河流健康评价体系的发展

李文岗

摘要：河流健康是近年来关注的一个热点问题，由此建立起来的健康评价体系也逐渐开始完善，从单一的物种指示法向指标体系综合评价法发展。由于河流自然特征、社会特征各异，由此产生的评价指标体系也无法统一，至今尚未出现得到广泛认可的指标体系的建立。并且，在评价过程中采用了多种数学方法，如：层次分析法、主成分分析法、模糊综合评判法、灰色关联度分析法等。这正是前沿热点问题的特征，众多的方法和研究投入其中，尚未找寻到最适宜的研究途径，因此，这也是需要加强参与研究的目的所在。

关键词：河流健康；评价体系；评价方法

由于河流提供了水利、资源、生态和环境等一系列功能，对人类社会发展起着非常重要的作用。同时，河流对人类活动最为敏感，该生态系统受到人类活动的影响是最大的。由于河流健康（river health）评价不仅可以对人类活动影响河流系统功能的情况进行分析，还能确定河流区段内的环境管理和生态修复目标，因此，河流健康作为一种评估工具和技术手段，已经逐渐成为环境学领域的一项前沿热点研究内容[1]。

1. 河流健康的概念

河流健康是在与人类健康相类比的基础上在上世纪80 年代的欧洲和北美提出的，是随着生态系统健康概念的出现应运而生的，河流健康作为一个新兴的词汇，其涵义还处于探讨阶段。

“健康”是指即使受到各种不良环境的影响，也能保证系统维持较为稳定的功能和结构状态，而且依然不断发展完善的特性。在较短的时间内，健康一词也已成了一个具有指导性意义的观念象征。河流的研究中引入这一概念意味着定义一个功能正常、可持续的系统是可能的，它并不意味着这些更高水平的系统与个体以同样的方式起作用。河流健康的定义最初是从生态系统观出发的，它强调了河流生态系统的自然属性内容的健康 [2]。

我国研究人员吴阿娜[3]等从河流生态系统的功能、结构及物质和能量循环角度对河流健康状况的内涵进行界定：即河流健康状况是对河流生态系统的结构和功能整体状况的评判，是评价河流生态系统状态的有效方法，是衡量河流功能特征、生态系统结构的隐喻标准。对于处于健康状况的河流而言，河流对自然干扰的长期效应当是有一定的抵抗力和恢复力的，可以使自身组织结构稳定的长期性和功能的健全性得到保障，而且可以将正常的生态环境效益充分发挥出来。

总之，河流健康尚无统一的定义，最初大多是从生态系统健康角度出发，或者是生态系统健康概念在河流上的应用。在其后期应用中，才渐渐扩展和丰富了河流健康的内涵。例如，河流生态系统指的是河流水体的生态系统，是一个复合生态系统。它包括一系列的子系统，包括相关湿地、水生态系统和陆地河岸生态系统等。在人们提倡可持续发展的同时，应当联想起河流健康，要对河流生态系统健康的重要性进行思考，了解其对人类社会的服务功能等方面的重要作用。由于河流兼具自然和社会两大属性，所以说，河流健康概念带有一定的主观色彩，它源于河流生态系统健康，但又不局限于生态系统健康，它包含着公众对河流的期望，反映了不同背景下的价值取向。

总体而言，河流健康的内涵主要包括三方面：可将自身的生态环境效益发挥出来；具有满足自身维持与更新的能力，使人类社会发展的相关需求得到满足；且其功能完备、结构完整[2]。

2. 评价方法

目前，河流健康评价的主要方法有预测模型法（也有称为指示物种法）和指标体系综合评价法。

预测模型法[1]，主要是借助一些要素变化与河流退化程度之间的关系来对河流系统的健康程度进行表征，选取要素包括河流中一些物种的数量、生产力以及生物量等。

预测模型法有如下思路[3]：对河流的假设和实际情况进行比较，假设的情况是河流没有受到任何人为的干扰前提下理论上存在的物种组成，在此基础上对河流的健康状况进行评价。评价流程包括：①参照河流的选取，参照河流需满足自然状态下或人为干扰非常少的特点；②调查参照河流的生物组成和相关的物理化学特征；③将经验模型建立起来，主要是关于参照河流生物组成和相应物理化学特征；④对被评价河流理论上应具备的生物组成（E）进行确定；⑤对河流的实际生物组成（O）进行调查；⑥O/ E的比值越接近1，那么也就意味着，这一河流与自然状态愈发接近，也就是表明河流的健康状况愈发的好。

指标体系综合评价法[1]：本方法具有多指标、多空间和多尺度的特征，它能够综合生物、物理、化学等指标，能够对河流甚至流域内的生态系统的健康状况进行评价，将河流、土地利用和人类社会三者间的相互作用反映出来。国外指标体系综合评价法包括澳大利亚的河流状况系数（ISC）、瑞典的岸边与河道环境细则（RCE）、欧盟水框架计划（The EuropeanUnion Water Framework Directive）、南非的河流健康计划RHP，和生物完整性指数IBI（Index of Biotic Integrity）。

