基于層次分析法的生態河流評價體系構建

顏秉龍，姚力銘

（連云港市水利規劃設計院有限公司,江蘇 連云港 222003）

0 前言

生態系統結構穩定以及改善自然環境都離不開河流這一重要組成部分,通過提升水安全保障、優化水資源配置、加強水生態修復等工作可使河湖生態狀況明顯改善,從而提升人民群眾的生活幸福感和獲得感。

為加快推進河湖生態狀況評價工作,查找生態河湖建設的短板和問題,加強河湖生態治理和保護,大力打造造福人民的幸福河湖,對河湖生態狀況評價是掌握河湖生態狀況、檢驗生態河湖建設成效的重要手段[1]。然而,因各河湖具有流域特殊性以及環境復雜性,各河湖的評價指標體系不可完全一概而論,需針對其特殊性進行評價研究工作。由此,對河流健康評價的研究愈發受到各界人士的重視[2-5]。

連云港市石安河健康河流狀況方面研究匱乏,故本文針對石安河的特定情況綜合考慮了可持續發展要求、生態方面要求等,旨在通過構建科學的河流健康評價指標體系,進而客觀合理地對連云港市的石安河開展全面評價。

1 區域概況

石安河位于東海縣中部,地處暖溫帶濕潤季風氣候,該區常年氣候濕潤,四季分明,年均降水量為878.1 mm。該河自北向南流淌貫穿全縣,北起石梁河水庫,南至安峰山水庫,原先為石梁河水庫的輸水干渠。石安河全長55 km,總集水面積為420 km2。2012 年中小河流治理石安河整治工程對石安河（張莊閘～埝河閘段）19.8 km河道按防洪20 年一遇、排澇5年一遇的標準進行了整治。并設計河底寬25 m～30 m,底高程13.81 m,邊坡1∶2,設計堤頂高程21.31 m～21.81 m,堤頂寬5.0 m～12.0 m。同時研究區域無集中式飲用水水源地。

2 評價體系構建

本文采取百分制評價方法作為考核石安河生態河流狀況的方式。在考核時需單獨量化各個指標,進而對各指標進行賦權,以加權平均法來獲得生態河流狀況總分。

石安河生態河流狀況評價共設置“水質優劣程度”和“公眾滿意度”兩個否決項。對于“水質優劣程度”指標：若石安河水質類別評價結果為V類以及劣V類,則不得參評生態河流。對于“公眾滿意度”指標：若公眾滿意度調查表分數低于75分,則不得參評生態河流。

建立石安河河流健康評價體系,該體系包括目標層、準則層以及指標層,見表1。

表1 石安河河流健康指標體系

表中各指標計算方法及計算結果如下[6]：

式中：Lq為評價河流中達標河流的長度,km；L為所有評價河流的總長度,km。

式中：D0為年度內供水保證水位或流量達標的自然日個數；Dn為一年365天的總自然日數目。

石安河供水功能為農業灌溉,灌溉用水保證率需達80%,本文按照80%頻率計算供水保證水位,2019年石安河供水水量滿足程度為100%。

式中：C13是依據水功能區的水質達標程度進行的數值計算；G0為水功能區達到標準的數目；Dn為項目中的水功能區總和。石安河水功能區劃情況、水質目標、起止點狀況、監測斷面、各功能區水質達標情況見表2。2019年石安河達標水功能區為3個。

表2 石安河水功能區及水質監測斷面信息表

式中：C21為Shannon Winner生物多樣性指數；s為總物種數；pi為第i個物種數占總物種數的百分比。根據采樣調查,采用Shannon Winner生物多樣性指數計算見表3,石安河浮游植物多樣性指數均值為1.5307。

表3 石安河浮游植物多樣性指數表

式中：C22為Shannon Winner生物多樣性指數；s為總物種數；pi為第i個物種數占總物種數的百分比。根據采樣調查,采用Shannon Winner生物多樣性指數計算計算見表4,石安河著生藻類多樣性指數均值為1.7061。

