海城市毛祁河治理前后健康程度综合评价

黄广玲

(海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

0 引 言

近年来，城市化的发展和人类大规模开发建设活动对河流生态环境造成较大的不利影响，不同城市的河流生态健康均受到一定程度的破坏。所以，为实现河流水清岸绿景美的目标和保障河道防洪排涝安全，国内外相继开展了一系列恢复河流生态的治理工程，然而河流健康程度与城市河流修复措施、现状健康状况之间还未形普遍适用的评价体系[1-2]。

河流健康评价是一种能够全面、及时诊断河道治理状况的有效方法，对此众多学者开展了健康程度评价研究，例如彭勃、蔡其华、刘晓燕等深入研究了黄河流域、长江流域的河流健康评价体系及其时空变化特征，结合不同流域的实际情况概述了河流健康的内涵并提出了有效的评价方法；董哲仁、王超等认为河流既要具备资源和生态功能，还要满足水资源合理利用和维持生态健康要求[3-7]。然而，现有研究还未形成统一完善、成熟完善的评价体系和研究方法。所以，考虑河流生态系统特征和区域经济发展背景，构建适用性强且满足河流管理要求的健康程度评价体系十分必要，可为维持区域生态经济环境平衡和实现河流水资源可持续利用提供重要依据。

鉴于此，文章以海城市毛祁河治理工程为例，将物元可拓理论和综合集成赋权法相耦合定量分析了河流治理前后的健康程度，可为保护河流自然环境和生态治理提供理论依据。

1 河流概况

毛祁河发源于海城市毛祁镇，主要流经曹家堡、牛圈沟、吴家沟、付家村、二道沟、张家堡、金家口子、南毛、北毛、小河等11个村庄，总河长16km，控制面积87km2，平均河宽28m，平均比降4.25‰。毛祁河为大陆性季风气候，气候特征为四季分明、暴雨特多、冬季漫长、雨雪充沛、干湿冷暖分明，选用代表站海城站作为毛祁河气象特征统计[8-10]。

根据海城市整体景观结构和总体规划要求，为实现岸绿景美、水清河畅建设目标，对毛城市毛祁河段开展综合治理，治理河段长12.1km(2+300-14+400)。工程治理建设任务为：①采用矽胶涂塑网垫生态护坡处理2+300—14+400断面左右岸，坡比为1∶2。②对左右岸高程不满足5年一遇的河段披邦涨顶。③清淤整平处理2+300—14+400断面河底。

2 毛祁河健康评价模型

2.1 健康程度评价体系

城市河流通常发源于或径流城区，对其健康评价属于一项涉及景观环境、社会经济及自然生态等方面的复杂系统。生态健康的河流不仅能够维持其各种社会服务功能，而且可以保持物理、生物及化学上的完整性，河流自然功能和社会功能保持平衡稳定。

为了更加系统、全面的构建毛祁河健康程度评价体系，对现有相关研究成果采用频率统计法进行分析，并结合城市河流特点和河流治理工程措施利用Delphi法提取特有参数，采用AHP层次分析法建立多要素、多层次梯阶层次框架，从防洪排涝、河流景观、生态环境、社会服务、河道管理5个方面选取的18项指标如表1所示。

表1 毛祁河河流健康程度评价体系及治理前后的指标值

2.2 综合集成赋权法计算权重

综合考虑各评价因子客观信息和主观意见，对各项指标权重利用综合集成赋权法求解，选用熵值法和序关系法(G1法)确定主、客观权重，将这两大类赋权法用“加法”集成后获取最终的权重。

(1)

式中：k1、k2为待求系数，且满足条件k1+k2=1、k1>0、k2>0。根据主、客观要素对毛祁河健康程度评价的影响情况，取k1=k2=0.5。

2.3 健康程度综合评价模型

针对多环境要素和功能目标的不相容性一般选用可拓物元法，而河流生态系统涉及到的要素多且各因素间具有不相容性，因此考虑选用物元可拓法评价河流健康程度。自然界中的“非此亦彼”的过度状态利用可拓集中的“即是又非”的临界概念描述，在识别和评判过程中摆脱了“非此即彼”的限制，其适用范围十分广泛。

定义描述研究对象的物元为R=(N，C，V)，其中N、C、V分别为事物的名称、特征及其量值，建模流程如下：

1)经典域和节域的确定。根据河道治理实际情况和目标要求，将健康程度划分为m个等级(N1、N2、…、Nm)，由此形成的经典域物元Ri如下：

(2)

式中：Xij=(aij，bij)为评价因子cj关于健康等级Ni的量值域，即不同评价等级下各要素的取值区间。

设P为河流健康评价的全体特征量值，特征Np关于评价因子cj的量值区间表示为Xpi=(api，bpi)，其中i=1，2，…，n，则形成的节域物元Rp可表示为：

(3)

