基于AHP层次分析法的郑州市东风渠生态健康评价

方晓， 胡淦林， 樊子豪， 张瑞香， 郭二辉

(1.河南农业大学林学院，河南 郑州 450002; 2.郑州市园林规划设计院，河南 郑州 450002)

城市河流是指发源于城区或流经城市区域的河流或河流段，以及一些历史上虽属人工开挖、但经多年演化已具有自然河流特点的运河和渠系，是重要的城市环境因素[1]。评价城市河流健康状况，不仅可以为提高城市整体规划提供理论依据，也可以提升其生态服务功能[2]，为河流生态整治与生态管理提供对策[3]。近年来，河流评价的研究和方法较多。黄丹[4]通过建立硅藻监测体系，运用生物指数法对赣江流域河流健康进行评价；陈凯等[5]构建基于预测模型生物完整性指数评价浙江省多条河流健康；余梵冬等[6]基于鱼类生物完整性指数IBI对南渡江构建评价体系；刘琦等[7]运用多指标综合评价法评价伊逊河河流健康状况，Web法[8]、综合指标评价法[9]、模糊矩阵法[10]和AHP层次分析法[11]等方法也常用于河流健康评价。其中，AHP层次分析法因其多层次、多尺度和多角度等特点，在综合评价中运用较多。层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)运用层次模型、主客观因素和数学分析结合定量描述问题，用指标间两两对比，先分解后综合，根据对比结果综合计算出指标权重系数并进行排序，是一种将定量和定性相结合的、系统的、层次化的分析方法[12]，可以对研究问题的影响因素及其内在关系等进行深入研究的基础上，为解决多目标、多准则或无结构特性的复杂问题提供方法[13]。河岸带生态健康评价涉及生态、社会、景观和休闲娱乐等多方面，运用AHP层次分析法可以对难以完全定量的复杂城市河岸带生态系统进行系统的生态健康评估。本研究基于城市河流特征和东风渠的生态现状，运用AHP层次分析法从河流水况、河岸基质、河岸植被和景观环境等4个方面构建评价体系，对郑州市东风渠生态健康现状分区段进行评价分析，以期为东风渠的生态保护和修复提供科学依据。

1 研究区概况

郑州市东风渠(图1)位于城市中心的北边，属温带季风气候，年平均气温15.6 ℃，年平均降雨量542.15 mm，夏季降雨集中，是经人工开挖整治的城市型渠道，自杲村往南至市区白庙向东南入贾鲁河，全长19.7 km，现已成为郑州市区和近郊的主要泄洪排污河道，在保障河流生态服务功能的同时，为沿岸居民提供了休闲、娱乐场所[14]。本研究选取三全路至北三环段、花园路至经三路段和金汇西街至九如路为主要调查节点，并将其根据城市现状和分区依次命名为北部片区、主城区和郑东新区。北部片区段周边人口居住密度较主城区段低，郑东新区段是隶属新城区，人口居住密度小。

图1 郑州市东风渠评价分区区域

2 研究方法

2.1 城市河流健康评价指标体系构建

2.1.1 城市河流生态健康的内涵 城市河流生态健康是指具有自然和社会双重属性的城市河流[15]维持其系统结构完整性，发挥其自然生态功能，并满足人类社会合理需求，提供相应的社会服务功能[16]。健康的城市河流生态环境主要依赖于长流不息的基本水量、良好的水质、河岸基质的水沙协调以及植被缓冲带的稳固防护等，保障河流的自我修复[17]和自净[18]，维持其物质交换、能量流动和信息传递畅通[19-21]，并提供美学、生态和休闲娱乐等服务功能[22]。

2.1.2 评价分析指标选取

2.1.2.1 河流水况 水量是河流水文状况的基本指标，关系到河流的整体状况及生态服务功能[23]；水流速度影响水中溶解氧、有机物及营养盐的含量[24]；按照《地表水环境质量标准》对调查段河流水质进行分类[25]；浮萍的数量反映河流中氮、磷和钾等物质的含量[26]。

2.1.2.2 河岸基质 自然河流的河岸基质是在河水内环境与外环境共同作用下的平衡产物[27]，城市河流基质不仅需满足自然生态功能，还要有增强景观宜人性等社会服务功能[28]。弯曲的河道可加速河流蠕动[29]，促进泥沙输移[30]；河道底质可净化水质，为底栖生物提供生存环境的生态服务功能[31]。

2.1.2.3 河岸植被 河岸带植被通过种类、覆盖率、层次结构和连续性等方面的不同，影响河岸小气候和河岸微环境[32]。连续、丰富的河岸植被覆盖可影响河岸地面水分蒸腾，调节地表及地表附近温度和湿度、保持水土，避免出现破碎化现象[33-35]，提高河岸植被抗干扰能力[32]。

2.1.2.4 景观环境 河岸带景观环境需满足人类对视觉美学、体感舒适和基础设施完善等的要求。将生态环境从人类视觉、触觉以及感官等方面来评估，是景观环境达到社会服务功能的衡量指标[36]

