清潩河流域生態系統健康評價

宋朝朋 羅曉川 熊路路 張帥起 向長森

摘 要：河流是古代人類文明的重要發源地，隨著工業在全世界的普及，大量的工業廢物排入大氣、土壤以及河流中。先污染后治理的經濟發展模式使得流域生態系統遭到破壞。本文在前人研究的基礎上，根據清潩河的自身特點，從河流生態系統健康的角度入手，提出了清潩河流域的生態健康評價指標體系，采用層次分析法確定評價指標權重，運用模糊評價法對清潩河流域進行了生態健康評價。結果表明：清潩河流域生態健康呈現“病態”。

關鍵詞：清潩河;生態健康;指標體系;模糊評價

1 研究區與評價指標

1.1研究區概況

清潩河流域處于伏牛山與豫東平原的過渡地帶，地勢呈現自西向東傾斜趨勢。流域西部和北部為低山丘陵，東部與中部為淮河沖積平原。最高海拔1150.6m，最低海拔為50.4m。氣候屬于溫帶季風性氣候，四季分明。年均氣溫14℃，年平均降水量706mm，夏秋季雨水多，春冬季雨水少。人均水資源量僅208m3，不足全國平均水平的8%。屬于資源缺水型地域，水資源時空分布不均。清潩河屬于潁河支流，且是潁河最大支流，全長149km，成水面積2361km2。清潩河南北縱貫許昌市區，其支流包括小泥河、石梁河、新溝河等。

1.2評價指標

1.2.1評價指標的優選

對于清潩河流域評價指標的選取，基本遵循科學性原則、系統性原則，在現有的河流數據的基礎上，結合其它研究中采納率較高的一些評價指標，確定出具有參考價值的河流生態健康評價指標。本文一共采用10個指標，自然功能指標包括流量變異系數、縱向連通性、河岸穩定性;生態功能指標包括水質、生態需水保證率、底棲動物多樣性、魚類多樣性;社會服務功能包括水資源開發利用率、污水處理率、親水景觀舒適度。

1.2.2評價指標的等級標準

參照文獻[1]、[2]、[3]。

2 評價指標權重的確定

河流健康狀況評價指標體系是一個多層次的的結構，各指標之間難以做出統一的量化計算。因此，在河流健康評價中，需要對各評價指標賦權來反映不同指標對評價目標的重要程度。本文采用層次分析法確定各指標的權重。步驟如下：

（1）建立層次結構模型

將決策的對象分為目標層、亞層、準則層。

（2）構造判斷矩陣

在層次分析法中比較各指標的重要性是通過兩兩比較來完成的。不同性質指標之間的比較較為困難，因此采用相對尺度，根據一般經驗劃分標度以提高準確度。

（3）層次單排序及其一致性檢驗

層次單排序：求出判斷矩陣最大特征根λmax的特征向量，然后將特征向量歸一化（使得列向量中各元素之和為1）后記W。W中的元素為同一層次元素對于上一層因素相對重要性的權值。定義比率：CR=CI/RI，其中CI=（λ-n）/（n-1） RI，可查表;一般認為一致性比率CR<0.1認為一致性檢驗通過。經檢驗構造的判斷矩陣的一致性檢驗均通過，可簡化計算，即對列向量歸一化后求平均作為各指標權重

（4）層次總排序及其一致性檢驗

計算某一層次所有指標對于最高層（總目標）相對重要性的權值的過程需要從最高層次到最低層次依次進行。

（5）整理計算結果

經過計算，自然功能與生態功能、社會服務權重比為0.4、0.4、0.2。自然功能中，流量變異系數權重0.2222，連通性0.0889，河岸穩定性0.0889;生態功能中水質占0.2366，生態需水保證率0.0394，底棲動物多樣性0.0880，魚類多樣性0.0360;社會服務功能中水資源開發利用率0.0857，污水處理率0.0571，親水景觀舒適度0.0571。

3 構建模糊綜合評價模型

3.1模糊綜合評價法步驟

（1）建立指標集：設X={X1，X2，…，Xm}為待評價對象的m個一級指標，一級指標Xi下有Xi={Xi1，Xi2，…，Xik} 共k個二級指標，根據問題需要，可設定下屬的三級、四級評價指標。

（2）確定評語集Y={Y1，Y2，…，Yn }

（3）建立模糊關系矩陣R：判斷X的每個因素相對于評價等級的隸屬程度。從而得到模糊關系矩陣：

其中m表示指標數，n表示評價等級，rij 表示因素Xi對評語Yj的隸屬度。

（4）確定指標權重W={w1，w2，…，wn }：通常采用層次分析法來確定各指標的權系數。

（5）建立一級指標模糊評價：一級模糊評價的建立需要利用模糊合成算子來進行，合成過程如下：

模糊合成算子有如下四種：M（∧，∨）表示先取最小值，再取最大值;M（·，∨）表示先相乘，再取最大值; ? ? ? ? ? ? ? ? 表示先取最小值，再求和;

表示先相乘，再求和。

（6）建立二級模糊評價：據一級模糊綜合評價的結果，作為二級模糊綜合評價的關系矩陣，利用上述方法，進一步得到二級模糊綜合評價結果。

（7）模糊評價結果處理：使用最大隸屬度原則對結果進行確定。

3.2清潩河模糊綜合評價結果

使用多層次模糊綜合評價方法對清潩河進行評價，分別使用四種模糊合成算子進行計算，在四種算子下，除去第一種算子對河流健康狀況難以區分，其余算子下河流健康狀況均為病態。對于清潩河自然功能、生態功能、社會服務功能的評價，四種算子均一致，結果分別為“病態”、“亞健康”、“惡劣”。

4結論分析與建議

總體上看，2016年清潩河自然功能屬于“病態”，社會服務功能屬于“惡劣”等級，生態環境功能屬于“亞健康”等級。河流整體健康狀況處于“病態”等級。

基于本文研究成果，針對清潩河治理問題提出以下建議：

（1）改善河岸帶環境。控制河岸帶高強度開發，采取有關河流沿岸帶固化措施，提高河岸帶物種豐富度。

（2）保證生態需水。保證生態補償有利于河流整體功能的恢復，通過調水保證水生生物、沿岸生物的需水量，減少農業引河水灌溉

（3）合理開發水資源。減少人類活動對河流生態系統的影響至關重要，合理規劃水資源用途，杜絕過度開采水資源的行為。

（4）加大污水處理，減少排污。控制污染源大量排放污水，積極推行節能減排技術，可采取截污分流等手段降低內、外源污染，促進水體生態恢復。

參考文獻：

[1]李瑤瑤.淮河流域（河南段）河流生態系統健康評價及修復模式研究[D]. 鄭州大學， 2015.

[2]郭坤榮， 徐躍通. 大汶河流域健康狀況及治理對策研究[J]. 水土保持研究， 2007， 14（3）：336-337.

[3]李興德.小流域生態需水及生態健康評價研究[D].山東：山東農業大學，2012.

[4]吳憬，楊蓮芳，姜小三.浙江西茗溪土地利用變化對溪流大型底棲無脊椎動物完整性的影響[J].生態學報，2008，28（3）： ?1183-1191.