河岸带生态修复工程评价及应用实例

刘文杰，胥瑞晨，许兴原，吴金莲，顾　兵，徐红花，韩晓磊，何　欢，孙　成

（1.南京大学 环境学院，江苏 南京 210023；2.江苏省农村环境保护与生态修复工程中心，江苏 南京 210023；3.南京沧溪建设工程有限公司，江苏 南京 210012；4.常熟理工学院 生物与食品工程学院，江苏 常熟 215500）

河岸带生态修复工程评价及应用实例

刘文杰1，2，胥瑞晨1，2，许兴原1，2，吴金莲1，2，顾兵3，徐红花3，韩晓磊2，4，何欢1，2，孙成1，2

（1.南京大学 环境学院，江苏 南京 210023；2.江苏省农村环境保护与生态修复工程中心，江苏 南京 210023；3.南京沧溪建设工程有限公司，江苏 南京 210012；4.常熟理工学院 生物与食品工程学院，江苏 常熟 215500）

制定科学合理的河岸带生态恢复工程的验收与评价标准是工程发挥其预计功效的重要保障.本文结合生态学原理和生态水利工程设计的要点，利用层次分析法构建了以生态指标、工程指标和水质理化指标等为基础的绩效评价指标体系；并利用综合模糊分析法得出指标权重分析集和评价标准集，对苏州市横扇社区河道生态治理工程进行定量评价，验证了方法的应用性.

河岸带生态修复；评价指标系；综合模糊分析法

河岸带是水陆两相的过渡带，具有调节水流、缓冲污染、调节气候、提供资源、提供动物栖息与繁衍场地以及景观旅游等生态价值与社会价值［1-2］.随着我国经济社会快速发展和城镇化建设的快速推进，过度的资源开发、人类活动的干扰和常规水利安全工程与景观设计等产生多因子干扰，硬化驳岸、移除植物系统，破坏原有的生态系统结构，引起河岸带生态系统的退化，其中长江三角洲地区河岸带生态系统退化现象尤为普遍［3］.开展河岸带生态系统修复对拦截面源污染，改善流域水质，维持生态系统健康稳定有着重要意义.

建立科学的工程评价体系是指导河岸带生态系统恢复工程科学设计、有序开展，并达到预期恢复目标的重要保障.目前国内外在对于河道生态健康评价系统的研究中主要是针对河道现状或工程实施后的健康状态评价［4-5］，设置的指标系对工程建设过程无法起到指导作用.常规工程验收和审计，仅是对工程量与资金的真实性复核，也无法指导生态系统修复工程设计、施工与维护过程的科学有序开展.本文结合生态学原理和工程设计要点建立评价指标系，并利用综合模糊评价法对指标权重进行定量分析，得到评价标准集，并根据实例验证了方法的可行性，为河道生态系统修复工程的验收与评价提供了方法参考.

1　评价指标系

综合评价一般步骤为：①明确对象系统；②建立评价指标系；③确定评价人员和评价方法；④进行综合评价；⑤输出结果［6］.本文涉及的对象系统是河岸带生态系统，第二步工作即为建立评价指标系.

欧美发达国家对河道近一个世纪的治理历程中，经历了净化水质和恢复自然生态系统两个阶段［7］.我国水环境问题在近30年内集中出现，河道的生态系统结构遭到破坏，功能退化和水质恶化现象并存.结合国际治理经验，遵循河道治理自然规律，针对国内河道生态建设工程应该兼顾水质改善和生态系统修复两项功能.因此针对此类工程评价体系的建立，应该在工程常规指标基础上，重点考虑生态指标和水质指标.

1.1生态指标

1.1.1合理的生态系统结构组成

生态系统结构组成主要设计的考核指标为物种多样性、本土物种优势度和植物盖度.该指标系要求在同一生态位上确定本土物种为主要种群，并匹配次要种群，不同生态位上增加生物多样性，由此构建有一定覆盖率的植物系统，以保障恢复后的生态系统具有一定的初级生产力.

