基于AHP-模糊綜合評價法的河流近自然評價
——以浙江省安吉縣西苕溪為例

朱曉博，高甲榮，張金瑞，楊思思

(北京林業大學 教育部水土保持與荒漠化防治重點實驗室，北京 100083)

河流評價是保護和恢復河流自然狀態的基礎，現已為越來越多的人所重視。河流健康狀況評價的方法不斷發展，形成了一系列的各具特色的評價方法，就評價原理而言，可大致將這些評價方法分為預測模型法和多指標評價法[1]。河流無脊椎動物預測和分類系統(RIVPACS)和澳大利亞河流評價計劃(AUSRIVAS)就是預測模型法的代表。而多指標評價法則是近年來使用得比較廣泛的方法，美國的快速生物監測協議(RBP)、澳大利亞的河流狀態指數(ISC)、瑞典的岸邊與河道環境細則(RCE)以及國內的城市河流健康評價體系(URHA)多是采用此法。目前，我國不少城市花巨資對一些重點河流展開了生態環境整治，但大多停留在水污染控制和水利工程的管理上，對河流生態系統的復雜性缺乏研究和了解。我國處于“河流健康意識”的初級階段[2]，借用國外已有的成果和經驗積累是必要的。

本研究從近自然評價的角度出發，對西苕溪進行基本闡述與全面評價，即根據景觀生態學原理，結合具體流域地質、地貌、水文、植被及區域社會經濟條件，按照自然河流流域的發生發展規律對河流進行全方位的評價[3]。研究以生態、地貌和水文三方面為主，定性定量分析了河流的結構與功能，并通過聚類分析驗證制定出適用于南方河流的近自然評價指標體系。該評價可為西苕溪防御河流災害、保護和合理利用河流自然資源以及提高當地的景觀多樣性打下基礎，從而為提高西苕溪流域的生態、社會和經濟效益提供決策依據。

1 研究區概況

西苕溪流域位于長江三角洲的太湖流域上游，地理坐標30°22′—30°57′N、119°14′—120°08′E，土地面積2 271 km2，行政上隸屬于浙江和安徽兩省，包括浙江省湖州市的安吉縣、長興縣及湖州市區和安徽省的一部分。西苕溪是苕溪水系的主要河流，主流西溪發源于天目山北麓安吉縣的大沿坑，向東北流經杭垓鎮至賦石水庫，出庫后流至皈山，與南溪匯合后稱西苕溪，經塘浦右納大溪、滸溪，經安城向北流至梅溪鎮左納渾泥港，向東北流至小溪口進入長興縣。流域地勢西南高東北低，依次呈山地、丘陵、平原的梯度分布，地面高程2—1 578 m。河流在安吉縣安城以上呈山溪性特征，安城至梅溪從山溪性向平原性過渡，流經梅溪后進入平原地區。西苕溪流域屬亞熱帶季風氣候區，多年平均降水量1 465 mm，主要集中在4—9月，從西南山區到東北平原區年降水量逐漸遞減。

2 研究方法

2.1 調查點布設

由于西苕溪源頭、匯聚點與主干流多集中在浙江省安吉縣，所以本次調查也是在浙江省安吉縣進行的。調查選取了西苕溪的若干源頭支流中比較有代表性的3條支流，而后從賦石水庫沿河調查至下游的梅溪鎮。調查點的確定遵循客觀、定量的原則，將自然河段與城鎮村落的坐落點結合定點，最終共布調查點25個(如圖1)。布設在賦石水庫的調查點主要是為了調查水庫對西苕溪環境的影響；而河樣帶9、11、12、13、14、15位于農林結合用地區，此位置有農村分散居民點和森林，但無城鎮；河樣帶10、17、18分別是沿著城鎮布設的，途經塘浦和下墅鎮等；在安城、柴潭有河流的匯流點，布設16、19調查點；下游主要調查點選取在梅溪鎮附近。

圖1 調查點的布設

2.2 調查方法

指標值的獲取依賴于大量的實際數據資料，因此在調查25個樣點前，首先搜集西苕溪流域的基本資料，主要包括：河流基本情況資料、地質地貌圖、土壤分類圖、土地利用分類圖、行政區劃圖、河流水文資料等。分析利用這些基本資料確定所要調查的各個指標，調查指標主要分為地貌、生態與水文三類。