取Rp⊃Ri，显然Xij⊂Xpi。

2)待评物元的确定。根据河道治理工程相关资料和各指标数值，构造待评物元R0的表达式为：

(4)

3)构造关联函数。采用具体的函数值定量描述各项评价因素之间的不相容关系，河流健康评价各指标的关联度计算式为：

(5)

式中：xj为河流健康评价因子实测值；ρ(xj，Xij)、ρ(xj，XPj)为代表经典域区间Xij=(aij，bij)、节域区间XPj=(aPj，bPj)到实轴上任一点xi的距离。采用下式计算点到区间的距离，即：

(6)

(7)

|xij=|aij-bij|

(8)

河流健康程度综合评价等级及各项指标的健康等级利用综合关联系数、各指标关联函数值确定。

3 毛祁河健康程度评价

3.1 物元评价模型

将毛祁河健康等级依据物元可拓性划分为病危、轻度病危、亚健康、健康和特别健康5个等级，设P={N1，N2，N3，N4，N5}，其中N1={病危}、N2={轻度病危}、N3={亚健康}、N4={健康}、N5={特别健康}。将毛祁河健康评价节域和经典域采用德尔菲法构造，结果如表2。

表2 河流健康评价经典域和节域

表1中的各指标值即为待评物元值，将河流健康评价各因子值输入模型即可获取不同等级下各要素关联度。然后对各项指标权重利用综合集成赋权法确定，从而确定河流健康综合关联度。生态治理前毛祁河健康程度为N1等级，详细计算结果见表3。同理，计算确定生态治理后毛祁河健康程度为N5级，不再赘述其运算过程。

表3 毛祁河治理前的健康程度

续表3 毛祁河治理前的健康程度

3.2 结果分析

3.2.1 河流治理前健康状态

1)治理前评价分析。生态治理前毛祁河健康程度隶属于N1等级，即处于病危状态，亟需采取有效的整治措施。

2)选取景观多样性指数C8为例，详细说明毛祁河各单项因子治理前的健康状况。根据表3可知，不同评价等级下指标C8的关联度为K8(C81)-K8(C85)为0.252、-0.255、-0.550、-0.620、-0.705，根据K(C8)=max{K8(C8j)}，(j=1，2，…，5)=0.252，由此可认为该要素为N1等级，即处于病危状态，可见河流生态治理前的景观多样性指数处于病危水平。河流物种多样性少且景观结构单一，在治理过程中应注重对该方面的提升。同理，可分析确定其他各项要素状况。

3)根据以上计算方法和流程确定各要素健康程度，其中处于亚健康的指标有娱乐设施指数、河岸植被覆盖率、灌溉有效利用系数和植物多样性指数，其它要素均达到病危状态，对此应采取有针对性的整治措施。

4)结合各指标权重计算结果，植被覆盖率、水生物种完整性指数、排涝达标率和水质优良度对综合评价等级的影响较大，毛祁河治理工程实施时应加强对此方面的治理。

3.2.2 河流治理后健康状态

生态治理项目的实施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流处于N5级特别健康状态。虽然治理后毛祁河综合评价达到特别健康水平，但水质优良度、植物和景观多样性指数、水生生物完整性指数、纵向连通性指数、管理制度等达到N4级健康水平，未达到标准状态。结合工程实际和现状调查结果，分析其原因为：

1)河道治理工程尚未移交管理方和投资方，因此并未真正使用和发布管理制度中的有关细则、办法，建议后续管理中要做到建管并重，不断完善河流管理体系。

2)项目的实施在一定程度上改善了河流水质，但没有达到Ⅳ类及以上水质要求，因此要多方排查未达标原因并加强对上游水源的管理，确保未增加新的污染源和污水厂处理中水全部达标。

3)水生生物完整性指数由于河道治理工程的实施遭到一定的破坏，要完全恢复完善需要较长的时间，因此建议工程运行一定年度后做再次评价，从而更加客观、准确的反映河流健康水平。毛祁河植物和景观多样性仍存在一定的提升空间，为提高物种多样性和避免景观结构单一，建议采取近自然式河道治理措施。

4 结 论

1)对河流健康程度综合关联度和评价要素单关联度利用综合集成赋权-物元模型评价，较为系统、客观的反映了河流治理前后的生态变化情况。

2)通过比较分析毛祁河治理前后的健康水平，验证了评价体系和计算模型的科学有效性，结果显示生态治理项目的实施大大提升了毛祁河健康水平，治理后河流处于N5级特别健康状态，但部分指标仍存在一定的提升空间。