城市河道生态评价体系构建研究

李文泉,南贵珍,牟天瑜

（1. 山东省环境保护科学研究设计院有限公司，山东 济南 250013；2. 山东省环科院环境工程有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

作为城市水环境的重要组成部分，城市河道水体由于流动性差、水源单一、受人类活动影响严重等原因，造成生态功能脆弱、自净能力差，普遍面临生态功能被破坏的问题。 随着国务院提出的“水十条”以及“十四五”流域治理目标，为切实做好城市河道的生态治理工作，恢复水体生态功能等问题必将更加受到重视和关注。 20世纪80年代，西方各国开始认识到生态学原理在水体治理中的重要作用，并提出建设“多自然型河川”，“近自然河道”等理念[1]。 城市河道生态修复与重建过程是将人类对传统河流的干扰逐渐消除并恢复其自然特征的过程，城市河道的生态治理工作不仅要考虑河道的防洪排涝作用，还需重视恢复河道的生态服务功能，尽量保持和恢复其自然特征，必须结合生态学原理实现河道人为破坏过程的逐渐恢复，构建城市河道生态评价体系对于实现该目标有一定重要意义。

完整、 有效的城市河道生态综合评价体系能够比较全面地反映城市河道的各方面生态性能，通过量化评价城市河道治理前、后的生态差异，可以达到监督治理效果的目的[2]。西方许多国家早已开展对河流水体生态系统综合评价的研究与实践[3-4]。其中，美国、英国、澳大利亚、瑞典等国已形成一种乃至多种经过实践检验的评价方法（如美国的快速生物监测方法（PBPs）、英国的河溪栖息地调查法（RHS）、澳大利亚的河溪状况指标体系（ISC）和河流形态结构框架法（GRS）、瑞典的河溪环境细则（RCE）等）。 与国外相比，国内城市河道生态性综合评价方法尚存在较多问题[3]，对此，通过研究国内、外有关自然水体生态治理方面的文献、政府规范以及项目案例等，分析影响河道生态稳定的各生态因子，综合不同评价系统的优、缺点和适用范围，建立一套基于层次分析法的城市河道生态评价模型及多层级评估方法，可为城市河道的生态修复及后期保育提供一定参考和指导。

1 城市河道生态评价体系构建意义

（1）构建城市河道生态评价体系有助于识别河道生态现状和主要影响因素

利用城市河道生态评价体系对城市河道进行评价，并对评价结果进行详细分析，不仅可以了解当前城市河道的生态现状，而且通过分析各级评价指标评价结果，还可筛选出影响该河道生态功能的最主要因素，找出导致该河道生态功能恶化的主要原因，从而制定有针对性的治理措施，指导河道生态重建，尽快恢复河道生态功能。

（2）构建城市河道生态评价体系可指导制定河道生态治理的技术措施

利用城市河道生态评价体系对城市河道进行评价，可了解当前城市河道生态各组成部分的现状，找出薄弱环节，据此决定生态修复的具体内容，并可为河道的缓冲带状况、护岸状况、水体状况及采用的修复技术提供依据。

（3）城市河道生态评价体系有助于评价城市河道生态治理效果

利用城市河道生态评价体系对城市河道进行评价，评价结果可作为城市河道整治前、后比对依据，从而可评估整治工程是否对城市河道生态状况产生积极作用，并找出改善整治和管理方式的途径。

2 城市河道生态评价体系指标选取原则

选取城市河道生态评价体系指标在很大程度上决定了评价的可行性和结果的科学性，是构建评价体系的基础，城市河道不同于自然河道，因其同时具有社会性与自然性2 方面属性，涉及人文、水文、地貌、生态等多种因素，所以选取指标应遵循以下基本原则[1,5-7]。

（1）系统性。 要全面考虑构建指标体系，设置指标应尽可能完整、全面、系统地反映被评价河道生态系统的完整性，全面衡量诸多生态影响因子。

（2）典型性。 由于城市河道生态性影响因子繁多，为便于分析研究，在满足指标体系系统性的基础上，需综合考虑河道的自然和社会功能因素，选取具有决定性因素，形成典型的城市河道评价指标体系，综合反映城市河道生态性差异。

（3）可行性。 用于评价的指标数据必须易于采集，结果便于统计和计算。选取指标在兼顾定性与定量的同时，各指标优劣程度应具有明显的可度量性，便于评价者客观判定，避免因评价者主观因素产生不同评价结果。

3 城市河道生态评价体系的构建步骤

根据城市河道生态评价体系构建意义及原则，借鉴国内、外河道生态评价的研究，按以下步骤构建城市河道生态评价体系。

（1）选择评价体系指标。基于城市河道的生态特征及生态建设的特点，确定城市河道生态评价模型关键指标。

（2）确定评价标准。 针对各指标特点，确定每项指标的评价方法和评价标准。

（3）计算权重。采用层次分析法确定各评价指标的基础权重，并采用德尔菲法对基础权重进行修正，得到最终的权重向量。

（4）综合评价河道生态性。将上述评价指标进行无量纲化的数据录入，并将各个评价指标得分与其权重加权，得到城市河道生态评价综合指数（UREI），据此进行城市河道的生态评价。