在地貌指標的調查中，定性指標平面形態、岸坡結構和兩岸土地利用方式主要依據《河溪近自然評價——方法與應用》(高甲榮、馮澤深、高陽等著，2010年)一書中的標準進行記錄；定量指標中水深使用測繩系上重物測量，水寬與河寬利用皮尺和測繩測量，岸坡坡度的測量借助于羅盤儀；同時，記錄每個河樣帶中影響河流狀態的水利工程措施個數[4-5]。

生態特征中的緩沖帶寬度用皮尺測量；緩沖帶結構完整性則要記錄每點的植被層次及其生長狀態，并統計每個評價小流域內河岸緩沖帶中≥10 m的連續性植被缺口數目；植被多樣性是在每個評價小流域內的河濱淺水區兩側各設置一個5 m×5 m的喬灌樣方，在其對角線上再設置3個1 m×1 m的草本樣方，然后統計該流域的植物多樣性。

水文特征中pH值、磷酸鹽等水質指標的調查利用北京中西儀器出品的BD80系列野外便攜式試劑盒進行快速測定；流速測量采用經典的浮標法；水溫利用紅色的酒精溫度計在水中讀數測定[6-8]。

2.3 評價方法

在河流評價中，常用的評價方法較多并具有不同的特點與適宜性，本研究采用AHP-模糊綜合評價模型的方法，它將層次分析法與模糊評價法有機地結合在一起，模糊理論能很好地反映河流生態健康級別的模糊性與連續性，層次分析法能夠將評價者對復雜系統的定性分析進行定量化處理，兩者的結合很好地解決了隸屬度與權重的問題[9]。

2.3.1 評價指標的選取

河流近自然評價是將河流作為一個生態系統整體進行評價，因此必須將河流的地貌、水文與生態整合在一個指標體系中。在選取指標時，嚴格遵守客觀性、科學性、獨立性、可操作性與代表性的原則[10]，最終選取了21個評價指標。在地貌特征中，彎曲度、岸坡坡度、寬度比、平面形態、兩岸土地利用方式等指標都是直接反映河流地貌特征的指標；在生態特征中，緩沖帶植被寬與植被覆蓋率有關，緩沖帶植物多樣性與結構完整性有關；在水文特征中，除了必不可少的磷酸鹽、溶解氧、總氨氮等反映水質的指標外，還選取了流速多樣性與清澈度等直觀反映水文特征的指標。

2.3.2 評價體系的構建與權重確定

在遵循指標體系建立原則的基礎上，Mayer[11]提出河流健康是一個生態價值與人類價值相統一的概念，指出指標應既反映生態學上的完整性，也反映人類的價值。這對近自然評價同樣適用。基于西苕溪評價的各個因素不是屬于同一方面的且具有多維性，因此在構建評價體系的過程中，結合當地實際情況，建立了擁有遞進層次性的指標體系。

各指標的重要程度可用權重來衡量，指標權重的合理選擇關系到綜合評價的正確性和科學性，本研究采用層次分析法來確定。盡管層次分析法帶有一定的主觀性，但是通過專家咨詢和打分結合經驗判斷，按結構圖的層次關系進行判別比較，分別構造判斷矩陣，最后經過一定的數學處理與一致性檢驗，計算出各指標的權重，這樣能從很大程度上消除主觀性。權重的確定如表1。

2.3.3 隸屬度矩陣的確定

隸屬度是刻畫模糊集合中每一個元素對模糊集合的隸屬程度的，一般表示成隸屬函數的形式[12]。隸屬函數采用梯形隸屬函數，隸屬度的計算分為正向指標計算和負向指標計算。把各評價指標的實際值代入相應的隸屬函數，計算出每個指標對于各評價等級的隸屬度，得模糊關系R，稱R為模糊矩陣[13]，表達式為

