基于AHP 的河道动态指标评价方法及其应用

陈 丹，贺阳颖，周 娟，潘 茹

（1.常州市水资源服务中心，江苏 常州 213000；2.常州市城市防洪工程管理处，江苏 常州 213000）

0 引言

河流健康是生态平衡的重要体现。 河流健康评价是治理河流的重要依据。因受自然环境、社会系统等多种因素的综合影响， 河流健康评价方法与评估指标多种多样［1］。目前，评价指标主要按照是否有人类防治工程作用分为自然属性指标与社会属性指标两大类。 自然属性指标体现河流的物理、化学、生态等特征，社会属性指标体现人类措施等特征［2］。河流物理特征主要反映水流与河床之间的相互影响结果， 水文特征主要反映非自然工程对河流的影响结果［3－4］。 在进行河流健康评价时，有的学者选取监测断面流量、流速、常水位、河床地质等水文特征指标［5］；有的学者选取流量、流速、含沙量和补给类型特征指标［6］； 有的学者将河岸稳定性作为物理特征指标［7］；还有学者选取了浮游生物多样性指标。 在众多河道健康评价中， 在体现指标动态特征方面仍有欠缺［8－10］。 笔者通过分析河流的自然属性特征和社会属性特征， 提出了基于AHP 的动态指标评价方法，以期能更好地反映河流系统的健康状况。

1 评价指标特征分析

1.1 自然属性指标特征

1.1.1物理特征

河流岸坡质量直接关系着人与水能否和谐相处，并体现河水对河道的冲刷程度。岸坡稳定指标为稳定及轻微变形河岸线长度的和与评价河岸总长度之比。 该指标能比较直观地表现河流健康的物理特征。

河道的流动性主要体现在水系贯通程度方面，以及典型断面的流速、流量变化方面。流速指标通常采用典型断面内各监测点流速的平均值来体现。 生态流量主要采用年最小生态需水量的达标率来体现。

1.1.2 化学特征

河流水质与河流健康状况有很好的相关性，因此， 将水质特征指标纳入河流健康的评价工作当中能大大提高河流健康评价的精度。 通常通过对高锰酸盐指数、溶解氧、氨氮和BOD5指标组合分析来推算水污染程度。

1.1.3 生态特征

岸坡植被结构和浮游动物群落结构是生态特征中的两个关键指标。 岸坡植被结构能够反映河岸侵蚀情况； 浮游动物群落结构能够反映水下生物链情况，进而可推测出河道水体污染程度及污染源。

1.2 社会属性指标特征

1.2.1 防洪功能状况

河流防洪工程应相互配合， 形成一个可多功能调度的体系，并具备防洪减灾能力。最直观有效的防洪工程为堤防达标整治工程。 根据城市发展规划需要，堤防等级逐渐提高，堤防建设的达标率可作为体现河道防洪能力的一个量化指标， 其表达式为公式（1）。

式中：b 是河流达标堤防长度，m；L 是河流堤防总长度，m。

1.2.2 岸线利用管理状况

河流岸线开发管理主要分为已建成工程管理和规划拟建设项目管理。随着城市化建设速度的加快，在平衡基本农田的保障中， 岸线管理逐步向多元化方向发展。 岸线管理涉及民房、基本农田、企业、码头、仓库等多种类型。体现岸线利用管理的指标根据评价内容多为岸线利用率、审批项目比例、监管项目比例等指标。

1.2.3 公众满意程度

公众满意度可采用问卷调查的方式得出。 在进行问卷设计时， 应重点考虑被调研对象的活动范围及活动频率，以河流的重要性、相关性、美观性等内容为主要选项，河流水量、生态环境、鱼的种类和数量等内容可作为通用选项， 最终以公众是否满意作为评价结果。问卷还可以收集广大群众的改善意见，以加强河流管理，使之走向良性循环。

