城市河流健康評價指標體系構建及其應用

鄧曉軍，許有鵬，翟祿新，劉 婭，李 藝

(1. 南京大學地理與海洋科學學院，南京 210023； 2. 廣西師范大學環境與資源學院，桂林 541004)

城市河流健康評價指標體系構建及其應用

鄧曉軍1,2,*，許有鵬1，翟祿新2，劉 婭1，李 藝2

(1. 南京大學地理與海洋科學學院，南京 210023； 2. 廣西師范大學環境與資源學院，桂林 541004)

健康的城市河流既能夠維持其生態系統的自然運轉，又能夠滿足城市社會經濟的正常需求，還能夠為人類提供休閑娛樂的場所。基于城市河流健康的內涵，構建出包含自然生態、社會經濟和景觀環境等3個方面24個指標的城市河流健康評價指標體系。以漓江市區段為例，通過建立基于層次分析法的模糊綜合評價模型對其進行健康評價。結果表明：漓江市區段復合生態系統的評價結果為(0.2193，0.3004，0.3261，0.1137，0.0405)，處于中健康狀態；其自然生態子系統、社會經濟子系統和景觀環境子系統的健康狀態分別為中、優和良；水量、防洪能力、魚類多樣性指數和底棲動物多樣性是漓江市區段健康的主要影響因素。該評價指標體系可為其它城市河流的健康評價提供參考。

城市河流；河流健康評價；指標體系；漓江

城市河流多指發源于城區或流經城區的河流或河流段，包括一些歷史上人工開挖且經多年演化已具有自然河流特點的運河和渠系[1]。在城市形成和發展中，河流作為最關鍵的資源和環境載體，是影響城市風格和美化城市環境的重要因素，關系到城市生存，制約著城市發展[2]。隨著城市規模擴張和人類活動干預引起河流生態系統的不斷退化，河流健康評價已成為國內外學術界的研究熱點[3]。

國外的河流健康評價始于一個世紀前開展的河流生物監測[4]。直至今天，生態完整性指數(Index of Biotic Integrity，IBI)和河流無脊椎動物預測和分類計劃(River Invertebrate Prediction And Classification System，RIVPACS)等指示物種法仍然是河流健康評價的常用方法[5]，但其存在監測參數選擇不當會導致不同的評價結果，并且無法綜合評價河流生態系統狀況等缺陷[6]。為了全面評價河流的健康狀況，許多綜合物理、化學、生物，甚至社會經濟指標的河流健康評價方法相繼提出并且應用于實踐中，代表性的有美國的快速生物監測協議(Rapid Bioassessment Protocols，RBPs)、瑞典的岸邊與河道環境細則(Riparian, Channel, and Environmental Inventory，RCE)、澳大利亞的溪流狀態指數(Index of Stream Condition，ISC)和英國的河流生境調查(River Habitat Survey，RHS)等[7- 10]。我國的河流健康研究起步較晚，2002年，唐濤等人[4]率先對河流生態系統健康進行探索。隨后，長江、黃河和珠江等各大流域機構紛紛開展了本流域的河流健康研究[11- 13]。近年來，隨著我國城市河流保護以及河道綜合整治力度的不斷加強，城市河流健康評價也逐步開展起來[14]，如耿雷華、張楠、秦鵬和宋剛福等人分別運用綜合評價指數法、灰色關聯方法、模糊集對模型和拉開檔次法等方法對各地的河流健康進行評價[15- 18]。總體而言，國外對河流健康的研究主要集中于河流生態方面，且其評價對象主要是農村和城郊的小溪流，因此其評價方法不適用于城市河流。國內近幾年的研究雖然對河流的服務功能有所考慮，但也僅限于水資源利用、航運和防洪等幾個方面，且其評價方法或是過于主觀或是過于復雜而不適合進行廣泛研究。此外，以往的研究通常不重視甚至忽略城市河流的景觀服務功能。

