南昌市典型河道管养等级划分探索

江 辉，魏进豪，丁荣达

(南昌工程学院 1.瑶湖学院；2.鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合工程实验室；江西 南昌 330099)

随着各地对城市生态文明建设的重视与环境保护意识的增强[1]，城市河道作为城市生态建设的重要组成部分，采用合理的分级管养模式，协调经济、人力等社会资源与河道重要性程度相匹配，以实现资源合理利用兼顾河道生态保护的目标。

国外的河道管养主要考虑其河流的自然价值，通过监测藻类、鱼类等生物种群反应河流的生态种群状况；利用遥感获取河道水文形态与植被覆盖度反应河流的自然特征[2-4]，并采取公开透明的评价系统有效推动社会各部门共同参与到河道管理中[5]。我国河道管理探索开始于国务院颁布《中华人民共和国河道管理条例》，河道按水系统一管理与地区河道分级管理。管养从属于河道管理中，兼顾河流环境与国民经济的发展的平衡，国内研究学者[6-9]指出，不同地区河道管养等级的划分应分析其指标因子，并综合考虑所处流域地理特征与社会经济发展状况等因素，强化各地区河道在分级标准、生态环境效益指标评估体系、公共休闲适宜性指标评价体系、河流功能区划分的研究，总体上认同河道管养等级与河道的自然属性、管理属性、功能属性[10]等综合因素相关。

近年来，南昌市城市河道流域范围内的水环境遭受人为因素的干扰破坏，社会各界对建设生态河道的需求日益提升，城市河道管养理念逐渐被提及。然而河道管养等级划分没有统一的标准，城市河道在管理过程中，仍保留着重技术，轻管理的理念[11]。河道管养模式仍处于较落后的状态，部分城市河道由于管养模式不健全，排水设施缺乏维护、河道淤积没有及时清理，导致丰水季节时，发生城市内涝现象；枯水季节时，河道水位较低，导致河床裸露，产生一系列问题。合理地分级管养河道及其附属设施，优先恢复具有重要潜在生态价值的河段[12]，可有效地保证防洪排涝、航运、灌溉等功能，提升社会、生态效益。

1 研究区概况

南昌市位于江西中部偏北，坐拥赣江、抚河、锦江、鄱阳湖四大水系，水系发达，水资源丰富。全市地形平坦，地势西北高，东南低，是中国唯一一个毗邻长江三角洲、珠江三角洲和海峡西岸经济区的省会中心城市。全市面积7 195 km2，常住人口约600万，2020年全市生产总值实现5 745.51亿元。

本文选取南昌市典型河道作为研究对象，包括南昌县、安义县、进贤县、新建区、青山湖区、青云谱区、湾里区、西湖区等8个行政区内的赣江、抚河、锦江、潦河、玉带河、长堎河等共24条河道。

2 评价指标体系的建立

2.1 基本原则

道管养等级的划分受众多因素影响，为准确和高效地对河道进行评价，需要对数据进行浓缩，进行主成分分析[13]，以确定主要影响的因素。南昌市典型河道管养等级的划分应遵循以下原则：

(1)可操作性。分析河道基础数据获取的可行性与难易度，对评价指标中进行评估筛选，若获取指标难度过高或获取该指标的成本过高，可选择相近的指标替换或剔除该指标。

(2)代表性。对指标体系进行综合分析，选取的指标数量不宜过多，且对河道的自然、社会、功能属性具有代表性。

(3)独立性。选择在各指标层之间相互独立的指标，避免指标的重复。

(4)适应性。量化评估各段河道的人口、经济、功能等指标，得出的河道管养等级与当地社会、经济等因素相适应。

(5)尊重自然。减少对原野河道的干扰，尽量维持其原有的生态环境。

(6)持续改进。根据不同时期市民对河道功能属性的需求变化，对河道管养等级的评价体系进行改进。

2.2 指标体系框架

遵循指标体系的构建原则，确立南昌市河道管养等级评估准则层包括自然属性、社会属性、功能属性，指标层包括流域面积、污染指数、植被覆盖度、所处区域、航运功能、防洪排涝功能、灌溉功能、旅游功能等8个指标，如表1所示。

表1 城市河道管养等级评价指标

2.3 区域成果的划分

参考研究学者在该领域的研究[14-15]，综合分析，采用4分制评分法，根据各河道指标的总评分分别对应4种不同的河道管养等级。其相应的城市河道管养等级划分，如表2所示。

3 材料和方法

3.1 材料

3.1.1 数据来源

表2 城市河道等级划分表

根据已构建评价体系中的指标，基于Google earth获取了港口分布、旅游风景区分布等观测类数据；基于地理空间数据云获取LANDSAT遥感影像数据，通过ENVI测定植被像元的值；基于Google earth获取高程并生成地形图测量各河道的集雨面积；基于政府公报、规划布局及实地考察获取了各河道防洪标准、水质污染指数、土地利用、城镇化程度、河道管养现状等统计类数据。基础数据来源具体见表 3。

表3 基础数据来源

3.1.2 数据处理

由于各指标对应划分依据的量纲不同，数值的变化幅度不同，需要将各指标对应的数值进行标准化处理。将带有具体数值的指标采用熵值法进行无量纲化处理，将无具体数值的指标根据其所属类型进行赋值，用1～4表示各指标数值的大小。基础数据的赋值不会改变指标的基本属性，便于反应各河道本身的特征。指标划分依据及赋值具体见表4。

表4 指标划分依据及赋值

3.2 方法

3.2.1 层次分析法

层次分析法是主观评价法的一种，通过对水利行业的专家进行问卷调查，将河道指标结合定性和定量两种分析方式，进行多目标分析，使评价结果具体化[19]。根据层次分析法确定各指标之间的权重，具体方法如下：

