健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)區(qū)劃方法和尺度探討

許繼軍，陳 進(jìn) ，金小娟

(長(zhǎng)江科學(xué)院a.水資源綜合利用研究所;b.院長(zhǎng)辦公室，武漢 4 30010)

1 概述

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)河流生態(tài)環(huán)境急劇惡化，以及“水多、水少、水渾、水臟”問(wèn)題對(duì)社會(huì)影響的復(fù)雜化，迫使人們開(kāi)始反思以往的河流開(kāi)發(fā)利用模式，并借鑒生態(tài)系統(tǒng)健康的概念而提出了“河流健康”概念［1］。董哲仁強(qiáng)調(diào)“河流健康”不是嚴(yán)格意義上的科學(xué)概念，而是一種河流管理的評(píng)估工具，其作用是建立相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和評(píng)估準(zhǔn)則體系，對(duì)于在自然力與人類活動(dòng)雙重作用下的河流生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，以研究其演進(jìn)趨勢(shì)并通過(guò)管理促其向良性方向發(fā)展［2］。由于流域水系是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)生態(tài)系統(tǒng)，如何評(píng)價(jià)河流自然生態(tài)和社會(huì)屬性的健康狀態(tài)，是一個(gè)科學(xué)難題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、評(píng)價(jià)方法和健康標(biāo)準(zhǔn)等方面，做了許多有意義的探討［3］。例如，孫雪嵐等［4］結(jié)合河流的功能和屬性，分目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層建立了包括河道健康、河流生態(tài)系統(tǒng)健康和流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值3方面共24個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;耿雷華等［5］針對(duì)河流的自然功能、生態(tài)環(huán)境功能和社會(huì)服務(wù)功能，依據(jù)河流基本特征和個(gè)體特征，建立由共性指標(biāo)和個(gè)性指標(biāo)構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;陳進(jìn)和黃薇［6］以長(zhǎng)江流域?yàn)槔到y(tǒng)提出了健康長(zhǎng)江指標(biāo)體系及其評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)長(zhǎng)江流域典型河流的健康狀態(tài)進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。

在河流健康評(píng)價(jià)中，對(duì)于大中型河流，由于涉及面積廣，自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景差異大，指標(biāo)值在整個(gè)空間尺度上不具實(shí)際意義，需要分區(qū)或分段進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于長(zhǎng)江流域幅員廣闊、地形起伏、地貌差異大、河流湖泊眾多，流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、生物多樣性豐富，各地區(qū)在治理開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題也不一樣。目前用來(lái)評(píng)價(jià)河流健康的大部分指標(biāo)都具有一定的區(qū)域特征和尺度效應(yīng)，不同地區(qū)、不同河段、不同尺度的評(píng)價(jià)指標(biāo)差異較大。如果評(píng)價(jià)尺度過(guò)大，指標(biāo)就不具代表性，難以反映健康問(wèn)題之所在。因此在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)對(duì)象范圍的區(qū)劃和評(píng)價(jià)尺度的選取，是需要研究解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。已開(kāi)展的相關(guān)研究主要關(guān)注單一河流的健康評(píng)價(jià)尺度的選取，例如金小娟和陳進(jìn)［7，8］以漢江干流河段為例，采用河流生物斑點(diǎn)、工程河段、景觀河段和全河長(zhǎng)4個(gè)尺度對(duì)漢江干流河段進(jìn)行了劃分，并對(duì)各尺度的評(píng)價(jià)指標(biāo)值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行了描述。而對(duì)于干、支流關(guān)系比較復(fù)雜的大型河流水系，有關(guān)的健康評(píng)價(jià)尺度研究還不夠系統(tǒng)。對(duì)長(zhǎng)江水系，如何根據(jù)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性，對(duì)流域水系進(jìn)行合理區(qū)劃、選取合適的健康評(píng)價(jià)尺度，既能反映整體的綜合狀態(tài)，也能體現(xiàn)局部的健康問(wèn)題，是健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)尺度選取考慮的關(guān)鍵。本文在前期研究基礎(chǔ)上，依據(jù)長(zhǎng)江流域地理特點(diǎn)和河流水系特點(diǎn)，從評(píng)價(jià)對(duì)象的地理空間屬性出發(fā)，進(jìn)一步系統(tǒng)地探討針對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江流域水系的健康評(píng)價(jià)對(duì)象的區(qū)劃方法和評(píng)價(jià)尺度的選取，并分單指標(biāo)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)2大類，研究評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同尺度之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算方法。