表4 石安河著生藻類多樣性指數表

C31采用生態水位計算方法。石安河上未設水位站,無長系列水位資料。以生物空間法確定生態水位。根據石安河浦西橋實測地形圖可知,石安河平均河底高程約為21.8 m,河道內魚類以草魚、鯉魚、鰱魚、鯽魚為主,其中主要的上層魚類為鰱魚,其生存水深取1.5 m,以此計算石安河最低生態水位為23.3 m。此外,由調研可得,莒城湖水位常年在24.0 m以上,高于生態水位,因此石安河生態需水滿足程度為100%。

C32為本河流的水質類別,通常取值為評價時段內最差水質項目。當存在多個最差水質類別的項目時,則需要分別對這些水質項目進行單獨評估,最終取最低值作為計算結果。對石安河2019 年水質監測結果進行評價,參評項目有溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、氟化物等常見污染物指標。評價時段內,最差水質項目為總氮,其實測濃度值平均值為1.41 mg/L,屬IV類水。各指標檢測結果見表5。

表5 石安河水質評價表

式中：Aci為i岸帶的河段所具有的植被覆蓋面積,km2；Aai為i岸帶的河段所具有的總面積,km2；Lvci為河段i的長度,km；L為評價河流長度,km。

對調查河段分別進行覆蓋率計算,計算結果見表6。最終三個河段的合計得分為87.2。

表6 石安河河岸帶植被覆蓋率計算表

式中：Lu為已開發利用岸線長度,km；若Lu=0,則Rul=1；Ln為岸線總長度,km；L0為已利用岸線經保護完好的長度,km。

式中：Ld為已劃定管理范圍的河長,km；L為評價河流總長,km。

式中：Lm為違法違章違規行為和設施占用河岸線的長度,km；Lnh為河岸線長度,km。

3 層次分析法評價石安和健康狀況的計算

3.1 權重分配

根據石安河基本情況,石安河為無集中式飲用水水源地,因此不設集中式飲用水水源地水質達標率；石安河生態河流綜合評價標準見表7。

表7 石安河生態河流綜合評價標準

3.2 計算各指標健康值

石安河各指標的現狀健康值可根據上述信息計算得出。其中,水安全方面：C11防洪工程達標率為87%；C12供水水量保證程度為100%；C13水功能區水質達標率為75%,換算為健康值分別為87分、100分、75分。水生物方面： C21河流浮游植物多樣性與C22河流著生藻類多樣性分別達到1.53與1.71,健康值評分為52.5,57.5。水生境方面：C31生態用水滿足程度達到100%,健康值取100；C32水質優劣程度分類中石安河水質為Ⅳ類水,健康值綜合取值61.2分；C33河岸帶植被覆蓋度達87.2%,換算為健康值為87.2。水空間方面：C41岸線利用管理指數為73%,健康值取值73分；C42管理（保護）范圍劃定率為100%,健康值取值100分；C43綜合治理程度較低為0.09,換算為健康值,可得10分。

采用層次分析法結合上述的健康值, 則河流健康評價綜合得分為：

式中：S為河流健康綜合指數；為各評價指標的權重；Si為各評價指標的健康值。

綜合指數取值不同,代表了不同的河流健康狀況。若為90～100, 則河流健康狀況可評價為“優”；若為75～90, 則河流健康狀況可評價為“良”；若為 60～75,則河流健康狀況可評價為“中”；若為0～60, 則為“差”。結果表明,石安河健康評價綜合得分S=70.7。

圖1為各評價指標結果的對比圖。根據綜合指數的計算結果可知,石安河健康狀況為“中”,表明石安河生態狀況處于亞健康狀態,所得成果為后續治理石安河的生態環境提供了依據。

圖1 各評價指標對比圖

4 結語

本文以連云港市東海縣石安河為研究對象,采用無集中式飲用水水源地的缺層次分析法對其進行生態河流狀況的評價研究。通過從水安全、水生物、水生境、水空間,以及公眾滿意度等五方面構建了十二項指標作為健康評價指標體系進行評價研究。根據綜合指數的計算結果可知,石安河健康狀況為“中”,表明石安河生態狀況處于亞健康狀態,所得成果為后續治理石安河的生態環境提供了依據。