1.2.4 供水保证状况

河流供水能力也是一个能够体现河道水质及水系联通情况的量化指标， 主要有用水保证率和水质达标率两项具体指标。 该指标也是相关水利部门每年主要的控制内容之一。另外，河道的供水能力还与沿河灌溉站、排涝站、自来水厂等水功能区调度管理息息相关。

2 基于AHP 的动态指标评价法

2.1 评价流程

AHP 法又称权重法，是一种解决多目标、多准则、多要素、多层次的非结构化的复杂决策问题的分层评价方法。 该方法的分析流程为：（1）将目标问题梳理为一个带有递阶逻辑的树状指标结构；（2）通过专家或类似项目经验进行指标分析，得到判断矩阵；（3）逐层推算各指标权重；（4）计算出整体指标层的综合权重，得出最终评价结果。 具体如图1 所示。

图1 AHP 动态评价流程示意图Fig.1 Schematic diagram of AHP dynamic evaluation process

2.1.1 建立递阶层次结构

根据对问题的初步分析， 建立相应的多层次评价指标体系，并按层次构建成一个树状结构。在该指标体系中， 同一层次的因素对下一层的某些因素起支配作用，同时它又受上一层的支配。本文建立了由目标层A、控制层B、准则层C、指标层D 构成的四阶递阶层次结构模型。

2.1.2 构造判断矩阵

判断矩阵用以表示针对上一层次某个因素，本层与之有关因素的相对重要性。假定A 层中因素A1与下一层次中因素B1，B2，…，Bn有联系，那么就可以构造出如表1 所示的判断矩阵。

表1 判断矩阵Tab.1 Judgment matrix

在表1 中，bij表示对于A1来说，元素Bi对元素Bj的相对重要性，一般采用“l～9”标度法确定，各标度含义如表2 所示。

表2 AHP 标度法及描述表Tab.2 AHP scale method and description table

2.1.3 层次单排序及一致性检验

层次单排序是把本层所有因素通过判断矩阵计算排出优劣顺序，而后计算特征向量。特征向量即为指标的权重向量。 用两两比较得到的比较矩阵可能会发生判断不一致，所以需要进行一致性检验。所谓一致性是指，当x1比x2重要，x2比x3重要时，则认为x1一定比x3重要。

2.1.4 层次总排序与权重计算

利用层次单排序结果， 综合得出本层次各因素对更上一层次的优劣顺序和权重向量， 最终得到最底层对于最顶层的优劣顺序， 然后对结果进行总的一致性检验。

2.2 动态评价指标

根据河道现状情况，构建动态评价指标体系，如图2 所示。 具体评价标准和阈值见表3。 其中，河流自然属性为季度动态调查结果， 社会属性为年度动态调查结果。

表3 河流健康状况评价标准和阈值Tab.3 Criteria and thresholds for river health evaluation

图2 河流健康评价指标体系结构图Fig.2 System structure of river health evaluation index

3 评价应用

3.1 评价河道概况

鉴于常州市武进区扁担河的健康评估服务项目的典型性， 评价河道选用具有中小城市周边河流特色的扁担河。该河南北连通滆湖与大运河，是湖西地区的一条骨干河道， 也是连接大运河和常溧线航道的市干线航道。 河道长度约15.5 km，河口宽为35～50 m，河底平均宽度为10 m。 该河道为Ⅵ级航道，可通航100 t 船舶。

扁担河两岸土壤以沙土为主，1970 年之前进行过全线拓浚，河道底宽为10 m，底部高程为0 m。 历经几十年达标整治及运行， 局部仍存在淤积严重及坍塌情况，全线引排水体系仍有提升空间。 另外，在扁担河新华桥至孟津河口4.8 km 地段发现钉螺，使扁担河成为湖西引排水系中的一个瓶颈。

3.2 指标权重分析

依据评价指标自然属性与社会属性的分类，采取同属性比较的形式建立各个指标的判断矩阵，如表4～表8 所示。在矩阵中，向量代表相应指标权重。对于无法进行两者比较的指标，权重默认为1。

