清潩河流域生态系统健康评价

宋朝朋 罗晓川 熊路路 张帅起 向长森

摘 要：河流是古代人类文明的重要发源地，随着工业在全世界的普及，大量的工业废物排入大气、土壤以及河流中。先污染后治理的经济发展模式使得流域生态系统遭到破坏。本文在前人研究的基础上，根据清潩河的自身特点，从河流生态系统健康的角度入手，提出了清潩河流域的生态健康评价指标体系，采用层次分析法确定评价指标权重，运用模糊评价法对清潩河流域进行了生态健康评价。结果表明：清潩河流域生态健康呈现“病态”。

关键词：清潩河;生态健康;指标体系;模糊评价

1 研究区与评价指标

1.1研究区概况

清潩河流域处于伏牛山与豫东平原的过渡地带，地势呈现自西向东倾斜趋势。流域西部和北部为低山丘陵，东部与中部为淮河冲积平原。最高海拔1150.6m，最低海拔为50.4m。气候属于温带季风性气候，四季分明。年均气温14℃，年平均降水量706mm，夏秋季雨水多，春冬季雨水少。人均水资源量仅208m3，不足全国平均水平的8%。属于资源缺水型地域，水资源时空分布不均。清潩河属于颍河支流，且是颍河最大支流，全长149km，成水面积2361km2。清潩河南北纵贯许昌市区，其支流包括小泥河、石梁河、新沟河等。

1.2评价指标

1.2.1评价指标的优选

对于清潩河流域评价指标的选取，基本遵循科学性原则、系统性原则，在现有的河流数据的基础上，结合其它研究中采纳率较高的一些评价指标，确定出具有参考价值的河流生态健康评价指标。本文一共采用10个指标，自然功能指标包括流量变异系数、纵向连通性、河岸稳定性;生态功能指标包括水质、生态需水保证率、底栖动物多样性、鱼类多样性;社会服务功能包括水资源开发利用率、污水处理率、亲水景观舒适度。

1.2.2评价指标的等级标准

参照文献[1]、[2]、[3]。

2 评价指标权重的确定

河流健康状况评价指标体系是一个多层次的的结构，各指标之间难以做出统一的量化计算。因此，在河流健康评价中，需要对各评价指标赋权来反映不同指标对评价目标的重要程度。本文采用层次分析法确定各指标的权重。步骤如下：

（1）建立层次结构模型

将决策的对象分为目标层、亚层、准则层。

（2）构造判断矩阵

在层次分析法中比较各指标的重要性是通过两两比较来完成的。不同性质指标之间的比较较为困难，因此采用相对尺度，根据一般经验划分标度以提高准确度。

（3）层次单排序及其一致性检验

层次单排序：求出判断矩阵最大特征根λmax的特征向量，然后将特征向量归一化（使得列向量中各元素之和为1）后记W。W中的元素为同一层次元素对于上一层因素相对重要性的权值。定义比率：CR=CI/RI，其中CI=（λ-n）/（n-1） RI，可查表;一般认为一致性比率CR<0.1认为一致性检验通过。经检验构造的判断矩阵的一致性检验均通过，可简化计算，即对列向量归一化后求平均作为各指标权重

（4）层次总排序及其一致性检验

计算某一层次所有指标对于最高层（总目标）相对重要性的权值的过程需要从最高层次到最低层次依次进行。

（5）整理计算结果

经过计算，自然功能与生态功能、社会服务权重比为0.4、0.4、0.2。自然功能中，流量变异系数权重0.2222，连通性0.0889，河岸稳定性0.0889;生态功能中水质占0.2366，生态需水保证率0.0394，底栖动物多样性0.0880，鱼类多样性0.0360;社会服务功能中水资源开发利用率0.0857，污水处理率0.0571，亲水景观舒适度0.0571。

3 构建模糊综合评价模型

3.1模糊综合评价法步骤

（1）建立指标集：设X={X1，X2，…，Xm}为待评价对象的m个一级指标，一级指标Xi下有Xi={Xi1，Xi2，…，Xik} 共k个二级指标，根据问题需要，可设定下属的三级、四级评价指标。

（2）确定评语集Y={Y1，Y2，…，Yn }

（3）建立模糊关系矩阵R：判断X的每个因素相对于评价等级的隶属程度。从而得到模糊关系矩阵：

其中m表示指标数，n表示评价等级，rij 表示因素Xi对评语Yj的隶属度。

（4）确定指标权重W={w1，w2，…，wn }：通常采用层次分析法来确定各指标的权系数。

（5）建立一级指标模糊评价：一级模糊评价的建立需要利用模糊合成算子来进行，合成过程如下：

模糊合成算子有如下四种：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）建立二级模糊评价：据一级模糊综合评价的结果，作为二级模糊综合评价的关系矩阵，利用上述方法，进一步得到二级模糊综合评价结果。

（7）模糊评价结果处理：使用最大隶属度原则对结果进行确定。

3.2清潩河模糊综合评价结果

使用多层次模糊综合评价方法对清潩河进行评价，分别使用四种模糊合成算子进行计算，在四种算子下，除去第一种算子对河流健康状况难以区分，其余算子下河流健康状况均为病态。对于清潩河自然功能、生态功能、社会服务功能的评价，四种算子均一致，结果分别为“病态”、“亚健康”、“恶劣”。

4结论分析与建议

总体上看，2016年清潩河自然功能属于“病态”，社会服务功能属于“恶劣”等级，生态环境功能属于“亚健康”等级。河流整体健康状况处于“病态”等级。

基于本文研究成果，针对清潩河治理问题提出以下建议：

（1）改善河岸带环境。控制河岸带高强度开发，采取有关河流沿岸带固化措施，提高河岸带物种丰富度。

（2）保证生态需水。保证生态补偿有利于河流整体功能的恢复，通过调水保证水生生物、沿岸生物的需水量，减少农业引河水灌溉

（3）合理开发水资源。减少人类活动对河流生态系统的影响至关重要，合理规划水资源用途，杜绝过度开采水资源的行为。

（4）加大污水处理，减少排污。控制污染源大量排放污水，积极推行节能减排技术，可采取截污分流等手段降低内、外源污染，促进水体生态恢复。

参考文献：

[1]李瑶瑶.淮河流域（河南段）河流生态系统健康评价及修复模式研究[D]. 郑州大学， 2015.

[2]郭坤榮， 徐跃通. 大汶河流域健康状况及治理对策研究[J]. 水土保持研究， 2007， 14（3）：336-337.

[3]李兴德.小流域生态需水及生态健康评价研究[D].山东：山东农业大学，2012.

[4]吴憬，杨莲芳，姜小三.浙江西茗溪土地利用变化对溪流大型底栖无脊椎动物完整性的影响[J].生态学报，2008，28（3）：  1183-1191.