基于AHP-模糊综合评价法的河流近自然评价——以浙江省安吉县西苕溪为例

朱晓博，高甲荣，张金瑞，杨思思

(北京林业大学 教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室，北京 100083)

河流评价是保护和恢复河流自然状态的基础，现已为越来越多的人所重视。河流健康状况评价的方法不断发展，形成了一系列的各具特色的评价方法，就评价原理而言，可大致将这些评价方法分为预测模型法和多指标评价法[1]。河流无脊椎动物预测和分类系统(RIVPACS)和澳大利亚河流评价计划(AUSRIVAS)就是预测模型法的代表。而多指标评价法则是近年来使用得比较广泛的方法，美国的快速生物监测协议(RBP)、澳大利亚的河流状态指数(ISC)、瑞典的岸边与河道环境细则(RCE)以及国内的城市河流健康评价体系(URHA)多是采用此法。目前，我国不少城市花巨资对一些重点河流展开了生态环境整治，但大多停留在水污染控制和水利工程的管理上，对河流生态系统的复杂性缺乏研究和了解。我国处于“河流健康意识”的初级阶段[2]，借用国外已有的成果和经验积累是必要的。

本研究从近自然评价的角度出发，对西苕溪进行基本阐述与全面评价，即根据景观生态学原理，结合具体流域地质、地貌、水文、植被及区域社会经济条件，按照自然河流流域的发生发展规律对河流进行全方位的评价[3]。研究以生态、地貌和水文三方面为主，定性定量分析了河流的结构与功能，并通过聚类分析验证制定出适用于南方河流的近自然评价指标体系。该评价可为西苕溪防御河流灾害、保护和合理利用河流自然资源以及提高当地的景观多样性打下基础，从而为提高西苕溪流域的生态、社会和经济效益提供决策依据。

1 研究区概况

西苕溪流域位于长江三角洲的太湖流域上游，地理坐标30°22′—30°57′N、119°14′—120°08′E，土地面积2 271 km2，行政上隶属于浙江和安徽两省，包括浙江省湖州市的安吉县、长兴县及湖州市区和安徽省的一部分。西苕溪是苕溪水系的主要河流，主流西溪发源于天目山北麓安吉县的大沿坑，向东北流经杭垓镇至赋石水库，出库后流至皈山，与南溪汇合后称西苕溪，经塘浦右纳大溪、浒溪，经安城向北流至梅溪镇左纳浑泥港，向东北流至小溪口进入长兴县。流域地势西南高东北低，依次呈山地、丘陵、平原的梯度分布，地面高程2—1 578 m。河流在安吉县安城以上呈山溪性特征，安城至梅溪从山溪性向平原性过渡，流经梅溪后进入平原地区。西苕溪流域属亚热带季风气候区，多年平均降水量1 465 mm，主要集中在4—9月，从西南山区到东北平原区年降水量逐渐递减。

2 研究方法

2.1 调查点布设

由于西苕溪源头、汇聚点与主干流多集中在浙江省安吉县，所以本次调查也是在浙江省安吉县进行的。调查选取了西苕溪的若干源头支流中比较有代表性的3条支流，而后从赋石水库沿河调查至下游的梅溪镇。调查点的确定遵循客观、定量的原则，将自然河段与城镇村落的坐落点结合定点，最终共布调查点25个(如图1)。布设在赋石水库的调查点主要是为了调查水库对西苕溪环境的影响；而河样带9、11、12、13、14、15位于农林结合用地区，此位置有农村分散居民点和森林，但无城镇；河样带10、17、18分别是沿着城镇布设的，途经塘浦和下墅镇等；在安城、柴潭有河流的汇流点，布设16、19调查点；下游主要调查点选取在梅溪镇附近。

图1 调查点的布设

2.2 调查方法

指标值的获取依赖于大量的实际数据资料，因此在调查25个样点前，首先搜集西苕溪流域的基本资料，主要包括：河流基本情况资料、地质地貌图、土壤分类图、土地利用分类图、行政区划图、河流水文资料等。分析利用这些基本资料确定所要调查的各个指标，调查指标主要分为地貌、生态与水文三类。

