基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法的河流近自然評(píng)價(jià)
——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(yè)大學(xué) 教育部水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

河流評(píng)價(jià)是保護(hù)和恢復(fù)河流自然狀態(tài)的基礎(chǔ)，現(xiàn)已為越來越多的人所重視。河流健康狀況評(píng)價(jià)的方法不斷發(fā)展，形成了一系列的各具特色的評(píng)價(jià)方法，就評(píng)價(jià)原理而言，可大致將這些評(píng)價(jià)方法分為預(yù)測(cè)模型法和多指標(biāo)評(píng)價(jià)法[1]。河流無脊椎動(dòng)物預(yù)測(cè)和分類系統(tǒng)(RIVPACS)和澳大利亞河流評(píng)價(jià)計(jì)劃(AUSRIVAS)就是預(yù)測(cè)模型法的代表。而多指標(biāo)評(píng)價(jià)法則是近年來使用得比較廣泛的方法，美國(guó)的快速生物監(jiān)測(cè)協(xié)議(RBP)、澳大利亞的河流狀態(tài)指數(shù)(ISC)、瑞典的岸邊與河道環(huán)境細(xì)則(RCE)以及國(guó)內(nèi)的城市河流健康評(píng)價(jià)體系(URHA)多是采用此法。目前，我國(guó)不少城市花巨資對(duì)一些重點(diǎn)河流展開了生態(tài)環(huán)境整治，但大多停留在水污染控制和水利工程的管理上，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性缺乏研究和了解。我國(guó)處于“河流健康意識(shí)”的初級(jí)階段[2]，借用國(guó)外已有的成果和經(jīng)驗(yàn)積累是必要的。

本研究從近自然評(píng)價(jià)的角度出發(fā)，對(duì)西苕溪進(jìn)行基本闡述與全面評(píng)價(jià)，即根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，結(jié)合具體流域地質(zhì)、地貌、水文、植被及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，按照自然河流流域的發(fā)生發(fā)展規(guī)律對(duì)河流進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)[3]。研究以生態(tài)、地貌和水文三方面為主，定性定量分析了河流的結(jié)構(gòu)與功能，并通過聚類分析驗(yàn)證制定出適用于南方河流的近自然評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該評(píng)價(jià)可為西苕溪防御河流災(zāi)害、保護(hù)和合理利用河流自然資源以及提高當(dāng)?shù)氐木坝^多樣性打下基礎(chǔ)，從而為提高西苕溪流域的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西苕溪流域位于長(zhǎng)江三角洲的太湖流域上游，地理坐標(biāo)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(zhǎng)興縣及湖州市區(qū)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(fā)源于天目山北麓安吉縣的大沿坑，向東北流經(jīng)杭垓鎮(zhèn)至賦石水庫，出庫后流至皈山，與南溪匯合后稱西苕溪，經(jīng)塘浦右納大溪、滸溪，經(jīng)安城向北流至梅溪鎮(zhèn)左納渾泥港，向東北流至小溪口進(jìn)入長(zhǎng)興縣。流域地勢(shì)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(jīng)梅溪后進(jìn)入平原地區(qū)。西苕溪流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量1 465 mm，主要集中在4—9月，從西南山區(qū)到東北平原區(qū)年降水量逐漸遞減。

2 研究方法

2.1 調(diào)查點(diǎn)布設(shè)

由于西苕溪源頭、匯聚點(diǎn)與主干流多集中在浙江省安吉縣，所以本次調(diào)查也是在浙江省安吉縣進(jìn)行的。調(diào)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(diào)查至下游的梅溪鎮(zhèn)。調(diào)查點(diǎn)的確定遵循客觀、定量的原則，將自然河段與城鎮(zhèn)村落的坐落點(diǎn)結(jié)合定點(diǎn)，最終共布調(diào)查點(diǎn)25個(gè)(如圖1)。布設(shè)在賦石水庫的調(diào)查點(diǎn)主要是為了調(diào)查水庫對(duì)西苕溪環(huán)境的影響；而河樣帶9、11、12、13、14、15位于農(nóng)林結(jié)合用地區(qū)，此位置有農(nóng)村分散居民點(diǎn)和森林，但無城鎮(zhèn)；河樣帶10、17、18分別是沿著城鎮(zhèn)布設(shè)的，途經(jīng)塘浦和下墅鎮(zhèn)等；在安城、柴潭有河流的匯流點(diǎn)，布設(shè)16、19調(diào)查點(diǎn)；下游主要調(diào)查點(diǎn)選取在梅溪鎮(zhèn)附近。