根據《河溪近自然評價——方法與應用》一書中定性與定量指標的評價標準，對所選指標進行計算，可以得到西苕溪各指標因子的隸屬度。

表1 指標體系與指標權重

2.3.4 模糊層次綜合評判

模糊評價結果的向量是根據最末一級指標的隸屬度和權重，逐級向上計算的[11]。本文采用模糊合成加權線性變換完成模糊合成[14-16]，即

3 結果與分析

3.1 西苕溪近自然評價分析

依據調查所取得的數據，并應用上述評價體系與方法，判定25個河段所屬的近自然等級與西苕溪整體的狀態(表2)并繪制出評價圖(圖2)。結果表明，在25個河段中，有2個河段處于自然狀態，12個河段處于近自然狀態，8個河段處于退化自然狀態，3個河段處于人工狀態，整體評價河道處于近自然狀態。本次調查的西苕溪干流河長139 km，處于自然狀態、近自然狀態、退化自然狀態和人工狀態的河長分別為11.12、66.72、44.48和16.68 km。

西苕溪上游一般都是自然山林和農田等用地，水質較好，生物多樣性豐富，水流呈現自然狀態，兩岸植被生長繁茂，所以河樣帶1、2呈現出自然狀態。而賦石水庫附近的生境已被人為改造，在此調查的河樣帶均為人工化狀態。自水庫向下游，村鎮逐漸增多，采沙場等各種工業企業的出現致使河流改道、裁彎取直的情況增加，水質狀況不容樂觀。但是在調查的下墅河段，即河樣帶11、12、13、14、15，狀態明顯好轉，基本處于近自然狀態， 這主要是因為當地河段的原生態保存較完好，河流中水草豐茂，河流有一定的自凈能力，河流兩岸的植被層次較多，沿岸的土地利用方式多為林業用地與農田用地相結合的方式。處于退化自然狀態的河段占了32%，出現在西苕溪的中下游，通過調查分析，認為主要表現為溪流內小生境的破壞、河岸植被群落損壞和開發建設中的水土流失。流經安城后，退化自然狀態與近自然狀態交錯出現，說明河流的不良狀況在此有所控制，但河流整體的生態狀況并沒有好轉。在最后的河段梅溪，由于有多個挖沙場的存在，破壞了河流兩岸的植被并改變了河床的整體形態，致使河段處于退化自然狀態。

表2 西苕溪分段評價結果

圖2 西苕溪近自然狀況評價圖

3.2 聚類分析驗證

利用SPSS軟件對河流進行聚類分析驗證，采用的方法為歐氏距離法[17-18]，結果如圖3所示。

圖3 西苕溪各評價河段聚類樹形圖

由于河流自然度被劃分為4個等級，因而本次聚類將分為4類。由圖3可以看出，當取T=4時，22個評價河樣帶被分為{6,7,8}、{1,2}、{18,21,13,20,5,15,4,14,3,12,17,11 }和{9,10,22,25,16,24,19,23}四大類。其中，6、7、8三個河段聚為一類是因為人為開發程度劇烈；反之，1、2河段處，原始生態狀況保存最為完整；3、4、5、11、12、13、14、15、17、18、20、21這12個河段歸為一類則是各項評分值相近，河流的生態環境比較好，人為痕跡較少；而9、10、16、19、22、23、24、25號河樣帶的評價結果與退化自然狀態相符。綜上所述，聚類分析結果與上述評價結果相一致，證明了此評價體系的合理性，鑒于西苕溪屬于南方含沙量大的河流，所以AHP-模糊綜合評價法可在南方類似流域內進行推廣與應用。

4 結 論

(1)本研究從近自然的角度出發，以地貌、生態、水文三方面為基礎構建了西苕溪近自然評價指標體系，并使用AHP-模糊綜合法對其進行了評價，評價結果與實際相符合。

(2)在所評價的25個河樣帶中，自然狀態、近自然狀態、退化自然狀態和人工狀態占據的比例分別為8%、48%、32%和12%，其中退化自然狀態主要出現在中下游，西苕溪整體狀況基本處于近自然狀態。

(3)利用聚類分析來驗證該評價體系的精確性，結果呈現高度的一致性，說明該評價體系具有較高的可信度，可以在南方類似流域進行普及和推廣。

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