2 健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)河流特點(diǎn)、評(píng)價(jià)的目的和要求，河流健康評(píng)價(jià)可以分為單指標(biāo)評(píng)價(jià)和多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)2類。單指標(biāo)評(píng)價(jià)就是選擇一個(gè)特征指標(biāo)對(duì)河流某一個(gè)重要問(wèn)題或者方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，如對(duì)于水質(zhì)，可采用水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率;對(duì)于河流生物多樣性，則可以采用生物多樣性指數(shù)(IBI)。單指標(biāo)評(píng)價(jià)具有方法簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)結(jié)果直觀、便于向社會(huì)宣傳、較少使用難以確定的權(quán)重等優(yōu)點(diǎn)，而且一些單指標(biāo)對(duì)于河流健康評(píng)價(jià)具有“一票否決”權(quán)。例如，水功能區(qū)嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)河段，不僅人類無(wú)法健康使用，水生生物也無(wú)法生存，這樣的水體可以判定為不健康。如果要全面深入地評(píng)價(jià)河流健康，則需要采用綜合評(píng)價(jià)方法。綜合評(píng)價(jià)方法能夠較全面地反映評(píng)價(jià)對(duì)象各方面的屬性，但該方法也存在一些難點(diǎn):如何選擇基本相互獨(dú)立的指標(biāo)，以及如何設(shè)置各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重等。

2.1 單指標(biāo)評(píng)價(jià)

健康評(píng)價(jià)的單指標(biāo)一般指一級(jí)指標(biāo)，它是由一組二級(jí)指標(biāo)、甚至三級(jí)指標(biāo)組成，并不是一個(gè)指標(biāo)，如水功能區(qū)評(píng)價(jià)是由一系列水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成;IBI(生物完整性指數(shù))也是由12個(gè)指標(biāo)組成。單指標(biāo)評(píng)價(jià)中最主要的方法是指示物種法。

這種評(píng)價(jià)方法的依據(jù)是:生物，尤其是指示性生物的數(shù)量和發(fā)育情況，它是水文水質(zhì)、河道棲息環(huán)境、生物廊道、食物鏈狀況等多種因素的綜合反映。指示生物的存在是河流健康的重要標(biāo)志之一，該方法主要以河流中某些物種的數(shù)量、生物量、生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)和一些生理生態(tài)指標(biāo)來(lái)描述河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。常用的指示生物包括魚(yú)類、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物等，主要評(píng)價(jià)方法是生物完整性指數(shù)(IBI)。在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)中，幾個(gè)具有“一票否決權(quán)”的指標(biāo)包括:水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、生物完整性指數(shù)、水資源開(kāi)發(fā)利用率等等。

2.2 綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)法結(jié)合了來(lái)自不同學(xué)科的多個(gè)指標(biāo)，在一定程度上可彌補(bǔ)單指標(biāo)法的不足，可以系統(tǒng)地評(píng)價(jià)河流的健康狀況。綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包含反映河流健康不同信息的指標(biāo)，能反映復(fù)雜河流生態(tài)系統(tǒng)的多尺度、多壓力的特征，利于全方位揭示河流面臨的壓力和存在的問(wèn)題，所以綜合評(píng)價(jià)法是今后河流健康評(píng)價(jià)的一個(gè)發(fā)展方向。

綜合指標(biāo)體系一般由目標(biāo)層、系統(tǒng)層、指標(biāo)層3層構(gòu)成。

2.2.1 目標(biāo)層

根據(jù)需要確定的評(píng)價(jià)目標(biāo)，可以分為不同尺度和類型。如對(duì)于長(zhǎng)江整體，可以稱為健康長(zhǎng)江指數(shù)，而對(duì)于長(zhǎng)江魚(yú)類資源評(píng)價(jià)，可以稱為長(zhǎng)江魚(yú)類生物多樣性指數(shù)(FIBI)。

2.2.2 系統(tǒng)層

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)層的設(shè)立是為了從各個(gè)角度反映總體評(píng)價(jià)目標(biāo)，并構(gòu)成一個(gè)完整體系。依據(jù)健康長(zhǎng)江內(nèi)涵，按內(nèi)部邏輯關(guān)系分系統(tǒng)表述長(zhǎng)江健康狀態(tài)。根據(jù)劃分程度不同，可將系統(tǒng)層繼續(xù)劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)也可以稱為狀態(tài)層。