1.1.2完整的生态格局

完整生态格局从宏观层面要求保证景观或流域层面的空间异质性，微观层面要求生态系统的垂直格局和水平格局完整性和多样性.从宏观层面或流域层面上，陆地水体发育成河流、支流、湿地、沼泽和湖泊等多种形态.景观层面的流域水系形态复杂，生态系统的多样性和异质性对景观的组织水平、多样性和稳定性的维持以及动态变化、演替规律均有重要影响［8］.针对单一生态系统的恢复，由于忽视了周边生态系统的影响，很难取得预期效果［9］.因此河岸带生态系统恢复要在保障空间异质性前提下从流域或景观的尺度进行.从微观层面或生态系统层面上，完整的河岸带生态系统垂直格局基本可以分为干燥、偶然洪泛带，潮湿、季节性洪泛带，沿岸水位变动带和淹没带等功能区［10］.水平结构多样性主要针对水迹线以下的区域.自然状态下由于河道弯曲，会在河道水平方向的不同位置形成深沟和浅滩.水平结构的变化也可以增加河床的表面积比，并形成不同的流速带，有利于保障水体的生物多样性，增加水体的自净能力.因此在安全前提下，每间隔一定距离，河床应设置深沟和浅滩，以达到水平结构的完整性.

1.2工程建设指标

工程建设层面设置如下指标：①工程设计的科学与安全性；②工程材质的生态性.工程设计的科学合理，体现在设计符合生态学原理，安全性体现在设计的安全系数符合施工要求，并能保障工程完成既定目标.使用工程材料的材质要求为利于生物生长、栖息且不影响水循环等生态过程的生态友好型.

1.3水质理化指标

水质理化参数能够直观反映河流系统的健康状态，水体中污染物浓度、浑浊度、pH值等参数都可能影响河流生态系统功能的正常行使.澳大利亚自然资源和环境部开展的溪流状态指数和南非的河口健康指数等河流生态评价指标系统都将水质理化参数作为重要的指标［11-12］.

1.4河岸带生态修复工程评价系统

图1　河岸带生态修复工程评价系统

利用层次分析法建立河岸带生态修复工程评价系统，设置总目标层、准则层和指标层，详见图1.河岸带生态修复工程评价系统为总目标层，B1-B2和C1-C5为准则层和次级准则层，D1-D15为指标层.

2　评价方法

模糊综合评价法是一种涉及模糊因素的对象系统的综合评价方法，由于引入隶属函数，实现把人类直觉确定为具体系数即模糊评价矩阵，并将约束条件量化表示，进行数学解答，同时克服了传统数学唯一解的弊端，在各行业的决策分析中都有广泛的应用前景［13］.模糊综合分析法的基本步骤为：设评价对象集和评价指标（目标）集为C=｛｝

c1，c2，…，cm，Ui=｛｝ui1，ui2，…，uin.指标uij∈Ui对应的各评价对象的隶属度可用下列隶属函数表示

按式（1）可得到模糊综合评价矩阵（隶属度矩阵）为

其中μΙij（xjh）表示指标uIij∈Ui的论域Iij上评价对象Ch∈C的属性值的隶属度.

由n个指标组成的指标子集的权系数向量为 Ai（ai1，ai2，…，ain）.

2.1建立模糊综合评价系统

2.1.1设评价对象集和评价指标（目标）集

C：｛生态指标，工程建设与水质指标｝；Ui：｛差，中，良，优｝.

2.1.2模糊综合评价矩阵

运用公式（1）对不同质的阈值进行数值归一化，并结合评价指标集Ui确定分级指标值，结果见表1.

由表1河岸带生态系统修复工程评价基准分级指标值的数据和公式（2）可得模糊综合评价矩阵（隶属度矩阵）为

表1　评价基准分级指标值

2.2指标权重赋值

设专家集Sm，评分集Bn，评分矩阵X=（Xi j）m*n，（i=1-m；j=1-n）；目标评价向量F=xTx.以一级指标的专家评分集为例，计算指标权重.

2.3计算结果

用幂法各次迭代结果见表3.