(1)建立层次结构

根据南昌市河道的特点选取不同的属性与特征选择定性指标与定量指标，分别代表的河道管养等级划分的准则层与指标层，对不同层次的管养因素进行调查，根据调查成果进行重要性权重赋值排列，从而形成阶梯型层状结构。

(2)建立指标的两两比较判断矩阵

运用“1～9”比较标度法将准则层、指标层中的指标进行两两比较。

(1)

式中Aij为矩阵值，xij为相对标度。

(3)通过判断矩阵进行权重计算

(2)

式中Wi为所求特征向量。

(3)

式中(AW)i表示向量AW的第i个分量。

(4)一致性检验

(4)

CR=CI/RI，

(5)

(6)

式(4)～(6)中，n示矩阵的阶数，RI对应阶数下查表所得的一致性指标，CR表示单个矩阵的一次性比率，CR′表示总体的一致性比率。

(5)确定权重系数

3.2.2 熵值法

熵值法是采用极值法将河道指标的基础数据进行无量纲化处理，再将各河道的数据转化为0～4之间的数值。

(1)正向指标计算：

Xm=(Xi-mi)/(Mi-mi)，

(7)

(2)逆向指标计算：

Xn=(Mi-Xi)/(Mi-mi)，

(8)

式中Xi表示指标中的最大值；mi表示Xi的最小值。

3.2.3 综合评价模型

不同的权重方法有其适用范围，结合主观和客观两种权重方法，通过加权平均法，所得出的结果综合性更高，比较客观地反应评价对象的特征[20]。河道管养等级分值可根据层次分析法对指标进行主观评价得出各项指标的权重与熵值法通过客观赋值得出指标本身的权重的乘积来表示。其计算方法如下：

(9)

式中L为总评价分值；Xi为层次分析法给与权重的赋值；Yi为熵值法给予指标的赋值。

4 结果与分析

4.1 指标权重

通过问卷调查征询专家意见，结合层次分析法得出影响城市河道管养等级的各指标权重与重要性程度排序，如表5所示，得出对河道管养等级影响较大的指标依次为所处区域、污染指数与防洪排涝功能，而对河道管养等级影响较小的指标分别为流域面积、航运功能与旅游功能。依据实地考察结果发现，靠近城镇化程度较高的河道，其管养现状与管养设备的维护水平均优于较偏远地区的河道，与本次试验结果大致相符，对该方案的实行具有一定的可行性。

表5 指标权重系数

4.2 河道管养等级区划

通过综合评价叠加计算河道管养等级评价分值，采用SPSS分析各河道总评估分值所得数列，指标的高重叠性会降低评价结果的可靠性与准确性[21]，经过K-S检验，发现其比较检验渐近显著性(双尾)P值>0.05；频率分布曲线(见图1)与正态曲线较为拟合，表明该数列服从正态分布。通过验证河道管养等级划分结果符合正态分布，表明数列是由许多独立随机因素共同影响的结果，符合独立性准则。根据各河道评价分值情况，采用4分制评分法将南昌市典型河道的管养等级划分为以下4个级别：Ⅰ级(3.02～4.00)，Ⅱ级(2.60～3.02)，Ⅲ级(2.07～2.60)，Ⅳ级(0.00～2.07)。

图1 概率河道管养等级分值概率分布图

南昌市典型河道的划分结果为：Ⅰ级河道8条，河段长度共107.1 km；Ⅱ级河道4条，河段长度共125.8 km；Ⅲ级河道6条，河段长度共192.9 km；Ⅳ级河道6条，河段长度共207.4 km。由图2可知，南昌市河道重点管养的区域主要分布在青山湖区、青云谱区、西湖区等建筑物密集、人口活动频繁的区域，南昌市中心范围内；新建区东部因其具备较好的航运条件与防洪排涝标准，同时又行政区内包含大量的农田耕地，相应区域内的河道等级普遍较高；南昌县西部、新建区西部安义县等区域人口较为分散，航运交通设施条件较少，因此该区域的河道重要性程度一般；进贤县、南昌县东部与湾里区生态环境优于其他地区，受人为的干扰因素少，对此类河道应尽量维持其原有的生态环境。

图2 南昌市典型河道管养等级划分图

5 结论与讨论

(1)针对城市河流的基本特征，建立了南昌市典型河道管养划分指标体系，选定了准则层为自然属性、社会属性、功能属性等，指标层为植被覆盖度、污染指数、流域面积、所处区域、防洪排涝功能、航运功能、灌溉功能、旅游功能等。

(2)利用AHP法和熵值法获得各指标的权重与河道基础数据的赋值，并构建了综合评价模型。层次分析法的结果表明，准则层中的自然属性，指标层中的所处区域、污染指数、防洪排涝功能是影响城市河道管养等级划分的主要因素，而航运功能、旅游功能等重要性程度较低的指标可在推广应用中根据实际情况进行替换或剔除。

(3)通过综合评价模型构建了南昌市典型河道管养等级划分图，结果表明：河道管养等级划分结果与实地考察河道管养现状大致相符，具有较高的适用性；其中Ⅰ级河道长度占17%，Ⅲ级及以下的河道长度占63%，河道管养重要性程度呈现以“城区为重点”的特点。

(4)确立了一种河道管养等级划分的方法，为进一步规范和设计南昌市河道管养标准提供了一定的借鉴，同时对其他地区的河道也有一定的参考作用；城市河道管养的重点仍应以主城区河道为主，同时应当完善相应的河道管养标准，采用专业化队伍分级分类管理，加强对城市河道重点区域的建设、管理与监督工作，相关部门协同参与河道管养。