3. 评价指标的建立

河流系统的社会功能和生物特征出现差异性，是由于其自身自然属性的不同及所处的区域位置的不同导致的，因此，在运用指标体系综合评价法时，对指标体系的建立是个极其重要的过程。

近年来在借鉴国外河流健康研究的基础上，我国的流域机构，根据本流域的实际情况开展了积极的研究工作[4]。

上海市环境监测中心于1999年建立的评价指标体系，主要是针对黄浦江水环境状态，主要涵盖四部分内容，有生物指标、理化指标、营养状况指标和景观指标4部分。

黄河水利委员会将“维持黄河健康生命”的治河新理念提了出来，该理念从理论体系、生产体系、伦理体系等角度出发，其终极目标的主要标志是“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬高”。

冯彦[5]等通过对大量文献的研究和对比分析，从150篇相关文献、45个河流健康评价体系的902项指标中，筛选出4个类型8个主评指标（表1）。

表1 河流健康评价主评指标

河流生境物理指标 水环境指标 生物指标 人类活动及用水指标

河岸植被覆盖率 径流量变化率 鱼类生物完整性指数 流域天然植被覆盖率

河流连通性 水质达标率 水资源利用率

湿地保留率

王琳[6]等在对城市河流生态系统健康情况进行评价时，对指标系统的建立借鉴了ISC的形态特征、河流水文学、水质、河岸带状况及水生生物5个方面，并依据城市河流特征将一些新指标增加进来，诸如河流管理、防洪安全等，还建立了包括生态、环境和水文等众多方面的综合指标体系和层次综合评价模型（表2）。

表2 城市河流健康评价指标

序号 一级指标 二级指标

1 水质特征 叶绿素a，总磷，浊度，化学需氧量，溶解氧

2 生物指标 浮游藻类（Shannon-wiener指数），大型无脊椎动物

3 形态结构 河道弯曲程度，河岸、河床稳定性，河道护岸形式

4 水文特征 水深，流速，流量

5 河滨带状况 河滨带宽度，植被结构完整性，纵向连续性

6 社会功能 公众态度，河道管理，防洪安全

王淑英[7]等在对东江的健康状况进行评价时，除了考虑到河流的生态系统结构和功能特征外，同样也加入了河流的社会经济功能的指标。由于东江与玉秀河，是处于完全不同的河流状态，因此，他们评价时所采用的指标体系也存在非常大的差异。

表3 东江健康评价指标

序号 一级指标 二级指标

1 河流形态结构 横向联通率，主河道槽横向摆动幅度，纵向蜿蜒度变化率，水库库容率，河流含沙量变化率，垂向不透水率

2 河流社会经济功能 防洪工程措施完善率，河流供水保证率，饮用水水质达标率，人均可利用水量

3 河流生态功能 河流生境多样性指数，河流生态需水保证率，河流脉动指数变化率，河流水质达标率，河口径流指标，流域植被指标，水资源开发利用度，Shannon指数

由于我国自然地理条件的区域变化十分明显，因此会出现不同河流健康评价指标的差异。河流受到影响比较显著的是其地处的地势地貌和气候特点。所以说河流所处区域的自然条件不同，那么将会很大程度上导致其水文、地貌和生物系统等的差异较大；自然带和区域不同，水资源利用、水能开发等程度也有较大区别，社会经济发展的区域也有较大的差异。

张晶[8]等为了减少河流健康评价指标选择的随意性，提出的河流健康全指标体系，涵盖了五大方面36个指标，诸如水文、地貌、水质、生物及社会经济等。该体系在选择了具有主导作用的、代表性和独立性较强的指标的同时，也考虑了现有的监测技术水平、数据的易获取性等，以做到全面、客观，充分的体现河流健康的特征。实际应用时可从这36项指标中挑选适宜的指标来评价。

4. 计算方法的选择

河流健康综合评价是借助数学方法来加工、提炼一个河流健康系统中的很多指标信息，进而对健康优劣等级进行判断[9]。目前，在该领域应用较为广泛的方法包括：层次分析法、主成分分析法、模糊综合评判法、灰色关联度分析法等。

4.1 层次分析法（AHP法）

AHP法主要是划分评价目标，使其成为若干的层次和指标，根据权重的不同来进行综合评价。对分析系统中诸多因素间的关系进行分析，从而将层次结构的关系确定下来，将目标树图建立起来→ 将两两比较的判断矩阵建立起来→对相对权重进行确定→对子目标权重进行确定→对权重一致性进行检验→对各指标的组合权重进行计算→对综合指数和排序进行计算。

层次分析法在河流健康评价领域应用较为广泛。这一方法主要是通过目标树的建立，将合理的组合权重计算出来，终将综合指数计算出来这一方法对于一致性要求是符合的，无需采取一致性检验措施，相比较其它标度，其判断传递性较好，标度值较为合理。