令ε＜0.005，从表3可知 z3满足精度要求，x*= （0.6306，0.7761）.将其归一化，一级指标相对权重为：

aB1 =0.4483，aB2

=0.5517.

表2　专家评分表

同理通过专家对二级和三级指标进行评分，计算二级和三级指标相对权重如下：

二级指标相对权重为：aC1

=0.5335，aC2

=0.4665；aC3

=

0.3974，aC4=0.3358，aC5=0.2668.

表3　各次迭代结果

三级指标相对权重为：aD1=0.3443，aD2=0.3593，aD3= 0.296；aD4=0.3930，aD5=0.3378，aD6=0.2692；aD7

=0.6171，aD8 =0.3829；aD9=0.4005，aD10=0.2571，?aD11

=0.3424；aD12= 0.2079，aD13=0.2342，aD14=0.2731，aD15

=0.2848.

利用表评价基准分级指标归一化值，运用改进的模糊综合评价模型，逐级评价、归并，形成评价指标标准集及综合评价标准集如下：

一级评价指标权重集：aR=（0.4483，0.5517）

3　评价实例

表4　横扇社区河道生态治理工程现场验收值和归一化值

苏州市吴江区横扇社区于2013年3～4月对辖区内7条河道的流经农田段进行生态修复，2013年11月组织专家对工程现场进行施工验收.验收和水质采集检测指标结果见表4.

根据表4中验收值和归一化之后的值，利用模糊综合评价法逐级评价、归并，得出如下结果：

利用贴近度分析法：∏（Ai）=1-（bi-bj），取Max∏（Ai），确定归属档.所得结果如下：∏（Ai）=1-（0.6214-0.5908）=0.9694；∏（Ai）=1-（0.5908-0.3106）=0.7198.由结果可得此次现场验收结果为良.

4　结语

结合生态学原理、生态水利工程设计要点和国家地表水水质等级指标构建河岸带生态系统修复工程评价指标系，利用模糊综合评价法对指标进行定量评价.以横扇社区河道生态修复工程验收为实例，结果表明模糊综合评价法评定河岸带生态修复工程可行，设置的评价指标体系具有一定的适用性.

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The Evaluation of Riparian Ecological Restoration Engineering and Its Application

LIU Wen-jie1,2，XU Rui-chen1,2，XU Xing-yuan1,2，WU Jin-lian1,2，GU Bing3，XU Hong-hua3，HAN Xiao-lei2,4，HE Huan1,2，SUN Cheng1,2
（1.School of the Environment,Nanjing University,Nanjing 210023,China；2.Jiangsu Provincial Rural Environment Protection and Ecological Restoration Engineering Center,Nanjing 210023,China；3.Nanjing Cangxi Construction Engineering Co.,Ltd,Nanjing 210012,China；4.School of Biology and Food Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China）

It is an important guarantee for expected functions of the engineering to formulate a scientific and rea⁃sonable acceptance and evaluation standard of the riparian ecological restoration engineering.The evaluation in⁃dex system of the riparian ecological restoration engineering was established by using Analytic Hierarchy Pro⁃cess（AHP）,and combining the ecology principles and design points of eco-hydraulic engineering.This index system is composed of ecological index,engineering index and water quality of the physical and chemical indica⁃tors.The analysis set of index weight and standard set of evaluation were obtained by using the comprehensive fuzzy evaluation method.In order to validate the adaptability of this method,the quantitative evaluation of the ri⁃parian ecological restoration engineering of Hengshan community in Suzhou City was investigated.The results showed that the performance of the restoration engineering was accepted,indicating that this method was useful.

riparian ecological restoration；evaluation index system；comprehensive fuzzy analysis

X171.4

A

1008-2794（2015）02-0120-05

2014-12-26

国家水体污染控制与治理科技重大专项“贾鲁河流域水质改善综合控制研究与示范”（2012ZX07204-001）

通讯联系人：何欢，副研究员，博士，研究方向：水环境保护与生态修复，E-mail：hhdew@nju.edu.cn.