3.1 选择评价指标

根据城市河道生态评价体系构建意义及原则，结合河道生态性的概念与特征，将城市河道分为缓冲带、护岸和水体3 部分，建立一套（包含3 个一级指标和16 个二级指标）城市河道生态评价体系。

3.1.1 河道缓冲带

河道缓冲带是指位于河道护岸两侧，具有养分截留、污染物拦截、水质保护、美化景观、保护生物多样性等一系列生态功能的植被区域，对保持与修复河道生态性具有重要意义[3-8]。 根据缓冲带的定义及生态意义，选择植被丰富度、缓冲带宽度、植被结构完整性、 植被覆盖率4 个指标表征河道缓冲带生态状况。

3.1.2 河道护岸

河道护岸是城市河道的重要组成部分，城市河道护岸在注重其安全稳定性的同时，还需注重其对河道的生态和景观功能[5]。由于城市河道护岸受人工干扰程度较大，因此对护岸的评价不仅可以反映河道生态情况，还可以表征人类活动对河道滨岸带的影响。根据城市河道护岸的建设特点和生态意义，选择护岸坡度、护岸类型、植被覆盖率、护岸亲水性4个指标表征河道护岸生态状况。

3.1.3 河道水体

河道水体是城市河道的最主要组成部分，水体的生境及生物结构对发挥河道生态功能至关重要。根据城市河道水体的建设特点和生态意义，选择水流状态、河床基质类型、富营养化程度、水质指标、水生植物连续性、水生植物结构完整性、水污染指示生物、鱼类8 个指标表征河道水体生态状况。

3.2 确定指标的评价标准

3.2.1 河道缓冲带

（1）河道植被丰富度。该指标评价标准选用缓冲带植被种类与当地近自然河道植被种类之比作为量化指标，采用当地近自然河道植被种类作为基准，可实现因地制宜的目的，因此更具有针对性和参考性。

（2）河道缓冲带宽度。在保持河道缓冲带基本功能基础上和满足城市建设和经济效益要求的同时确定缓冲带宽度指标评价标准。 根据相关研究[9-10]，河道缓冲带宽度为15 m 时，可过滤80%以上的TN，TP，基本满足要求。

（3）河道植被结构完整性。根据乔灌木植物的不同生态功能，综合考虑河道缓冲带稳固岸坡、景观视觉影响以及抵制洪水的作用来确定河道植被结构完整性指标评价标准，即根据“乔木+ 灌木+ 草本”，“乔木+ 草本”，“灌木+ 草本”等不同的植物配置方式对河道生态功能的贡献[10]确定缓冲带宽度指标的评价标准。

（4）河道植被覆盖率。依据美国河流生境快速评价法（PBS）确定河道植被覆盖率指标评价标准。

3.2.2 河道护岸指标

（1）河道护岸坡度。 根据澳大利亚WHEP 生态评测方法以及近自然护岸岸坡的相对平衡坡度综合确定河道护岸坡度指标评价标准。

（2）河道护岸类型。该指标的评价标准主要参考河道护岸的人工化程度。一般来说，河道护岸人工化程度越高，其稳定性越好，而生态效应则会变差。 根据城市河道护岸特点，结合已有研究[11-13]，确定河道护岸类型指标的评价标准。

（3）河道植被覆盖率。依据美国河流生境快速评价法（PBS）确定植被覆盖率指标评价标准。

（4）河道护岸亲水性。城市内河具有明显的社会性，其承担了一定的景观娱乐功能，河道护岸的亲水功能是城市河道生态功能的重要组成部分，故采用居民亲水的便捷性作为河道护岸亲水性指标的评价参考[5]。

3.2.3 河道水体指标

（1）水流状态。该指标主要反映河道水体的水深和流速状况。 复杂多样的水流状态可提供适合不同生物生存的河流生境，从而形成更为复杂的生态系统，这对于维持河流生态系统的稳定有着重要意义。依据美国河流生境快速评价法（PBS）采用水深和流速2 个因子确定水流状态指标评价标准。

（2）河床基质类型。河床基质类型主要反映水体生境对水生生物的适宜性。 城市河道以土质界面和人工硬化界面为主，且普遍存在淤泥淤积现象，土质界面有利于水体与河床基质进行物质交换，同时有利于水体生物多样性的增加。因此，河床基质类型评价指标在考虑河床淤泥的基础上只对土质界面和人工硬化界面进行评价。

（3）富营养化程度。根据中国环境监测总站发布的《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》（中国环境监测总站，总站生字[2001]090 号）确定富营养化程度指标评价标准。