2.2.3 指標(biāo)層

指標(biāo)層是指定義清晰，可以通過(guò)直接的計(jì)算或從統(tǒng)計(jì)資料中獲得的指標(biāo)變量。指標(biāo)的選取要根據(jù)評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)區(qū)域的不同特點(diǎn)，具體問(wèn)題具體分析。對(duì)于健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)，采用可以獲得的定量指標(biāo)或定性指標(biāo)反映長(zhǎng)江的健康狀況，評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)內(nèi)部邏輯關(guān)系可以分為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)、三級(jí)指標(biāo)。

3 評(píng)價(jià)對(duì)象區(qū)劃和尺度選取

一個(gè)完整的健康評(píng)價(jià)應(yīng)該涵蓋各個(gè)尺度，而對(duì)于不同評(píng)價(jià)主體來(lái)說(shuō)，他們需要的評(píng)價(jià)尺度也是不同的。國(guó)家層面需要的是宏觀大尺度的評(píng)價(jià)結(jié)果;流域管理機(jī)構(gòu)需要的是防洪、水土保持、水環(huán)境、輸沙采砂、水庫(kù)調(diào)度、水庫(kù)及水電站建設(shè)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的指標(biāo);生態(tài)與環(huán)境保護(hù)部門(mén)關(guān)心的是河流環(huán)境與流域生態(tài);而對(duì)于特定生態(tài)學(xué)者來(lái)說(shuō)，可能重點(diǎn)關(guān)心的是河流斷面或小生境、微生境的情況。因此在確定好評(píng)價(jià)指標(biāo)之后，選取合適的評(píng)價(jià)尺度，是開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，這首先需要通過(guò)合理區(qū)劃，將長(zhǎng)江流域細(xì)化為指標(biāo)屬性相對(duì)獨(dú)立的評(píng)價(jià)單元。

3.1 區(qū)劃原則及依據(jù)

區(qū)劃過(guò)程中需要遵循的原則包括:①歷史與傳統(tǒng)原則，選擇的尺度要處理好與現(xiàn)有的水資源分區(qū)、行政區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)和河流水系等之間的沿襲關(guān)系;②區(qū)域相關(guān)原則，尺度選取應(yīng)遵循監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)、河道水系和流域產(chǎn)匯流之間的溯源關(guān)系，以及與自然環(huán)境、生態(tài)群落和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的區(qū)域相關(guān)性;③相似性原則，尺度選取應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的一致性與差異性進(jìn)行分區(qū)，注意指標(biāo)特征的一致性是相對(duì)一致性;④發(fā)生學(xué)原則，尺度選取應(yīng)根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)服務(wù)功能與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)程、格局關(guān)系，確定區(qū)劃中的主導(dǎo)因子及區(qū)劃依據(jù);⑤可操作性原則，所選擇的尺度和對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)清晰明確，有利于構(gòu)建系統(tǒng)全面的健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，且必須便于實(shí)際應(yīng)用操作;⑥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化原則，尺度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡量規(guī)范、統(tǒng)一，在時(shí)間縱向和地區(qū)橫向之間，具有較強(qiáng)的可對(duì)比性。

對(duì)長(zhǎng)江流域進(jìn)行區(qū)劃的主要依據(jù)包括:①既定的國(guó)家行政分區(qū)、水資源分區(qū)、生態(tài)功能分區(qū);②長(zhǎng)江流域水行政管理范圍劃分;③既定的習(xí)俗和沿襲;④陸域自然分水嶺，干支流水系匯流關(guān)系;⑤生態(tài)系統(tǒng)基本構(gòu)成:斑點(diǎn)、走廊、棲息地、繁育點(diǎn)等等;⑥已有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.2 區(qū)劃方法和評(píng)價(jià)尺度

本文從評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)的空間屬性關(guān)系考慮，采用3種口徑對(duì)長(zhǎng)江流域進(jìn)行區(qū)劃，分別是面口徑、線口徑和點(diǎn)口徑(見(jiàn)圖1)。其中對(duì)于面口徑和線口徑，按照評(píng)價(jià)對(duì)象的空間大小和代表性，可進(jìn)一步確定不同尺度的評(píng)價(jià)層次。

圖1 健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)區(qū)劃方法Fig.1 Three criteria of regionalization in the Yangtze River health assessment

