線提取及判定方法

遙感具備宏觀、快速、經濟等特點，在岸線監(jiān)測調查工作中進行目視解譯，綜合實地調查得到各類型岸線陸域特征，將岸線分為自然岸線及開發(fā)岸線。

對遙感影像數據進行預處理，制作河湖岸線范圍內的遙感工作底圖。在此基礎上，利用河流、湖庫基礎數據（流域概況、水文氣象特征、河道地質與邊界條件、河道水文分析、沿河地區(qū)經濟社會概況及發(fā)展趨勢等）、輔助資料（天地圖、堤防圖、沿河村鎮(zhèn)信息）等，確定堤防位置，明確水陸邊界、河流兩岸設置緩沖區(qū)等。利用GIS技術，根據水陸交互線及堤防線，依河流流向勾畫河流岸線，確定岸線資源分類區(qū)間。

根據表1中山東省河流岸線分類標準，結合遙感提取的地物特征判定岸線類型。以水陸邊界或堤防線為基準線，垂直于基準線外圍1 000 m范圍定義為岸線范圍，示意圖見圖1。為了更好地反映岸線資源不均勻性，將岸線沿水流方向以100 m為最小分類單元，劃定若干個岸線資源分類單元 （如圖2所示）。如果在岸線分類單元內只有一種土地使用類型，則將這一種類型的岸線賦予相應的類型屬性；如果有2種及以上土地使用類型則按比例及優(yōu)先級綜合考慮對其進行分類，并以各類型岸線基準線占總長度比值得到岸線開發(fā)程度。各類型岸線范圍占比超過該岸線范圍資源評價區(qū)間80%，則岸線優(yōu)先級無效。岸線資源分類優(yōu)先級依次為其他開發(fā)岸線、港口碼頭岸線、工業(yè)生產岸線、城鎮(zhèn)生活岸線、生態(tài)岸線、農業(yè)岸線。

3? 河流岸線資源健康評價體系

3.1? 評價單元

劃分岸線資源評價單元時，必須充分考慮地形地貌、流場、資源、生物、生態(tài)環(huán)境現狀等自然屬性，同時考慮流域周圍城市經濟狀況等社會屬性，充分了解河流現狀［20］。岸線資源評價單元選取包括按距離劃分、按碼頭劃分、按行政區(qū)劃劃分，在河長制的背景下，岸線管理開發(fā)以行政區(qū)劃為評價單元更為合理，評價單元劃分見圖3。

3.2? 評價體系

PSR是聯(lián)合國經濟合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）提出的概念框架模型。該模型采用因果關系的思維方式，目前廣泛應用于水資源、土地資源以及區(qū)域環(huán)境可持續(xù)發(fā)展指標體系研究或環(huán)境保護投資分析等領域?；谏綎|河流岸線生態(tài)現狀特點，根據實際調查情況，利用PSR模型將河流岸線評價指標體系分為壓力指標、狀態(tài)指標、響應指標3類；選取了20個評價因子構建了河流岸線評價指標體系，同時采用G2-熵權法確定各指標權重。該體系展示實際岸線資源科學性的同時，凸顯其具有可行性的研究價值。河流岸線資源健康評價指標體系如圖4所示。

3.2.1? 壓力指標

壓力指標反映人類活動或經濟系統(tǒng)對所評價物體產生的影響。 本文中的壓力指標呈現了人類經濟和社會活動對環(huán)境的作用，針對黃河中下游平原河網中的河流選取的人類和社會影響指標包括人口密度、耕地建筑占比、水利工程建設、河流“四亂”（亂占、亂建、亂堆、亂采）狀況等人類影響因素及氣溫、降雨量等表征社會活動對環(huán)境的改變。