表4 物理特征指标判断矩阵Tab.4 Judgment matrix of physical characteristic index

表5 化学特征指标判断矩阵Tab.5 Judgment matrix of chemical characteristic index

表6 生态特征指标判断矩阵Tab.6 Judgment matrix of ecological characteristic index

表7 自然属性准则层判断矩阵Tab.7 Judgment matrix of natural attribute criterion layer

表8 服务功能特征指标判断矩阵Tab.8 Judgment matrix of service function characteristic index

3.3 评价指标分析

3.3.1 自然属性指标

（1）岸坡质量。扁担河护坡类型主要为天然土坡和浆砌石护坡， 其中左岸京杭运河入河口处由于过往船只较多， 因船舶扰动和长时间的冲刷侵蚀形成一段长57 m 的锥形岸坡。 河岸整体稳定，局部存在安全隐患，其综合评价等级为“中”（岸坡稳定性指数0.46）。 （2）流动性。 根据实测流量资料，计算出扁担河代表断面平均流速为0.23 m／s。 综合考虑各方面因素， 扁担河的评价结果为“良”（河流流动性指数0.62）。 扁担河的最小生态需水量保证率大于90%，评价结果为“良”。（3）水质。评价河段高锰酸盐指数（6.35mg／L）和溶解氧（5.95 mg／L）达标，分别为“中”和“良”；氨氮浓度（2.07 mg／L）和BOD5（6.92 mg／L）不达标，为“差”。（4）岸坡植被结构。评价河段洪水位以上区域植被覆盖率较高、连续性较好，河岸带植被有高低交错现象， 常水位以下区域及变化水位区域植被覆盖率很低，其评价结果为“中”（植被结构完整性指数0.46）。（5）浮游动物种类。 经调查，评价河段共有浮游动物60 余种，其多样性指数为2.904，评价结果为“良”。

3.3.2 社会属性指标

（1）防洪功能状况。 扁担河全线多为天然土坡，仅靠散乱的自然生长植被进行水土保持， 局部设有浆砌石挡墙护岸。但由于扁担河处于湖西区高片区，优越的地形条件使其具备了较强的防洪能力。因此，虽然扁担河未设置防洪工程，但“防洪工程达标率”可视为全部达标，评价结果为“优”。 （2）岸线利用管理状况。岸线利用以居民小区、企业、农田为主，总体利用指数为0.52，评价结果为“中”。（3）公众满意度。经问卷调研，公众满意度结果为“满意”。 （4）供水保证状况。近期水功能区水质力争提升为Ⅳ类，根据每月水质监测结果， 其达标率为63.6%， 评价结果为“中”。

3.3.3 总体指标评价结果

经评价，扁担河的自然属性类综合指数为0.58，为“中”；社会属性类综合指数为0.85，为“优”。 考虑中小城市河道与人类活动较为密切的特点， 自然属性指标与社会属性指标权重比值为1∶3。该河道河流健康综合指数为0.65，综合评价结果为“中”。

4 结语

综上所述，本文应用基于AHP 的动态指标评价法对扁担河进行健康评价，得出如下结论：（1）扁担河综合评价为“中”，可知该河流仍有改善空间。其中自然属性为“中”，说明河道整体生态性存在一定破坏，可能会引起水土流失等问题，应引起重视。（2）通航频率很高的通航河道， 船舶航行过程中容易产生较大波浪，河段河岸土壤类型多为沙质土壤，若没有护岸工程保护，河岸侵蚀严重。后期可通过引种植物来提高河岸的稳定性， 在保证其护岸形式适宜的情况下，也可同步修建相应的护岸工程。 （3）河流水质健康的主要限制因素为BOD5和氨氮量等。 在水质改善工作后期，可一方面调整沿河地区的产业结构，适当减少用水利用率低的产业， 并从污染源头开始加强控制，改进污水过滤系统。通过提高新技术产业比重的鼓励政策，实现河流管理与生态的良性循环。