圖1 調(diào)查點(diǎn)的布設(shè)

2.2 調(diào)查方法

指標(biāo)值的獲取依賴于大量的實(shí)際數(shù)據(jù)資料，因此在調(diào)查25個(gè)樣點(diǎn)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(zhì)地貌圖、土壤分類圖、土地利用分類圖、行政區(qū)劃圖、河流水文資料等。分析利用這些基本資料確定所要調(diào)查的各個(gè)指標(biāo)，調(diào)查指標(biāo)主要分為地貌、生態(tài)與水文三類。

在地貌指標(biāo)的調(diào)查中，定性指標(biāo)平面形態(tài)、岸坡結(jié)構(gòu)和兩岸土地利用方式主要依據(jù)《河溪近自然評(píng)價(jià)——方法與應(yīng)用》(高甲榮、馮澤深、高陽等著，2010年)一書中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行記錄；定量指標(biāo)中水深使用測(cè)繩系上重物測(cè)量，水寬與河寬利用皮尺和測(cè)繩測(cè)量，岸坡坡度的測(cè)量借助于羅盤儀；同時(shí)，記錄每個(gè)河樣帶中影響河流狀態(tài)的水利工程措施個(gè)數(shù)[4-5]。

生態(tài)特征中的緩沖帶寬度用皮尺測(cè)量；緩沖帶結(jié)構(gòu)完整性則要記錄每點(diǎn)的植被層次及其生長(zhǎng)狀態(tài)，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)評(píng)價(jià)小流域內(nèi)河岸緩沖帶中≥10 m的連續(xù)性植被缺口數(shù)目；植被多樣性是在每個(gè)評(píng)價(jià)小流域內(nèi)的河濱淺水區(qū)兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)5 m×5 m的喬灌樣方，在其對(duì)角線上再設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的草本樣方，然后統(tǒng)計(jì)該流域的植物多樣性。

水文特征中pH值、磷酸鹽等水質(zhì)指標(biāo)的調(diào)查利用北京中西儀器出品的BD80系列野外便攜式試劑盒進(jìn)行快速測(cè)定；流速測(cè)量采用經(jīng)典的浮標(biāo)法；水溫利用紅色的酒精溫度計(jì)在水中讀數(shù)測(cè)定[6-8]。

2.3 評(píng)價(jià)方法

在河流評(píng)價(jià)中，常用的評(píng)價(jià)方法較多并具有不同的特點(diǎn)與適宜性，本研究采用AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)模型的方法，它將層次分析法與模糊評(píng)價(jià)法有機(jī)地結(jié)合在一起，模糊理論能很好地反映河流生態(tài)健康級(jí)別的模糊性與連續(xù)性，層次分析法能夠?qū)⒃u(píng)價(jià)者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的定性分析進(jìn)行定量化處理，兩者的結(jié)合很好地解決了隸屬度與權(quán)重的問題[9]。

2.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

河流近自然評(píng)價(jià)是將河流作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)整體進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此必須將河流的地貌、水文與生態(tài)整合在一個(gè)指標(biāo)體系中。在選取指標(biāo)時(shí)，嚴(yán)格遵守客觀性、科學(xué)性、獨(dú)立性、可操作性與代表性的原則[10]，最終選取了21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在地貌特征中，彎曲度、岸坡坡度、寬度比、平面形態(tài)、兩岸土地利用方式等指標(biāo)都是直接反映河流地貌特征的指標(biāo)；在生態(tài)特征中，緩沖帶植被寬與植被覆蓋率有關(guān)，緩沖帶植物多樣性與結(jié)構(gòu)完整性有關(guān)；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(zhì)的指標(biāo)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(biāo)。

2.3.2 評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與權(quán)重確定

在遵循指標(biāo)體系建立原則的基礎(chǔ)上，Mayer[11]提出河流健康是一個(gè)生態(tài)價(jià)值與人類價(jià)值相統(tǒng)一的概念，指出指標(biāo)應(yīng)既反映生態(tài)學(xué)上的完整性，也反映人類的價(jià)值。這對(duì)近自然評(píng)價(jià)同樣適用?；谖鬈嫦u(píng)價(jià)的各個(gè)因素不是屬于同一方面的且具有多維性，因此在構(gòu)建評(píng)價(jià)體系的過程中，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，建立了擁有遞進(jìn)層次性的指標(biāo)體系。