漓江是世界上風光最秀麗的河流之一。但近20年來，漓江水質變差、枯水期變長以及自然景觀退化等生態問題已嚴重阻礙了流域的可持續發展。為此，本文選取漓江桂林市區段為例，通過探討城市河流健康的科學內涵，從自然生態、社會經濟和景觀環境3個方面構建了城市河流健康評價的指標體系，并運用模糊綜合評價模型對其健康現狀進行評價分析，其結果可以為城市河流的規劃、管理和保護提供決策參考。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

漓江系珠江流域西江水系的桂江上游河段的通稱，發源于廣西東北部桂林市興安縣的越城嶺主峰貓兒山，沿途流經桂林市的興安、靈川、市區、陽朔和平樂等區縣，全長214km，其間有黃柏江、川江、小溶江、甘棠江、桃花江、良豐江和潮田河等支流匯入，流域面積12285km2。漓江流域屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，年平均氣溫17.8℃，年平均降水量1949.5mm。但漓江為山區雨源型河流，每年3—8月為汛期、其徑流量約占全年的80%，9月至翌年2月為枯水期、其徑流量只有全年的20%左右。漓江是國家重點保護的13條江河之一，它是桂林山水的精華、又是桂林的母親河，支撐著全流域近500萬人的社會經濟發展。

1.2 城市河流健康評價指標體系構建

1.2.1 城市河流健康的內涵

城市濱水空間是一個城市能見水、近水和親水的特色景觀環境，而良好的河流景觀與濱水環境是當今城市規劃建設的重要內容[2]。許多城市為了美化市容，建立城市水環境，將一些原來污染的城市河流或者流經城市的河流段進行整治，再配以風景，從而形成具有景觀功能的城市河流[19]。可見，城市河流不僅具備一般城市河流的自然生態系統價值和社會經濟服務功能，還擁有美化環境與景觀旅游等特殊功能。因此，城市河流系統是一個由河流自然生態子系統、社會經濟子系統和景觀環境子系統組成的復雜系統。

健康的城市河流其自然生態、社會經濟和景觀環境都應該處于健康狀態。因此，城市河流健康的內涵應該包括以下3個方面的內容：1)自然生態健康，即河流自然生態系統能保持其穩定性和可持續性，具有維持其組織結構、自我調節和對脅迫的恢復能力[20]，它是河流生態價值發揮的前提；2)社會經濟健康，即水資源能滿足人類生活和社會經濟發展的正常需求，水資源利用效益高、防洪排澇能力強，它是河流社會經濟功能發揮的基礎；3)景觀環境健康，即河流內外的自然和人工景觀環境能夠為人類提供觀賞游覽、休閑娛樂和文化教育的場所，它是河流休閑旅游功能發揮的條件。

1.2.2 評價指標初篩

(1)自然生態指標

近年來，國內外主要通過河流水文、水質、生物、形態結構和河岸帶狀況這5個方面來表征河流自然生態系統的健康狀況[3]。水文方面，由于水量是河流水文最基本的要素之一，且其大小關系到河流生物的生存、人類的生產生活和水體景觀環境，所以選用水量作為水文代表指標；水質方面，考慮到我國的《地表水環境質量標準》根據多個評價指標將水質分為5類，故選用水質類別作為水質代表指標；生物方面，魚類、浮游藻類和底棲大型無脊椎動物是最常用的監測對象[4]，故選用這3種生物的多樣性作為生物代表指標；形態結構方面，由于河流的截彎取直、河道的硬質渠化和筑壩等人工造成的河流形態的均一化和非連續化會改變生境多樣性[21]，河床的崩塌和淤積等河床不穩定因素也會影響泄洪和防洪安全[22]，因此選用河道改變、河道彎曲程度、河床穩定性和岸坡自然程度作為形態結構代表指標；河岸帶狀況方面，由于河岸帶功能的發揮與其寬度有著極為密切的關系，且河岸植被帶對于保護流域內的水土資源以及自然棲息地等發揮著重要的作用[23]，所以選用河岸帶寬度、河岸植被的覆蓋率和縱向連續性作為河岸帶狀況代表指標。