（4）水质指标。 参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》确定水质指标评价标准。

（5）水生植物结构完整性。 根据浮叶、挺水和沉水植物的生态功能和城市河道水体水质特点，综合考虑对污染水体的综合净化能力和对水体的遮蔽作用及可能存在的藻华风险等因素确定水生植物结构完整性指标评价标准。 即根据 “浮叶+ 挺水+ 沉水”，“浮叶+ 挺水”，“挺水+ 沉水”等不同的水生植物配置方式对河道生态功能的贡献[14-15]确定水生植物结构完整性评价标准。

（6）水生植物连续性。该指标主要评价植物空间分布的连续性，其采用定性指标描述水体水生植物分布的连续性。

（7）水污染指示生物。该指标主要反映水体当前的污染程度，并指示水体生境的优劣，故根据水体中清洁指示种和耐污种指示生物的种类分布来确定水污染指示生物指标的评价标准。

（8）鱼类。该指标主要用来反映当前河流生态系统的的健康状况，是水体生态的重要指示生物[16]。 其主要参考鱼类完整性指数（FIBI）进行评价[17-18]，当滤食性鱼类较多时，说明河水水质较差；当肉食性和草食性鱼类较多时，说明河水水质较好。

城市河道水质生态评价指标体系评分标准见表1。

表1 城市河道水质生态评价指标体系评分标准

3.3 确定指标权重评价方法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process ，AHP)是一种简明的定性与定量分析相结合的多因素系统分析和评价方法，该方法将专家的经验判断进行量化，在国内已得到广泛推广，是一种实用和常用的评价方法[5]。 为提高指标权重获取的科学性，避免由于单一专家评价导致的诸多不确定因素影响，考虑获取多位专家的共同决策并利用德尔菲法修正权重数据[19]，力求评价结果尽可能最大程度反映实际情况。

3.3.1 层次分析法确定指标基础权重

（1）建立判断矩阵。 根据层次分析法原理，对不同指标进行两两比较，形成评价指标的比较矩阵。

（2）层次单排序。计算对应判断矩阵的最大特征根λmax，得到特征矩阵的特征向量W =（W1，W2，…，Wn），经归一化计算后即得同一层次的因素对于上一层次的因素的某因素的相对重要性排序权值。

（3）一致性检验。该检验主要用来检验各元素重要度之间的协调性。

定义一致性指标：

式中：CI 为一致性指标；λ 为判断矩阵的最大特征值；n 为判断矩阵的阶数。

定义一致性比率：

式中：CR 为一致性比率；RI 为随机一致性指标，取值见表2。

表2 RI 取值

当CR≤0.1 时，判断矩阵通过一致性检验，特征向量可作为权重向量计算，否则需重新调整判断矩阵元素取值。

（4）层次总排序。计算各层次对于系统的层次总排序，得到该层所有因素对于最高层的相对权重值。

（5）层次总排序的一致性检验。设某一层对于上一层中各因素的层次单排序的随机一致性为RI，一致性指标为CI，计算出层次总排序的一致性比率：

式中：a 为一级指标相对于总目标的排序（权重）。

当CR<0.1 时，一致性检验通过，否则需重新调整判断矩阵的元素取值。

3.3.2 德尔菲法修正评价指标的基础权重

假设有M 位专家参与评价决策，则根据X 专家决策得到的判断矩阵计算而得的权重向量为：WX=（Wx1，Wx2，Wx3，…，Wxn），(X=1，2，3，…，M)，取判断矩阵权重向量Wi与Wj的夹角为θij，则Sij表示2 个专家各自的判断矩阵之间的一致程度。

依据Sij可求得第i 个专家所得的判断矩阵平均一致度Si。

最后，归一化处理所有专家的平均一致度，得到各个专家的判断矩阵相对一致度S 'i，将S 'i与相对应权重向量Wi相乘并求和，最后得出修正后的权重W'。

3.4 城市河道水质生态评价综合指数

城市河道水质生态评价综合指数计算公式：

式中：UREI 为城市河道水质生态评价综合指数；f1～fn为各项分级指标评估得分，W '1～W 'n为各分级指标修正后的权重值。

城市河道水质生态评价综合指数分级见表3。按照表3 要求，根据城市河道水质生态评价综合指数得分对河道生态功能进行评价。

表3 城市河道水质生态评价综合指数分级

4 结论

（1）通过分析国内、外河道生态评价的研究与实践资料，明确构建城市河道生态评价体系在城市河道生态治理研究中的重要意义，通过阐述城市河道生态评价意义、原则和评价步骤，为构建城市河道生态评价体系建立基础。

（2）结合我国城市河道的特性，进行城市河道生态评价指标体系的研究与探索。 从河道缓冲带、护岸、水体3 个角度，初步建立涵盖河道生境和生物等16 个详细指标的城市河道生态评价体系。该结果可为城市河道生态建设和效果评估提供一定参考和借鉴。

（3）提出以层次分析法作为确定各评价指标基础权重的基本方法，同时为减少单一专家决策导致的主观因素，采用德尔菲法对多专家决策结果进行修正。针对各指标的特点，确定各指标的采集和量化方法和评价标准。