4.2 主成分分析法

主成分分析法该法是将多个指标化为少数几个综合指标，而保持原指标大量信息的一种统计方法。其计算步骤简述如下：对原始数据进行标准化变换并求相关系数矩阵Rm×n→求出R的特征根λi及相应的标准正交化特征向量αi →计算特征根λi的信息贡献率，确定主成分的个数→将经过标准化后的样本指标值代入主成分，计算每个样本的主成分得分。

本方法在指标数多且相关程度密切的情况下，优越性较高；如果指标数少，那么就可以对主成分的个数进行适当增加，从而来促使分析精度的提高。对于定性指标，应先进行定量化；主成分分析法优点明显，诸如合理性、可比性、全面性以及可行性等，但也有一些问题存在：该方法易受指标间的信息重叠的影响，如果对多个主成分进行加权综合，将会导致评价函数缺乏应有的区分有效度。

4.3 模糊综合评判法

该方法是对模糊关系合成的特性加以应用，通过隶属等级状况进行多指标的综合性评判。

应用此法的优点包括：数学模型比较简单、易掌握，针对复杂问题也能取得较好的评判效果，能够得到全面和合理的评判结果。

在模糊综合评判过程中，自然而然地解决了指标的可综合性问题，无需专门指标进行无量纲化处理。该方法在主、客观指标的综合评判上都比较适用。高宇婷[12]等采用模糊矩阵法对怀沙河进行了健康状况评价。邓晓军[13]等采用模糊综合评价模型对漓江的城市段河流健康状况进行了评价。

4.4 灰色关联度分析法

灰色关联度分析是系统态势的量化比较分析，可以用来分析比较评价对象的优劣。灰色关联分析不仅可以作为优势分析的基础，而且也是进行科学决策的依据，所以得到广泛的应用。

作为一种多指标分析方法，灰色关联度模型主要是依据各指标的样本数据，用灰色关联度来描述样本与评价标准间的相似程度。其关联度越大，说明样本就越接近所表征的健康状态，反之亦然。

基本思路是根据模型：R=E*W。在该式中： 是综合评判结果向量，包括了m个被评价对象。 是权重分配向量。 。E是评判矩阵：

5. 权重系数的分析

权重系数可分为主观权重系数（又称经验权数）和客观权重系数，在评价模型中，非常重要的一点就是确定权重。主观权重系数，顾名思义指的是人们针对分析对象各因素，考虑其重要程度、经验而主观确定的。诸如AHP法和专家评分法；这一方法尽管成熟，却缺乏客观性。客观权重系数是以实际资料为依据，经过整理、计算和分析来将权重系数算出，如离差法和CR ITIC法；由于这一方法存在不完善，研究时间不长等原因，因而对其推广应用不利。

6. 结语

河流健康评价是一个热点研究问题。多方面的情况如：河流健康概念的认知不统一，健康评价多指标体系建立的各异性，评价模型使用的多样性等可以表明，河流健康评价的研究尚处于起步阶段，还未出现共同认可的有效方法。因此，这更加需要加强研究，以寻找最适宜、最有效的评价方法。

参考文献

[1] 黄艺， 文航， 蔡佳亮. 基于环境管理的河流健康评价体系的研究进展[J]. 生态环境学报， 2010， 19（4）：967-973.

[2] 孙雪岚， 胡春宏. 关于河流健康内涵与评价方法的综合评述[J]. 泥沙研究， 2007， 10（5）：74-81.

[3] 吴婀娜， 杨凯， 车越， 等. 河流健康状况的表征及其评价[J]. 水科学进展， 2005， 16（4）：602-608.

[4] 王国胜， 徐文彬， 林亲铁， 等. 河流健康评价方法研究进展[J]. 安全与环境工程， 2006， 13（4）：14-17.

[5] 冯彦， 何大明， 杨丽萍. 河流健康评价的主评指标筛选[J]. 地理研究， 2012，31（3）： 389-398.

[6] 王琳， 宫兆国， 张炯， 等. 综合指标法评价城市河流生态系统的健康状况[J]. 中国给水排水， 2007， 23（10）：97-100.

[7] 王淑英， 王浩， 高永胜， 等. 河流健康状况诊断指标和标准[J]. 自然资源学报， 2011， 26（4）：591-598.

[8] 张晶， 董哲仁， 孙东亚， 等. 基于主导生态功能分区的河流健康评价全指标体系[J]. 水利学报， 2010， 41（8）：883-892.

[9] 王晖， 陈丽， 陈垦， 等. 多指标综合评价方法及权重系数的选择[J]. 广东药学院学报， 2007， 23（5）：583-589.

[10] 尤洋， 许志兰， 王培京， 等. 温榆河生态河流健康评价研究[J]. 水资源与水工程学报， 2009， 20（3）：19-24.

[11] 张楠， 孟伟， 张远， 等. 辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法[J]. 环境科学研究， 2009， 22（2）： 162-170.

[12] 高宇婷， 高甲荣， 顾岚， 等. 基于模糊矩阵法的河流健康评价体系[J]. 水土保持研究， 2012， 19（4）：196-199.

[13] 邓晓军， 许有鹏， 翟禄新， 等. 城市河流健康评价指标体系构建及其应用[J]. 生态学报， 2014， 34（4）：993-1001.