(2)社會經濟指標

河流的社會經濟功能是河流對人類社會經濟系統支撐能力的體現，是人類維護河流健康的初衷和意義所在。泄洪、供水、發電、航運、凈化環境、景觀和文化傳承是河流的主要社會經濟功能[24]。泄洪方面，考慮到防洪能力涵蓋了整個防洪系統的工程與非工程措施以及自然與人文因素的各個方面，故選用防洪能力來綜合反映河流的泄洪功能；供水方面，由于水資源利用率是判斷人類利用的水資源是否侵占生態用水的重要標準，人均水資源量和城市供水保證率分別從理論和實踐上體現了河流對人類生產生活的最基本支撐能力，萬元GDP用水體現了人類利用水資源的效益，所以這幾個指標可以從不同的側面反映河流的供水功能及人類社會活動對河流的影響。此外，由于這幾年國家和地方乃至城市居民對自來水的合格率關注都較高，加上水環境歸根結底都是人類活動影響所致，所以選用水質類別、污水處理率和自來水綜合達標率來表征人類社會經濟活動對河流的脅迫和響應；航運方面，可以選用通航保證率來綜合反映河流航運能力；至于河流的發電功能，由于城市河流因其比降小一般不會用于發電故不作考慮，另外河流的凈化環境、景觀和文化傳承功能都可以納入河流的休閑旅游功能，故在河流健康的社會經濟評價指標中也不予體現。

(3)景觀環境指標

國內外的景觀評價一般是從生態景觀、人文景觀和視覺效果這3個方面進行，本研究在參考城市濱水綠地景觀效果評價指標體系[25]的基礎上結合城市河流健康內涵選取景觀環境評價指標，具體如下：舒適度和空氣負離子濃度都是表征居民對環境滿意程度的指標，故設一個公眾滿意度指標以全面反映人們對河流整體景觀環境的滿意程度；觀賞植物豐富度、綠地率、植被色彩多樣性、植被觀賞特性多樣性、植被空間多樣性和水生動植物及坡岸植被這幾個指標其實是從不同的側面反映河岸帶植被狀況，故設一個河岸植被覆蓋率來綜合反映河岸帶的植被狀況；水體污染物濃度、水體的透明度和水位高低其實是從水質和水量這兩方面來反映河流景觀水體，故設為這2個指標；岸線形態是反映河道兩岸形態的指標，可以合并至自然生態中的河道彎曲程度指標；河岸風格、視域寬廣度、濱水建筑體量、水位高低、園路人性化設計、河岸親水性處理類型、濱水綠地周圍用地類型、護岸類型、岸坡傾斜度、親水空間、景觀小品、河岸建筑、人文景觀這些指標是從不同的方面反映人類對城市河流的視覺和行為感知效果，故可以將其合并為岸坡自然程度、視域寬廣度、景觀小品多樣性和濱水建筑體量這4個指標；該指標體系并沒有對娛樂休閑和游船通航進行考慮，故增設娛樂項目豐度和游船通航保證率這2個指標。

1.2.3 指標分析選取

通過上述指標的初篩，可以得到反映城市河流自然生態、社會經濟和景觀環境3個方面健康狀況的31個指標，但分析發現其中有些指標難以采集數據或是難以定量化，甚至還有些指標間存在交叉和重疊。因此必須對其進行相關性分析并根據實際情況合并部分指標，具體如下：1)水質類別和景觀水體水質存在明顯的重疊，考慮到城市河流的水質變化主要是受到人類社會經濟活動影響造成的，故將這幾個指標合并至社會經濟的水質類別指標；2)水量和景觀水體水量也存在重疊，考慮到水量是河流的基本水文要素和河流生物的主導因子，故將這2個指標合并至自然生態的水量指標；3)由于漓江流域浮游藻類的相關調查研究較少，故將浮游藻類指標刪除；4)岸坡自然程度和植被覆蓋率指標分別有重復，考慮到河岸自然緩坡是人們親近景觀水體的主導因素，以及河岸綠地是人們各種休閑旅游活動的主要場所，故都將其合并至景觀環境中；5)通航保證率和游船通航保證率存在重疊，考慮到漓江流域的航運主要是用于旅游，故將其合并至景觀環境的游船通航保證率；6)由于以往的研究評價河岸帶寬度都是基于河道寬度，為了實現指標的定量化和確定相應的健康標準，故將其改為河岸帶寬/河寬。