在地貌指标的调查中，定性指标平面形态、岸坡结构和两岸土地利用方式主要依据《河溪近自然评价——方法与应用》(高甲荣、冯泽深、高阳等著，2010年)一书中的标准进行记录；定量指标中水深使用测绳系上重物测量，水宽与河宽利用皮尺和测绳测量，岸坡坡度的测量借助于罗盘仪；同时，记录每个河样带中影响河流状态的水利工程措施个数[4-5]。

生态特征中的缓冲带宽度用皮尺测量；缓冲带结构完整性则要记录每点的植被层次及其生长状态，并统计每个评价小流域内河岸缓冲带中≥10 m的连续性植被缺口数目；植被多样性是在每个评价小流域内的河滨浅水区两侧各设置一个5 m×5 m的乔灌样方，在其对角线上再设置3个1 m×1 m的草本样方，然后统计该流域的植物多样性。

水文特征中pH值、磷酸盐等水质指标的调查利用北京中西仪器出品的BD80系列野外便携式试剂盒进行快速测定；流速测量采用经典的浮标法；水温利用红色的酒精温度计在水中读数测定[6-8]。

2.3 评价方法

在河流评价中，常用的评价方法较多并具有不同的特点与适宜性，本研究采用AHP-模糊综合评价模型的方法，它将层次分析法与模糊评价法有机地结合在一起，模糊理论能很好地反映河流生态健康级别的模糊性与连续性，层次分析法能够将评价者对复杂系统的定性分析进行定量化处理，两者的结合很好地解决了隶属度与权重的问题[9]。

2.3.1 评价指标的选取

河流近自然评价是将河流作为一个生态系统整体进行评价，因此必须将河流的地貌、水文与生态整合在一个指标体系中。在选取指标时，严格遵守客观性、科学性、独立性、可操作性与代表性的原则[10]，最终选取了21个评价指标。在地貌特征中，弯曲度、岸坡坡度、宽度比、平面形态、两岸土地利用方式等指标都是直接反映河流地貌特征的指标；在生态特征中，缓冲带植被宽与植被覆盖率有关，缓冲带植物多样性与结构完整性有关；在水文特征中，除了必不可少的磷酸盐、溶解氧、总氨氮等反映水质的指标外，还选取了流速多样性与清澈度等直观反映水文特征的指标。

2.3.2 评价体系的构建与权重确定

在遵循指标体系建立原则的基础上，Mayer[11]提出河流健康是一个生态价值与人类价值相统一的概念，指出指标应既反映生态学上的完整性，也反映人类的价值。这对近自然评价同样适用。基于西苕溪评价的各个因素不是属于同一方面的且具有多维性，因此在构建评价体系的过程中，结合当地实际情况，建立了拥有递进层次性的指标体系。

各指标的重要程度可用权重来衡量，指标权重的合理选择关系到综合评价的正确性和科学性，本研究采用层次分析法来确定。尽管层次分析法带有一定的主观性，但是通过专家咨询和打分结合经验判断，按结构图的层次关系进行判别比较，分别构造判断矩阵，最后经过一定的数学处理与一致性检验，计算出各指标的权重，这样能从很大程度上消除主观性。权重的确定如表1。

2.3.3 隶属度矩阵的确定

隶属度是刻画模糊集合中每一个元素对模糊集合的隶属程度的，一般表示成隶属函数的形式[12]。隶属函数采用梯形隶属函数，隶属度的计算分为正向指标计算和负向指标计算。把各评价指标的实际值代入相应的隶属函数，计算出每个指标对于各评价等级的隶属度，得模糊关系R，称R为模糊矩阵[13]，表达式为