3.2.1 面口徑

面口徑主要是針對(duì)匯流區(qū)域而言的。在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，對(duì)應(yīng)面口徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:水土流失比例、森林覆蓋率、水旱災(zāi)害損失率、農(nóng)業(yè)面源污染比率、血吸蟲(chóng)病傳播阻隔率等等。這些指標(biāo)的共同特征，是以流域二維空間為評(píng)價(jià)對(duì)象的，指標(biāo)值能表示一定面積范圍對(duì)象的健康狀態(tài)。

面口徑的評(píng)價(jià)層次及尺度，可以參考目前常用的3種分區(qū)方法:水資源分區(qū)、地貌分區(qū)和生態(tài)功能區(qū)，將整個(gè)長(zhǎng)江流域逐層細(xì)化為指標(biāo)屬性相對(duì)獨(dú)立的面單元。從方便流域管理而言，健康長(zhǎng)江面口徑評(píng)價(jià)的尺度選取，可沿用現(xiàn)有的水資源分區(qū)(四級(jí)標(biāo)準(zhǔn))，該標(biāo)準(zhǔn)基本反映了長(zhǎng)江流域河流水系特點(diǎn)和地表徑流匯聚關(guān)系。

整個(gè)長(zhǎng)江流域被視為我國(guó)一級(jí)水資源分區(qū)，其下共劃分11個(gè)二級(jí)水資源分區(qū)，45個(gè)三級(jí)水資源分區(qū)(見(jiàn)圖2)，其中較大的三級(jí)水資源分區(qū)還進(jìn)一步細(xì)化為四級(jí)水資源分區(qū)。在四級(jí)水資源分區(qū)以下，還可以考慮按縣行政區(qū)為基本的統(tǒng)計(jì)單元。

3.2.2 線口徑

圖2 長(zhǎng)江流域三級(jí)水資源分區(qū)圖Fig.2 Map of the third-grade water resources regions in Yangtze River basin

線口徑主要是針對(duì)河流而言的。在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，對(duì)應(yīng)線口徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:水系連通性、優(yōu)良河勢(shì)保持率、通航水深保證率、防洪工程措施完善率、水能資源開(kāi)發(fā)利用率等等。這些指標(biāo)的共同特征，都是以河流水系的一維空間為評(píng)價(jià)對(duì)象的，指標(biāo)值表示一定河長(zhǎng)范圍內(nèi)的評(píng)價(jià)對(duì)象的健康狀態(tài)。線口徑的評(píng)價(jià)層次及其尺度，可以參考長(zhǎng)江水系的匯流特點(diǎn)及其干支流、上下游關(guān)系，將其細(xì)化為指標(biāo)屬性相對(duì)獨(dú)立的線單元。對(duì)于長(zhǎng)江，按照河流路徑，首先將長(zhǎng)江水系劃分為干流和支流，并分別進(jìn)行區(qū)劃。

(1)干流區(qū)劃:長(zhǎng)江干流全長(zhǎng)約6 300 km，按照河流地貌特征，初步可劃分為5個(gè)區(qū)間河段(長(zhǎng)江口、下游、中游、上游、源頭)，13個(gè)景觀河段(江陰以下、江陰－大通、大通－湖口、湖口－武漢、武漢－城陵磯、城陵磯－枝城、枝城－宜昌、宜昌－萬(wàn)州、萬(wàn)州－寸灘、寸灘－宜賓、宜賓－石鼓、石鼓－玉樹(shù)、玉樹(shù)/直門(mén)達(dá)以上)，以及眾多的工程河段。