1）人口密度，反映人口對岸線產生壓力程度，為線性負向指標，設單位土地面積上的人口數量為a1，則定義為P1=-0.125a1+150。

2）氣溫變化，表現溫差對岸線開發(fā)造成的影響，為線性負向指標，設年平均晝夜溫差為a2，則定義為P2=-a2+150。

3）年平均降水量，表征岸線來水資源量，為線性正向指標，設年降雨量均值為a3，則定義為P3=a3/10。

4）耕地占比，表征施用農藥化肥對河溪的污染程度，為負向指標，定義為P4=Sc/Ss×100，其中Sc為耕地面積，Ss為岸帶面積。

5）建設用地占比，衡量岸線范圍內土地不透水率，為負向指標，定義為P5=Sco/Ss×100，其中Sco為建設用地。

6）河流“四亂”狀況，反映岸線內違建違占情況，為負向指標，根據違建數量進行打分，定義為P6。

7）水利工程措施，大汶河流域橡膠壩等水利工程措施較多，且對大汶河產生了不同的影響，依據前人的研究對其進行賦分，為正向指標，定義為P7。

3.2.2? 狀態(tài)指標

狀態(tài)指標表征河流岸線健康系統(tǒng)狀態(tài)，是反映特定時間階段環(huán)境狀態(tài)和環(huán)境變化情況的指標。

1）彈性度指數，表征生態(tài)系統(tǒng)在受到外力因素干擾下能夠自我調節(jié)達到平衡并具有恢復力的能力，為正向指標，定義為S1。

2）香濃多樣性指數，反映斑塊信息及表征景觀異質性的指數，為正向指標，定義為S2。

3）岸坡穩(wěn)定性，以其岸坡傾角、岸坡高度、河岸基質、腳坡沖刷強度來綜合表現岸坡穩(wěn)定性，為正向指標，定義為S3=Lst/Ls×100，其中Lst為穩(wěn)定岸坡長度，Ls為岸坡總長度。

4）河岸帶寬度指數，單位河長內滿足寬度要求的河岸長度，為正向指標，定義為S4=Lm/Ls×100，其中Lm為滿足寬度要求河岸長度。

5）蜿蜒度，河道蜿蜒長度Ll與直線長度Lstr之比，為正向指標，定義為S5=Ll/Lstr，并對其賦值。

6）水體密度，計算各水域面積占研究區(qū)比例，為正向指標，定義為S6=Sw/Ss×100，其中Sw為水域面積。

7）水質，反映水體受污染程度，為負向指標，采用內梅羅指數法對其賦值，定義為S7。

8）植被覆蓋度，反映地區(qū)植被生長狀況植被，垂直投影在地表的面積占地表總面積的比例，為正向指標，定義為S8=Sv/Ss×100，其中Sv為植被覆蓋面積。

3.2.3? 響應指標

響應指標表征人類為促進可持續(xù)發(fā)展所采取的對策和行動，對生態(tài)建設的投入與努力以及對河流岸線的補救及社會影響減輕的措施。為了衡量河流岸線開發(fā)適宜性，選取了人均國內生產總值、最低水位生態(tài)滿足程度、天然濕地保留率、生態(tài)敏感性交通條件共5個指標。

1）人均國內生產總值（GDP），衡量地區(qū)經濟發(fā)展程度，為線性負向指標，定義為R1=σGDP×10，其中σGDP為研究區(qū)人均國內生產總值。

2）最低生態(tài)水位滿足程度，實測水位大于生態(tài)水位的序列長度Le與岸坡總長度Ls的比值，為正向指標，定義為R2=Le/Ls×100，其中Le為最低生態(tài)水位滿足岸線長度。

3）天然濕地保留率，歷史（如1980年）狀況濕地面積Shn與濕地面積Sn的比例，為正向指標，定義為R3=Shn/Sn×100。

4）生態(tài)敏感性，對岸線開發(fā)與生態(tài)保護區(qū)沖突狀況打分，為負向指標，定義為R4。

5）交通條件，衡量岸線開發(fā)利用價值，以其與大型交通樞紐距離進行賦分，為負向指標，定義為R5。

3.3? 評價方法

3.3.1? 基于功能驅動的G2法的指標主觀權重的計算

從待評估指標集合{Xy}中挑選一個專家認為影響最小的指標記作Yn，n為指標總數。將其他各指標重新排序標記為{Y1，Y2，…，Yk，…，Yn-1}，k為初次排序指標總數。可以看出，集合{Yk}與集合{Xi}一一對應。專家根據評價體系相關信息對評價因子的重要性程度之比Rk進行判斷，即

