海城市毛祁河治理前后健康程度綜合評價

黃廣玲

(海城市水利事務服務中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

近年來，城市化的發展和人類大規模開發建設活動對河流生態環境造成較大的不利影響，不同城市的河流生態健康均受到一定程度的破壞。所以，為實現河流水清岸綠景美的目標和保障河道防洪排澇安全，國內外相繼開展了一系列恢復河流生態的治理工程，然而河流健康程度與城市河流修復措施、現狀健康狀況之間還未形普遍適用的評價體系[1-2]。

河流健康評價是一種能夠全面、及時診斷河道治理狀況的有效方法，對此眾多學者開展了健康程度評價研究，例如彭勃、蔡其華、劉曉燕等深入研究了黃河流域、長江流域的河流健康評價體系及其時空變化特征，結合不同流域的實際情況概述了河流健康的內涵并提出了有效的評價方法；董哲仁、王超等認為河流既要具備資源和生態功能，還要滿足水資源合理利用和維持生態健康要求[3-7]。然而，現有研究還未形成統一完善、成熟完善的評價體系和研究方法。所以，考慮河流生態系統特征和區域經濟發展背景，構建適用性強且滿足河流管理要求的健康程度評價體系十分必要，可為維持區域生態經濟環境平衡和實現河流水資源可持續利用提供重要依據。

鑒于此，文章以海城市毛祁河治理工程為例，將物元可拓理論和綜合集成賦權法相耦合定量分析了河流治理前后的健康程度，可為保護河流自然環境和生態治理提供理論依據。

1 河流概況

毛祁河發源于海城市毛祁鎮，主要流經曹家堡、牛圈溝、吳家溝、付家村、二道溝、張家堡、金家口子、南毛、北毛、小河等11個村莊，總河長16km，控制面積87km2，平均河寬28m，平均比降4.25‰。毛祁河為大陸性季風氣候，氣候特征為四季分明、暴雨特多、冬季漫長、雨雪充沛、干濕冷暖分明，選用代表站海城站作為毛祁河氣象特征統計[8-10]。

根據海城市整體景觀結構和總體規劃要求，為實現岸綠景美、水清河暢建設目標，對毛城市毛祁河段開展綜合治理，治理河段長12.1km(2+300-14+400)。工程治理建設任務為：①采用矽膠涂塑網墊生態護坡處理2+300—14+400斷面左右岸，坡比為1∶2。②對左右岸高程不滿足5年一遇的河段披邦漲頂。③清淤整平處理2+300—14+400斷面河底。

2 毛祁河健康評價模型

2.1 健康程度評價體系

城市河流通常發源于或徑流城區，對其健康評價屬于一項涉及景觀環境、社會經濟及自然生態等方面的復雜系統。生態健康的河流不僅能夠維持其各種社會服務功能，而且可以保持物理、生物及化學上的完整性，河流自然功能和社會功能保持平衡穩定。

為了更加系統、全面的構建毛祁河健康程度評價體系，對現有相關研究成果采用頻率統計法進行分析，并結合城市河流特點和河流治理工程措施利用Delphi法提取特有參數，采用AHP層次分析法建立多要素、多層次梯階層次框架，從防洪排澇、河流景觀、生態環境、社會服務、河道管理5個方面選取的18項指標如表1所示。

表1 毛祁河河流健康程度評價體系及治理前后的指標值

2.2 綜合集成賦權法計算權重

綜合考慮各評價因子客觀信息和主觀意見，對各項指標權重利用綜合集成賦權法求解，選用熵值法和序關系法(G1法)確定主、客觀權重，將這兩大類賦權法用“加法”集成后獲取最終的權重。

(1)

式中：k1、k2為待求系數，且滿足條件k1+k2=1、k1>0、k2>0。根據主、客觀要素對毛祁河健康程度評價的影響情況，取k1=k2=0.5。

2.3 健康程度綜合評價模型

針對多環境要素和功能目標的不相容性一般選用可拓物元法，而河流生態系統涉及到的要素多且各因素間具有不相容性，因此考慮選用物元可拓法評價河流健康程度。自然界中的“非此亦彼”的過度狀態利用可拓集中的“即是又非”的臨界概念描述，在識別和評判過程中擺脫了“非此即彼”的限制，其適用范圍十分廣泛。

定義描述研究對象的物元為R=(N，C，V)，其中N、C、V分別為事物的名稱、特征及其量值，建模流程如下：

1)經典域和節域的確定。根據河道治理實際情況和目標要求，將健康程度劃分為m個等級(N1、N2、…、Nm)，由此形成的經典域物元Ri如下：

(2)

式中：Xij=(aij，bij)為評價因子cj關于健康等級Ni的量值域，即不同評價等級下各要素的取值區間。

設P為河流健康評價的全體特征量值，特征Np關于評價因子cj的量值區間表示為Xpi=(api，bpi)，其中i=1，2，…，n，則形成的節域物元Rp可表示為：

(3)