(2)支流區(qū)劃:長(zhǎng)江支流眾多，按匯流面積來(lái)算，超過(guò)1 000 km2的支流就有437條。對(duì)于如此眾多的支流河段，本論文沒(méi)有進(jìn)行具體區(qū)劃，只給出了區(qū)劃的原則建議:①首先對(duì)于匯流面積大于1 000 km2的437條支流，按照長(zhǎng)江委制定的長(zhǎng)江河流三級(jí)支流水系劃分結(jié)果，采用樹(shù)狀水系圖，將整個(gè)長(zhǎng)江支流水系按一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)層次進(jìn)行分類編號(hào)，編碼符號(hào)為 Ri－j－k。其中:i為一級(jí)支流序號(hào)，按其河口距長(zhǎng)江口的距離長(zhǎng)短排序，越長(zhǎng)序號(hào)越大;j為二級(jí)支流序號(hào)，同樣按其出口距一級(jí)支流河口的距離長(zhǎng)短排序;k為三級(jí)支流序號(hào);②對(duì)于匯流面積超過(guò)50 000 km2的支流，如雅礱江、岷江、大渡河、嘉陵江、烏江、沅江、湘江、漢江和贛江共9條，可按照河源、上、中、下游劃分為3～4個(gè)區(qū)間河段，每個(gè)區(qū)段的景觀河段按照地貌特征和河流形態(tài)來(lái)劃分，工程河段的劃分則根據(jù)河床特征以及已實(shí)施的涉水工程及其影響范圍來(lái)具體劃分;③對(duì)于匯流面積超過(guò)10 000 km2而小于50 000 km2的35條支流，建議劃分為上、下游2個(gè)區(qū)間河段，每個(gè)區(qū)段的景觀河段按照地貌特征和河流形態(tài)來(lái)劃分，工程河段的劃分則根據(jù)河床特征以及已實(shí)施的涉水工程及其影響范圍來(lái)具體劃分;④對(duì)于匯流面積小于10 000 km2而大于3 000 km2的135條支流，建議按1個(gè)河段考慮來(lái)劃分景觀河段，景觀河段數(shù)控制在3個(gè)以內(nèi);工程河段的劃分則根據(jù)河床特征以及已實(shí)施的涉水工程及其影響范圍來(lái)具體劃分;⑤對(duì)于匯流面積小于3 000 km2而大于1 000 km2的367條支流，建議只劃分為1～2個(gè)景觀河段，工程河段數(shù)則視工程具體情況確定，若沒(méi)有涉水工程，則按照河床特征劃分。

3.2.3 點(diǎn)口徑

點(diǎn)口徑主要是針對(duì)生物斑點(diǎn)，以及布設(shè)于長(zhǎng)江流域面上、河道以及湖泊濕地內(nèi)的水文、水質(zhì)和生態(tài)等監(jiān)測(cè)點(diǎn)或斷面而言的。

在健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，對(duì)應(yīng)點(diǎn)口徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:生物斑點(diǎn)、河道控制斷面生態(tài)需水滿足率、濕地保留率、取水點(diǎn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、棲息地、珍稀水生動(dòng)物存活狀況、魚(yú)類生物完整性指數(shù)等。

這些指標(biāo)的共同特征，都是以觀測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為評(píng)價(jià)依據(jù)，指標(biāo)值表示該監(jiān)測(cè)點(diǎn)表征范圍內(nèi)的評(píng)價(jià)對(duì)象的健康狀態(tài)。可選擇有代表性的生物斑點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面作為評(píng)價(jià)點(diǎn)，也可以現(xiàn)有的水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為依據(jù)。這些點(diǎn)一般位于入海口、干流控制斷面、支流出口、湖泊濕地、水庫(kù)、城鎮(zhèn)、生物棲息地、指示性生物斑點(diǎn)等等。長(zhǎng)江流域內(nèi)各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)眾多，需要根據(jù)各具體指標(biāo)的性質(zhì)，來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)。可以按照點(diǎn)所在的水系線區(qū)劃或子流域面區(qū)劃級(jí)別，將選用的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行層次劃分。

4 不同評(píng)價(jià)口徑和尺度轉(zhuǎn)換關(guān)系

4.1 單指標(biāo)評(píng)價(jià)的尺度轉(zhuǎn)換

對(duì)于單指標(biāo)，為了能較好地與已有的各類觀測(cè)點(diǎn)相結(jié)合，且便于在地理信息系統(tǒng)下構(gòu)建面向用戶的健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)管理系統(tǒng)，點(diǎn)、線和面評(píng)價(jià)口徑之間的轉(zhuǎn)換，將按照它們之間的地理屬性、幾何關(guān)系、溯源聯(lián)絡(luò)以及權(quán)重系數(shù)來(lái)進(jìn)行，具體如下。

4.1.1 面口徑不同尺度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

對(duì)于面口徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以按照不同分級(jí)尺度的面積關(guān)系，來(lái)轉(zhuǎn)換指標(biāo)值。例如對(duì)水資源分區(qū)，不同級(jí)別之間的分區(qū)是包含關(guān)系，可以由低一級(jí)別分區(qū)的指標(biāo)值，按照面積權(quán)重及其它需要考慮的權(quán)重系數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)高一級(jí)別分區(qū)的指標(biāo)值，計(jì)算公式為