Rk=YkYn ，（1）

WGk=Rk∑nk=1Rk ，（2）

式中： Rk為重要性程度之比；Yk為定指標集合；WGk為基于功能驅動的G2法的評價因子指標Yk的權重系數。

3.3.2? 基于數據差異驅動的熵權法的指標客觀權重的計算

將指標參數標準化處理構成矩陣，并計算指標熵權值。

pij=xij∑mj=1xij ，（3）

h=1ln n ，（4）

ei=-k∑mj=1（pijln nij） ，（5）

Wsi=1-ein-∑ni=1ei ，（6）

式中： pij為第i 個指標在某一種狀態(tài)下的概率；xij為第j個對象的第i個指標標準化后的值；m為評價對象個數；h為熵值系數；ei為第i個指標的熵；Wsi為第i個指標的熵權。

3.3.3? 基于拉格朗日最優(yōu)乘子法的組合權重的計算

結合客觀權重，利用拉格朗日乘子法優(yōu)化計算得到綜合權重

Wi=WGiWsi∑ni=1WGiWsi ，（7）

式中： Wi為綜合權重；WGi為第i個指標權重系數。

3.3.4? 評價指標權重結果

利用上述方法求得主觀權重和客觀權重并利用拉格朗日乘子法得到壓力指標、狀態(tài)指標、響應指標的主觀、客觀及綜合權重，如表2、3、4所示。由表可以清晰地看出，各個評價指標的權重差別較大，氣溫變化的綜合權重最小，人均國內生產總值的權重最大。

4? 結果分析

4.1? 大汶河岸線分類結果及分析

根據岸線分類單元將大汶河流域分類結果按照大汶河各行政區(qū)劃及左、右岸統(tǒng)計分析見表5。大汶河泰安段各類岸線資源的空間分布見圖5。

大汶河濟南段流經萊蕪區(qū)和鋼城區(qū)，兩岸總長度為139.46 km，其中：自然岸線長度為91.19 km，約占65.39%；開發(fā)岸線長度為48.27 km，約占34.61%。 大汶河在濟南段以農業(yè)岸線為主，左岸的農業(yè)岸線均多于右岸的，且在萊蕪區(qū)范圍內分布略多，但整體開發(fā)程度較高，濟南段岸線利用率為93.73%，以農業(yè)利用為主。

大汶河泰安段流經岱岳區(qū)、泰山區(qū)、肥城市、寧陽縣、東平縣，兩岸總長度為369.01 km，其中：自然岸線長度為361.69 km，約占98.02%；開發(fā)岸線長度為7.32 km，約占1.98%。農業(yè)岸線也是大汶河泰安段最主要的岸線資源類型，岱岳區(qū)境內農業(yè)岸線最長，左岸略多于右岸。其余類型的岸線資源僅占總長的5.81%，最少的是工業(yè)生產岸線。岸線利用率為98.60%，以農業(yè)利用為主。

農業(yè)岸線為大汶河最主要的岸線資源類型，且左岸的自然岸線占比均高于右岸的。從泰安段到濟南段的岸線利用程度逐漸提高，濟南地區(qū)的社會經濟發(fā)展水平顯著高于泰安地區(qū)的，可以看出岸線利用同經濟發(fā)展有一定的關聯(lián)。

4.2? 大汶河岸線資源健康評價結果

4.2.1? 評價結果

人口密度、氣溫變化、年平均降水量、人均國內生產總值數據來自各地統(tǒng)計年鑒，耕地占比、建設用地占比、彈性度指數等數據通過遙感解譯與實地測量校核獲取，水位數據來源于山東省水文局，水質數據來源于2021年對大汶河采樣監(jiān)測數據。大汶河岸線資源健康評價結果見表6。