根据《河溪近自然评价——方法与应用》一书中定性与定量指标的评价标准，对所选指标进行计算，可以得到西苕溪各指标因子的隶属度。

表1 指标体系与指标权重

2.3.4 模糊层次综合评判

模糊评价结果的向量是根据最末一级指标的隶属度和权重，逐级向上计算的[11]。本文采用模糊合成加权线性变换完成模糊合成[14-16]，即

3 结果与分析

3.1 西苕溪近自然评价分析

依据调查所取得的数据，并应用上述评价体系与方法，判定25个河段所属的近自然等级与西苕溪整体的状态(表2)并绘制出评价图(图2)。结果表明，在25个河段中，有2个河段处于自然状态，12个河段处于近自然状态，8个河段处于退化自然状态，3个河段处于人工状态，整体评价河道处于近自然状态。本次调查的西苕溪干流河长139 km，处于自然状态、近自然状态、退化自然状态和人工状态的河长分别为11.12、66.72、44.48和16.68 km。

西苕溪上游一般都是自然山林和农田等用地，水质较好，生物多样性丰富，水流呈现自然状态，两岸植被生长繁茂，所以河样带1、2呈现出自然状态。而赋石水库附近的生境已被人为改造，在此调查的河样带均为人工化状态。自水库向下游，村镇逐渐增多，采沙场等各种工业企业的出现致使河流改道、裁弯取直的情况增加，水质状况不容乐观。但是在调查的下墅河段，即河样带11、12、13、14、15，状态明显好转，基本处于近自然状态， 这主要是因为当地河段的原生态保存较完好，河流中水草丰茂，河流有一定的自净能力，河流两岸的植被层次较多，沿岸的土地利用方式多为林业用地与农田用地相结合的方式。处于退化自然状态的河段占了32%，出现在西苕溪的中下游，通过调查分析，认为主要表现为溪流内小生境的破坏、河岸植被群落损坏和开发建设中的水土流失。流经安城后，退化自然状态与近自然状态交错出现，说明河流的不良状况在此有所控制，但河流整体的生态状况并没有好转。在最后的河段梅溪，由于有多个挖沙场的存在，破坏了河流两岸的植被并改变了河床的整体形态，致使河段处于退化自然状态。

表2 西苕溪分段评价结果

图2 西苕溪近自然状况评价图

3.2 聚类分析验证

利用SPSS软件对河流进行聚类分析验证，采用的方法为欧氏距离法[17-18]，结果如图3所示。

图3 西苕溪各评价河段聚类树形图

由于河流自然度被划分为4个等级，因而本次聚类将分为4类。由图3可以看出，当取T=4时，22个评价河样带被分为{6,7,8}、{1,2}、{18,21,13,20,5,15,4,14,3,12,17,11 }和{9,10,22,25,16,24,19,23}四大类。其中，6、7、8三个河段聚为一类是因为人为开发程度剧烈；反之，1、2河段处，原始生态状况保存最为完整；3、4、5、11、12、13、14、15、17、18、20、21这12个河段归为一类则是各项评分值相近，河流的生态环境比较好，人为痕迹较少；而9、10、16、19、22、23、24、25号河样带的评价结果与退化自然状态相符。综上所述，聚类分析结果与上述评价结果相一致，证明了此评价体系的合理性，鉴于西苕溪属于南方含沙量大的河流，所以AHP-模糊综合评价法可在南方类似流域内进行推广与应用。

4 结 论

(1)本研究从近自然的角度出发，以地貌、生态、水文三方面为基础构建了西苕溪近自然评价指标体系，并使用AHP-模糊综合法对其进行了评价，评价结果与实际相符合。

(2)在所评价的25个河样带中，自然状态、近自然状态、退化自然状态和人工状态占据的比例分别为8%、48%、32%和12%，其中退化自然状态主要出现在中下游，西苕溪整体状况基本处于近自然状态。

(3)利用聚类分析来验证该评价体系的精确性，结果呈现高度的一致性，说明该评价体系具有较高的可信度，可以在南方类似流域进行普及和推广。

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