式中:Zi，Ai表示高一級(jí)別分區(qū)的指標(biāo)值及其面積;Zi－1，Ai－1表示低級(jí)別分區(qū)的指標(biāo)值及其面積;M為高一級(jí)別分區(qū)中所包含低級(jí)別的分區(qū)個(gè)數(shù);Kj為低級(jí)別分區(qū)的權(quán)重系數(shù)。

例如，當(dāng)評(píng)價(jià)整個(gè)長(zhǎng)江流域農(nóng)業(yè)面源污染狀況，可以先根據(jù)鄉(xiāng)縣一級(jí)的監(jiān)測(cè)和調(diào)查數(shù)據(jù)，按照公式(1)來(lái)統(tǒng)計(jì)三級(jí)水資源分區(qū)的指標(biāo)值，然后依次統(tǒng)計(jì)二級(jí)水資源分區(qū)的指標(biāo)值，最后計(jì)算一級(jí)水資源分區(qū)即整個(gè)長(zhǎng)江流域的指標(biāo)值。

4.1.2 線口徑不同尺度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

對(duì)于線口徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以按照不同線口徑尺度之間的幾何從屬關(guān)系，來(lái)轉(zhuǎn)換指標(biāo)值。一些以河道為評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)，如水系連通性，通航水深保證率，防洪工程措施完善率等等，可以由低一級(jí)別分段的指標(biāo)值，按照線性權(quán)重及其它需要考慮的權(quán)重系數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)高一級(jí)別分段的指標(biāo)值，計(jì)算公式為

式中:Zi，Li表示高一級(jí)別分段的指標(biāo)值及其長(zhǎng)度;Zi－1，Li－1表示低級(jí)別分段的指標(biāo)值及其長(zhǎng)度;M 為高一級(jí)別分區(qū)中所包含低級(jí)別的分段個(gè)數(shù);Kj為低級(jí)別分段的權(quán)重系數(shù)。

例如當(dāng)評(píng)價(jià)整個(gè)長(zhǎng)江干流防洪工程措施完善率，可以先將整個(gè)長(zhǎng)江干流劃分為上、中、下游3個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段內(nèi)再劃分不同的景觀河段，接著對(duì)每個(gè)景觀河段進(jìn)一步細(xì)化為工程河段。以工程河段為基準(zhǔn)，按照公式(2)統(tǒng)計(jì)景觀河段的防洪工程措施完善率指標(biāo)值，再統(tǒng)計(jì)上、中、下游3個(gè)區(qū)段的指標(biāo)值，最終得到整個(gè)長(zhǎng)江干流的指標(biāo)值。對(duì)于干支流之間的線尺度交換，需要按照干支流之間的交匯方式，來(lái)確定不同線口徑指標(biāo)值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

4.1.3 點(diǎn)與線口徑之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

河流健康評(píng)價(jià)的主要依據(jù)，大多數(shù)是基于點(diǎn)觀測(cè)方式而得到的數(shù)據(jù)。如生物斑點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，以及現(xiàn)有的水文和水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，就是依據(jù)各種觀測(cè)站來(lái)獲取點(diǎn)的狀態(tài)值。當(dāng)評(píng)價(jià)某一河段的指標(biāo)狀態(tài)值時(shí)，通常需要將能代表該河段的幾個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的狀態(tài)值，轉(zhuǎn)換為該河段的狀態(tài)值。這就是所謂點(diǎn)尺度與線尺度之間的轉(zhuǎn)換。分2種情況:①當(dāng)各點(diǎn)之間相對(duì)獨(dú)立，且點(diǎn)與線只存在幾何相關(guān)的情況，這時(shí)就可以采用算術(shù)平均法以及加權(quán)平均法等常用的線性插值方法，來(lái)將觀測(cè)站點(diǎn)的狀態(tài)值，轉(zhuǎn)換為評(píng)價(jià)河段的線尺度狀態(tài)值;②當(dāng)點(diǎn)與線之間還存在溯源關(guān)系的情況，如上下游、干支流交匯等情況，就比較復(fù)雜的，需要針對(duì)不同指標(biāo)值的點(diǎn)線特征關(guān)系，來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4.1.4 點(diǎn)與面口徑之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