4.2.2? 評價結果分析

大汶河位于黃河中下游，多為自然岸線，各岸段差距不大，但也能明顯看出優(yōu)劣。壓力指標中泰安段岸線資源健康程度明顯劣于濟南段，泰安段人類活動和經濟發(fā)展對大汶河生態(tài)保護產生不良影響，岱岳區(qū)和肥城市表現更為明顯，有3段岸段河流“四亂”情況極差，嚴重影響岸線資源利用及保護。由于受到太平洋副熱帶高壓及西伯利亞冷空氣等影響，導致大汶河流域降雨量偏小，因此整體河流及河岸水資源貧瘠。

狀態(tài)指標中大汶河泰安段自然保護現狀較濟南段更好，岸坡穩(wěn)定性較好，其中泰安市泰山區(qū)右岸最差，岸坡有破損、沖刷嚴重情況。兩岸多為農田堤岸，導致大汶河整體河岸帶寬度指數較小，其中泰安市泰山區(qū)左岸、濟南市萊蕪區(qū)右岸河岸帶面積較小，岸坡急需改善。水質、水體密度及植被覆蓋度等健康狀態(tài)都有待提升。

響應指標中濟南市鋼城區(qū)明顯劣于其他岸段，主要原因是2021年人均國內生產總值相差達到3萬元，可以明顯看出鋼城區(qū)岸線人為干預改善措施較差，基于其自然狀態(tài)及人類影響未來岸線資源整體將更為惡劣。大汶河濕地資源較為匱乏，僅濟南市鋼城區(qū)左岸留有小塊濕地公園。

大汶河濟南市萊蕪區(qū)右岸及泰安市寧陽縣左岸岸線健康指數分別為68.99和68.77，岸線資源健康指數最小為泰安市泰山區(qū)段，為61.04。泰安市泰山區(qū)右岸在泰安段自然岸線占比最低，僅占93%，應注重植被及濕地保護區(qū)的建設，同時改善河流“四亂”狀況。泰安市寧陽縣自然岸線占比約為100%，整體岸線資源自然狀態(tài)優(yōu)越，注意提升岸線資源持續(xù)開發(fā)利用情況。濟南市鋼城區(qū)與萊蕪區(qū)段壓力指標、狀態(tài)指標相差不大，但受到經濟基礎影響，響應指標差距較大，應在可持續(xù)發(fā)展的基礎上改善經濟狀況。

上述結果表明，大汶河整體岸線資源情況較好，岸線健康主要問題是生態(tài)濕地較少，河岸段寬度不足，河流“四亂”現象嚴重等問題，應在繼續(xù)保持可持續(xù)利用、發(fā)展的同時，注重植被及濕地保護區(qū)的建設，優(yōu)化經濟環(huán)境，清理河岸“四亂”問題，進一步合理利用水資源。

5? 結論

河流岸線分類及岸線健康評價體系是河流岸線自然資源調查與管理、河流岸線保護與利用的基礎依據，對比分析不同岸線段的健康評價結果，有助于對河流岸線資源進行精細化管理及改善，也是實施河流岸線資源修復、整治的重要支撐。

本文中以大汶河岸線為研究對象，提出了河流岸線分類方法和標準并選取20個因子構建河流岸線健康評價指標體系，針對大汶河開展岸線分類和健康評價方法應用，結果顯示，大汶河整體岸線健康指數均大于60，其中濟南市萊蕪區(qū)右岸和泰安市寧陽縣左岸岸線資源健康指數分別為68.99和68.77，泰安市泰山區(qū)岸線資源健康指數最小，為61.04。

通過進一步驗證發(fā)現分類和評價結果與大汶河實際情況基本相符，該方法能夠反映大汶河開發(fā)利用、生態(tài)保護現狀，還可應用于山東省河流岸線的分類及健康評價，為山東省河流岸線開發(fā)管理提供參考依據。

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（責任編輯：于海琴）