综上所述，建立了东风渠生态健康评价体系(图2)。

图2 东风渠生态健康评价体系

2.2 权重分配及计算

根据东风渠生态健康评价体系和AHP层次分析法的原理设计准则层和指标层的咨询问卷，向生态学、环境科学和风景园林等研究领域的18名专家咨询并发放问卷，然后回收问卷进行数据整理、计算各赋值矩阵的特征值和特征向量，检验各评判矩阵的一致性，CR<0.1，确定权重，将各专家咨询得出权重的平均值作为各指标的最终权重，并做出最终排序(表1)。本研究共发放问卷20份，回收19份，经检验其一致性发现，有效问卷有18份，各指标分析权重结果如表1所示。

表1 准则层和指标层权重Table 1 Weight coefficient of criterion layer and index layer

2.3 城市河流评价标准

综合国内外有关研究结果[2]，基于城市河流的实际情况，将东风渠生态健康各评价指标评分定为5分、4分、3分、2分、1分(表2)，各指标评价分值乘以该指标权重系数为该指标最终得分，各指标最终得分加和为综合评分。综合评分结果分为4个等级： 1.1～2分为极差、2.1～3分为差、3.1～4分为亚健康、4.1～5分为健康。

表2 评分标准Table 2 Rating criteria

3 结果与分析

依据对东风渠流域进行的遥感影像信息分析和生态现状实地调查，将郑州市东风渠划分为北部片区、主城区和郑东新区3个区段，按照上述评价体系分别对3个区段的东风渠进行生态健康评价，评价结果见图3和图4。

图3 东风渠不同区域中各项分值所占的比例Fig.3 The proportion of each score in different regions in Dongfeng Canal

图4 东风渠不同区域指标层各指标得分情况Fig.4 The score of each index of the index layer in different regions in Dongfeng Canal

3.1 东风渠北部片区段

东风渠北部片区段生态健康评价评分为2.74，评价等级为差，其中C22河道连续性、C31河岸植被覆盖率指标取得4分，占所有指标的12.5%；C11水量、C13水质、C24河道底质、C32河岸植被层次、C41调节气候能力、C44基础设施完整度指标取得3分，占所有指标的37.5%；其余指标均取得2分,占所有指标的50%。该区域位于主城区的边缘区域，城市扩展和城市化过程中，忽视了生态保护[37]，及其所造成的环境污染[38]，存在河床裸露较多、河岸植被缓冲带窄、水体基本不流动、水面浮萍较多等河流生态问题。

3.2 东风渠主城区段

主城区段生态健康评价评分为3.15，评价等级为亚健康，其中C14浮萍数量、C22河道连续性指标取得5分，占所有指标的12.5%；C12流动速度、C31河岸植被覆盖率、C32河岸植被层次、C44基础设施完善度指标取得4分，占所有指标的25%；C21河岸类型、C33河岸植被连续性指标取得2分，占所有指标的12.5%；C23河道弯曲程度指标取得1分，占所有指标的6.25%；其余指标均取得3分，占所有指标的43.75%。主城区段东风渠河段水量充足，浊度低，水面干净无浮萍，河岸带宽约50 m，植被覆盖率高，景观环境优美，公共基础设施完善，规划合理，但河岸笔直且硬质化程度较高，阻断了水陆间物质和能量的流动，河流生态系统生境异质性和河流生态系统服务功能降低[39]。

3.3 东风渠郑东新区段

郑东新区段生态健康评价评分为2.64，评价等级为差，其中C22河道连续性、C31河岸植被覆盖率取得4分，占所有指标的12.5%，C12流动速度、C23河道弯曲程度、C33河岸植被连续性、C34河岸植被种类、C42公众满意度、C44基础设施完善度指标取得2分，占所有指标的37.5%；C21河岸类型指标取得1分，占所有指标的6.25%；其余指标均取得3分，占所有指标的43.75%。郑东新区整体采用生态规划和建设，符合中国生态城市发展的基本要求，部分基础设施不够完善，目前仍在建设完善中。河岸带休闲娱乐区增加，游步道多采用整体硬化路面，使河岸带植被连续性变差，破碎化明显[40]。

4 结论与讨论

郑州市东风渠北部片区段、主城区段、郑东新区段的评价结果分别是差、亚健康、差。东风渠生态健康评价体系中权重较高的指标是，河岸类型、水质、河道连续性、水量、河岸植被覆盖率。依据评价结果结合评价过程对不同调查区段提出具有针对性的修复措施建议，为郑州市东风渠生态修复提供理论基础。具体措施如下：(1)北部片区段：软化河岸和河堤，在硬质基底上覆土种植喜水植被，并注意在河岸两侧构建对应的凹凸河岸形态，提升河岸植被缓冲带的生态功能；同时补充水源，适当增加河段的生态流量，提升河流自我循环和自我净化更新能力；同时恢复河岸带湿地的面积与景观连通性，为区域生态平衡与生物多样性保护提供基础。(2)主城区段：软化河岸和河堤，构建生态洪泛区，允许河道在自平衡下适当迁移，设置生态岛屿，构建生物多样性栖息地，丰富城市河流生态功能。(3)郑东新区段：扩展河道形态，构建蜿蜒分汊型河道，设置弹性蓄洪空间，虚化河流与陆地边界，构建连续的河岸带植被系统。