取Rp?Ri，顯然Xij?Xpi。

2)待評物元的確定。根據河道治理工程相關資料和各指標數值，構造待評物元R0的表達式為：

(4)

3)構造關聯函數。采用具體的函數值定量描述各項評價因素之間的不相容關系，河流健康評價各指標的關聯度計算式為：

(5)

式中：xj為河流健康評價因子實測值；ρ(xj，Xij)、ρ(xj，XPj)為代表經典域區間Xij=(aij，bij)、節域區間XPj=(aPj，bPj)到實軸上任一點xi的距離。采用下式計算點到區間的距離，即：

(6)

(7)

|xij=|aij-bij|

(8)

河流健康程度綜合評價等級及各項指標的健康等級利用綜合關聯系數、各指標關聯函數值確定。

3 毛祁河健康程度評價

3.1 物元評價模型

將毛祁河健康等級依據物元可拓性劃分為病危、輕度病危、亞健康、健康和特別健康5個等級，設P={N1，N2，N3，N4，N5}，其中N1={病危}、N2={輕度病危}、N3={亞健康}、N4={健康}、N5={特別健康}。將毛祁河健康評價節域和經典域采用德爾菲法構造，結果如表2。

表2 河流健康評價經典域和節域

表1中的各指標值即為待評物元值，將河流健康評價各因子值輸入模型即可獲取不同等級下各要素關聯度。然后對各項指標權重利用綜合集成賦權法確定，從而確定河流健康綜合關聯度。生態治理前毛祁河健康程度為N1等級，詳細計算結果見表3。同理，計算確定生態治理后毛祁河健康程度為N5級，不再贅述其運算過程。

表3 毛祁河治理前的健康程度

續表3 毛祁河治理前的健康程度

3.2 結果分析

3.2.1 河流治理前健康狀態

1)治理前評價分析。生態治理前毛祁河健康程度隸屬于N1等級，即處于病危狀態，亟需采取有效的整治措施。

2)選取景觀多樣性指數C8為例，詳細說明毛祁河各單項因子治理前的健康狀況。根據表3可知，不同評價等級下指標C8的關聯度為K8(C81)-K8(C85)為0.252、-0.255、-0.550、-0.620、-0.705，根據K(C8)=max{K8(C8j)}，(j=1，2，…，5)=0.252，由此可認為該要素為N1等級，即處于病危狀態，可見河流生態治理前的景觀多樣性指數處于病危水平。河流物種多樣性少且景觀結構單一，在治理過程中應注重對該方面的提升。同理，可分析確定其他各項要素狀況。

3)根據以上計算方法和流程確定各要素健康程度，其中處于亞健康的指標有娛樂設施指數、河岸植被覆蓋率、灌溉有效利用系數和植物多樣性指數，其它要素均達到病危狀態，對此應采取有針對性的整治措施。

4)結合各指標權重計算結果，植被覆蓋率、水生物種完整性指數、排澇達標率和水質優良度對綜合評價等級的影響較大，毛祁河治理工程實施時應加強對此方面的治理。

3.2.2 河流治理后健康狀態

生態治理項目的實施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流處于N5級特別健康狀態。雖然治理后毛祁河綜合評價達到特別健康水平，但水質優良度、植物和景觀多樣性指數、水生生物完整性指數、縱向連通性指數、管理制度等達到N4級健康水平，未達到標準狀態。結合工程實際和現狀調查結果，分析其原因為：

1)河道治理工程尚未移交管理方和投資方，因此并未真正使用和發布管理制度中的有關細則、辦法，建議后續管理中要做到建管并重，不斷完善河流管理體系。

2)項目的實施在一定程度上改善了河流水質，但沒有達到Ⅳ類及以上水質要求，因此要多方排查未達標原因并加強對上游水源的管理，確保未增加新的污染源和污水廠處理中水全部達標。

3)水生生物完整性指數由于河道治理工程的實施遭到一定的破壞，要完全恢復完善需要較長的時間，因此建議工程運行一定年度后做再次評價，從而更加客觀、準確的反映河流健康水平。毛祁河植物和景觀多樣性仍存在一定的提升空間，為提高物種多樣性和避免景觀結構單一，建議采取近自然式河道治理措施。

4 結 論

1)對河流健康程度綜合關聯度和評價要素單關聯度利用綜合集成賦權-物元模型評價，較為系統、客觀的反映了河流治理前后的生態變化情況。

2)通過比較分析毛祁河治理前后的健康水平，驗證了評價體系和計算模型的科學有效性，結果顯示生態治理項目的實施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流處于N5級特別健康狀態，但部分指標仍存在一定的提升空間。