根據上述指標分析選取，可構建出包含自然生態、社會經濟和景觀環境等3個方面24個指標的城市河流健康評價指標體系，具體如表1所示。

1.2.4 權重分配

首先根據城市河流健康評價指標體系和層次分析法的原理設計出要素層和指標層的專家咨詢表，其次選擇在地理學、生態學、水利學、環境科學和旅游管理等研究領域頗有建樹的桂林各大高校、科研院所和政府機關的專家發放問卷，然后回收問卷進行數據整理、計算相關矩陣的特征值和特征向量，接下來檢驗各評判矩陣的一致性確定各要素和指標的權重，最后計算各專家咨詢得出的權重的平均值確定各要素指標的最終權重并作出最終排序。本研究共發放問卷20份，回收20份，經檢驗其一致性發現其有效問卷有19份，對問卷進行統計分析得到其結果如表1所示。

1.2.5 評價標準確定

鑒于目前河流健康尚無明確統一標準，因而在綜合國內外河流健康評價的研究成果及城市河流的實際情況的基礎上，將城市河流健康的評價標準分為優、良、中、差和極差5個級別，結合相關歷史資料和專家咨詢，并借鑒國內外河流健康評價標準和國家相關標準確定指標的各級標準值，具體如表2。

表1 城市河流健康評價體系權重

表2 城市河流健康評價指標標準及其設定依據

①魚類物種G—F多樣性指數; ②底棲動物Shanno-Wiener多樣性指數; ③Delphi method

2 結果分析

2.1 數據來源

漓江市區段健康評價所需數據主要來源于《2010年廣西水資源公報》、《2010年桂林市環境狀況公報》、《桂林市2004—2010年旅游總體規劃》、《廣西桂林市防洪總體規劃報告(修編本)》、桂林市2010年1—12月的《重點城市集中式飲用水源地水質月報》和《重點流域水質月報》，以及近幾年的漓江流域魚類和大型無脊椎底棲動物生物多樣性調查報告[26- 27]，其它定量指標的現狀值主要是在資料收集和實地考察的基礎上征詢相關專家建議得出，各指標的現狀值及數據來源具體見表3。

2.2 評價結果

根據模糊綜合評價的基本原理，首先建立評價目標層A={漓江市區段健康}、評價要素集B={B1，B2，B3}={自然生態，社會經濟，景觀環境}，評價指標集C={C1，C2，C3，…，C24}與評語集V={優、良、中、差、極差}，然后將各指標現狀值代入，可得出各準則層的單因素評判矩陣，最后根據各指標和要素的權重結合模糊算法因子M(·,+)可完成漓江市區段健康的一二級模糊評判。結果如下：

自然生態B1=( 0.1004，0.3298，0.4483，0.1215，0)

社會經濟B2=(0.4580，0.1957，0.0943，0.1258，0.1263)

景觀環境B3=(0.1261，0.4068，0.3977，0.0693，0)

漓江市區段健康A=(0.2193，0.3004，0.3261，0.1137，0.0405)

2.3 結果分析與討論

如圖1所示，按照最大隸屬度原則，漓江市區段的健康狀況為中(0.3261)。從健康分級來看，漓江市區段有21.93%處于“優”健康狀態，30.04%處于“良”健康狀態，32.61%處于“中”健康狀態，11.37%處于“差”健康狀態，4.05%處于“極差”健康狀態。其中“良”以上的健康狀態占了51.97%，這說明漓江市區段整體健康狀況正處于“中”向“良”的過渡階段，仍存在很大的提升空間。