當(dāng)評(píng)價(jià)某一區(qū)域(如水資源分區(qū))指標(biāo)狀態(tài)值，通常需要將能代表該區(qū)域幾個(gè)觀測(cè)站的狀態(tài)值，轉(zhuǎn)換為該區(qū)域的狀態(tài)值。分2種情況:①當(dāng)點(diǎn)與面只存在幾何相關(guān)的情況，這時(shí)就可以采用算術(shù)平均法、泰森多邊形法、逆向距離加權(quán)平均法等常用的空間插值方法，來(lái)將觀測(cè)站的狀態(tài)值，轉(zhuǎn)換為評(píng)價(jià)區(qū)域的面狀態(tài)值;②當(dāng)點(diǎn)與面之間存在溯源關(guān)系的情況，這在流域中比較常見(jiàn)，例如某子流域或水資源分區(qū)的出口處泥沙觀測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值，在很大程度上就能反映該子流域的水土流失狀況，在這種情況下，就可以用出口處的觀測(cè)點(diǎn)值來(lái)表征該子流域的面狀態(tài)值。

4.2 綜合評(píng)價(jià)的尺度轉(zhuǎn)換

以一條河為例，當(dāng)對(duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，一般可以將其沿縱向分成3個(gè)尺度，即整條河長(zhǎng)、與陸地生態(tài)區(qū)尺度相當(dāng)?shù)木坝^河段(幾十公里到上百公里)和工程河段(涉河工程影響范圍，幾公里到幾十公里)，另外再考慮加入生物斑點(diǎn)，這樣就可以將一條河流劃分成4個(gè)尺度。以河流斷面為評(píng)價(jià)對(duì)象的生物斑點(diǎn)評(píng)價(jià)，是工程河段評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，工程河段評(píng)價(jià)又是景觀河段的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，景觀河段是整條河健康評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明綜合評(píng)價(jià)時(shí)各尺度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

先選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)(假設(shè)選取了n個(gè)指標(biāo))，然后對(duì)其賦值，再對(duì)每個(gè)指標(biāo)值加權(quán)求和得到河段的綜合健康指數(shù)。全河長(zhǎng)是一個(gè)比較特殊的尺度，它本身視規(guī)模和特點(diǎn)而定，也可以是一個(gè)包含若干景觀河段。假設(shè)A是一個(gè)景觀河段，由m個(gè)工程河段(B1，B2，…，Bm)組成，其中的第 i個(gè)工程河段Bi中存在k個(gè)生態(tài)斑點(diǎn)。設(shè)景觀河段的各指標(biāo)的權(quán)重為X(x1，x2，…，xn)，設(shè)工程河段的各指標(biāo)的權(quán)重為Y(y1，y2，…，yn)，設(shè)生物斑點(diǎn)的各指標(biāo)的權(quán)重為Z(z1，z2，…，zn)，設(shè)景觀河段A的各指標(biāo)的取值為AT(a1，a2，…，an)，設(shè)包含于A的第i個(gè)工程河段Bi各指標(biāo)的取值為BiT(bi1，bi2，…，bi5)，Bi中第j個(gè)生物斑點(diǎn)的各指標(biāo)的取值為CijT(cij1，cij2，…，cij5)。Q為河段的健康綜合指數(shù)。景觀河段、工程河段、生物斑點(diǎn)的健康綜合值的計(jì)算方法如下式，

綜合評(píng)價(jià)時(shí)，先由生態(tài)斑點(diǎn)推導(dǎo)工程河段的健康綜合值，再由工程河段推導(dǎo)景觀河段的健康綜合值，最后可推求整個(gè)河段的健康綜合值。有關(guān)該方法的具體示例請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)［7，8］。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于干、支流關(guān)系較為復(fù)雜的長(zhǎng)江水系，如何根據(jù)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性，對(duì)流域水系進(jìn)行合理區(qū)劃，選取合適的評(píng)價(jià)尺度，既能反映整體的綜合狀態(tài)，也能體現(xiàn)局部的健康問(wèn)題，是健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)首先需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本論文依據(jù)長(zhǎng)江流域地理特點(diǎn)和河流水系特點(diǎn)，從點(diǎn)、線、面3種口徑提出了健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)的區(qū)劃方法和評(píng)價(jià)尺度，并按照單指標(biāo)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)的不同需要，提出了不同評(píng)價(jià)口徑和尺度之間指標(biāo)值的轉(zhuǎn)換計(jì)算方法。研究成果可以為健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)工作開(kāi)展及其評(píng)價(jià)尺度的選取提供可操作性強(qiáng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

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