從準則層來看，漓江市區段的自然生態子系統最大隸屬度為0.4483，屬于“中”健康狀況，且其“中”以下的健康狀態占了56.98%，這說明漓江市區段的自然生態受人類活動的干擾破壞較大，由于健康的自然生態子系統是河流生態價值和其它功能發揮的基礎，故應受到重視并加以保護。社會經濟子系統的最大隸屬度為0.4580，屬于“優”健康狀況，說明漓江市區段的社會經濟功能發揮得較好，但應繼續保持乃至進一步提高。景觀環境子系統的最大隸屬度為0.4068，屬于“良”健康狀況，這說明當地政府和居民為了旅游業的發展做了一定的工作，但仍需繼續加強保護和管理以實現當地旅游業的可持續發展。

如圖2所示，從指標層來看，24個指標中處于“良”以上的健康狀態有13.5個(其中有個指標處于“良”和“中”的臨界狀態，故各取0.5個)、占了56.25%，處于“中”以下的健康狀態有10.5個、占了43.75%。這說明盡管漓江市區段復合生態系統整體還算穩定，但仍有部分結構存在異常變化，同時河流的各種價值和功能也有所下降，主要表現為：用水效益太差，防洪能力太低，河道存在部分渠化且兩岸筑有堤壩，河岸植被覆蓋率偏低，游船只能季節性通航，魚類的種類和數量均大幅下降，底棲動物多樣性嚴重破壞，河岸緩沖帶大量被侵占，水量季節性變化大和間斷性護岸透水性不強等。結合表3中各指標的權重排序可以發現，水量、防洪能力、魚類多樣性指數和底棲動物多樣性是漓江市區段健康的主要影響因素。因此，漓江市區段下一步的生態修復工作重點應該是枯季補水、雨季防洪和生物多樣性保護。

本次研究的結果跟實際調查情況相符合，根據“漓江水生態系統自然資源調查研究與保護”課題組2007年提交的調查報告[28]，漓江水質總體狀況良好，但漓江來流保水量銳減、枯水期延長，且漓江水生生物自然資源的遺傳多樣性和物種多樣性現狀十分嚴峻，主要表現在漓江的關鍵生物魚類自然資源已極度衰退或枯竭。此外，2011年王佳等人[29]運用河流健康綜合指數法對漓江城市段的評價結果與本研究結果也是一致的，即漓江城市段健康評價綜合指數為3.0051(總分為4)。

圖2 漓江市區段健康評價指標等級分布Fig.2 The grade distribution of health evaluation indexes of the urban reach of the Lijiang river

3 結論

(1)本研究基于城市河流健康的內涵構建了包含自然生態、社會經濟和景觀環境3個方面24個指標的城市河流健康評價指標體系，并建立了基于層次分析法的模糊綜合評價模型對漓江市區段進行實證研究。

(2)對漓江市區段健康現狀進行評價，發現漓江市區段復合生態系統及其自然生態子系統、社會經濟子系統和景觀環境子系統的評價結果分別為中、中、優和良。結合各指標的權重排序分析其健康狀況可以看出，水量、防洪能力、魚類多樣性指數和底棲動物多樣性是漓江市區段健康的主要影響因素。因此，漓江市區段下一步的生態修復工作重點應該是枯季補水、雨季防洪和生物多樣性保護。

(3)本研究建立的城市河流健康評價指標體系從一定程度上拓寬和發展了河流健康研究的思路和理論，但仍存在很多不足，如指標選取的分析主觀性太強，受資料限制并未考慮浮游動植物以及河流的連通和水流的暢通程度，也沒有分析漓江不同河段在不同年份的動態變化等。因此，本研究只能算作是針對特定區域開展河流健康評價研究的一次探索。由于不同城市河流其健康主導因素不可能一樣，且不同城市河流其生態價值和服務功能也會有所偏重，因此應根據河流的實際情況考慮數據的易獲性選取合適的指標建立指標體系對其進行評價，以確定影響河流健康的主要因素為城市河流的規劃、管理和保護提供決策參考。

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Establishment and application of the index system for urban river health assessment

DENG Xiaojun1,2,*，XU Youpeng1，ZHAI Luxin2，LIU Ya1，LI Yi2

1SchoolofGeographicandOceanographicSciences,NanjingUniversity,Nanjing210023,China2SchoolofEnvironmentalScienceandResources,GuangxiNormalUniversity,Guilin541004,China

With the rapid expansion of the urban area and the constant intervention of human activities, there have been some serious problems in urban rivers such as channel shrinkage, frequent flood disasters, deterioration of water quality, landscape destruction, decline in biodiversity, and so on. The research of urban river health is one of the hotspots in the current field of river ecology research. Restoration and maintenance of the urban river health is a common goal of urban river management in countries all over the world.

Urban rivers are those originate from urban areas or who meet with city rivers/river sections, some of which have a history of artificial excavation and evolution with characteristics of natural rivers and canals. In the process of formation and development of cities, river as the key carrier of resources in the natural environment, is an important factor influencing the style and beautify of the city environment, and restricting the city development. In terms of characteristics of urban rivers, it is obvious that urban rivers have lots of functions in varying aspects, not only functions of natural river system, but also social and economic service such as providing places for recreation and tourism. Therefore, urban river system is a complex system which is composed of natural ecology subsystem, social economy subsystem and landscape environment subsystem. A healthy urban river is significant for maintaining the balance of the local ecological system, meeting the needs of social economy development, and providing entertainment for local residents.

In this paper, the concept of the urban river health was discussed firstly, and then the evaluation index system was constructed based on the connotation of urban river health, including 24 indexes in natural ecology, social economy and landscape environment. The index system consists of sub-target layer, criteria layer and index layer, considering the natural ecology, social economy and landscape environment of the urban river. Taking the urban reach of the Lijiang River as a case, the river health status was evaluated using fuzzy comprehensive evaluation model and analytic hierarchy process (AHP) by determining the weights of the criteria layer and index layer. The results show that the ecosystem health scores of the urban reach of the Lijiang River is 0.2193, 0.3004, 0.3261, 0.1137, and 0.0405 respectively, which indicating that the urban reach of Lijiang River was in the medium state of health. The health level of the natural ecological subsystem, social and economic subsystem and landscape environment subsystem was medium, excellent and good respectively. It can be concluded that the management of the Lijiang River has made certain achievements in recent years, but more further studies and investment were needed to reach complete river governance. On the other hand, water volume, flood control capacity, fish diversity index and benthic animal diversity were also the main factors which affect the health of urban reach of the Lijiang River. Therefore, key measures of ecological restoration of the urban reach of the Lijiang River include water supplement in dry season, flood control, biodiversity conservation, as well as data collection and human factor research in the future. The evaluation index system and evaluation method in this paper was effective in the case of evaluating the health of Lijiang River, and could provide decision-making reference for basin planning, managing, protecting and health assessment of the urban river in other region.

urban river；river health evaluation；index system；Lijiang River

國家自然科學基金資助項目(41261005)；水利部公益資助項目(201201072)；廣西哲學社會科學規劃課題資助項目(13CJY005)；廣西教育廳科研課題資助項目(201010LX061)；廣西文科中心一般資助項目(YB2012017)

2012- 09- 22;

2013- 05- 13

10.5846/stxb201209221339

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mijun45@163.com

鄧曉軍，許有鵬，翟祿新，劉婭，李藝.城市河流健康評價指標體系構建及其應用.生態學報,2014,34(4):993- 1001.

Deng X J，Xu Y P，Zhai L X，Liu Y，Li Y.Establishment and application of the index system for urban river health assessment.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):993- 1001.