各指標(biāo)的重要程度可用權(quán)重來衡量，指標(biāo)權(quán)重的合理選擇關(guān)系到綜合評(píng)價(jià)的正確性和科學(xué)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(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷，按結(jié)構(gòu)圖的層次關(guān)系進(jìn)行判別比較，分別構(gòu)造判斷矩陣，最后經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理與一致性檢驗(yàn)，計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重，這樣能從很大程度上消除主觀性。權(quán)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(gè)元素對(duì)模糊集合的隸屬程度的，一般表示成隸屬函數(shù)的形式[12]。隸屬函數(shù)采用梯形隸屬函數(shù)，隸屬度的計(jì)算分為正向指標(biāo)計(jì)算和負(fù)向指標(biāo)計(jì)算。把各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值代入相應(yīng)的隸屬函數(shù)，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)對(duì)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，得模糊關(guān)系R，稱R為模糊矩陣[13]，表達(dá)式為

根據(jù)《河溪近自然評(píng)價(jià)——方法與應(yīng)用》一書中定性與定量指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所選指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，可以得到西苕溪各指標(biāo)因子的隸屬度。

表1 指標(biāo)體系與指標(biāo)權(quán)重

2.3.4 模糊層次綜合評(píng)判

模糊評(píng)價(jià)結(jié)果的向量是根據(jù)最末一級(jí)指標(biāo)的隸屬度和權(quán)重，逐級(jí)向上計(jì)算的[11]。本文采用模糊合成加權(quán)線性變換完成模糊合成[14-16]，即

3 結(jié)果與分析

3.1 西苕溪近自然評(píng)價(jià)分析

依據(jù)調(diào)查所取得的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用上述評(píng)價(jià)體系與方法，判定25個(gè)河段所屬的近自然等級(jí)與西苕溪整體的狀態(tài)(表2)并繪制出評(píng)價(jià)圖(圖2)。結(jié)果表明，在25個(gè)河段中，有2個(gè)河段處于自然狀態(tài)，12個(gè)河段處于近自然狀態(tài)，8個(gè)河段處于退化自然狀態(tài)，3個(gè)河段處于人工狀態(tài)，整體評(píng)價(jià)河道處于近自然狀態(tài)。本次調(diào)查的西苕溪干流河長(zhǎng)139 km，處于自然狀態(tài)、近自然狀態(tài)、退化自然狀態(tài)和人工狀態(tài)的河長(zhǎng)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(nóng)田等用地，水質(zhì)較好，生物多樣性豐富，水流呈現(xiàn)自然狀態(tài)，兩岸植被生長(zhǎng)繁茂，所以河樣帶1、2呈現(xiàn)出自然狀態(tài)。而賦石水庫附近的生境已被人為改造，在此調(diào)查的河樣帶均為人工化狀態(tài)。自水庫向下游，村鎮(zhèn)逐漸增多，采沙場(chǎng)等各種工業(yè)企業(yè)的出現(xiàn)致使河流改道、裁彎取直的情況增加，水質(zhì)狀況不容樂觀。但是在調(diào)查的下墅河段，即河樣帶11、12、13、14、15，狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，基本處于近自然狀態(tài)， 這主要是因?yàn)楫?dāng)?shù)睾佣蔚脑鷳B(tài)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(yè)用地與農(nóng)田用地相結(jié)合的方式。處于退化自然狀態(tài)的河段占了32%，出現(xiàn)在西苕溪的中下游，通過調(diào)查分析，認(rèn)為主要表現(xiàn)為溪流內(nèi)小生境的破壞、河岸植被群落損壞和開發(fā)建設(shè)中的水土流失。流經(jīng)安城后，退化自然狀態(tài)與近自然狀態(tài)交錯(cuò)出現(xiàn)，說明河流的不良狀況在此有所控制，但河流整體的生態(tài)狀況并沒有好轉(zhuǎn)。在最后的河段梅溪，由于有多個(gè)挖沙場(chǎng)的存在，破壞了河流兩岸的植被并改變了河床的整體形態(tài)，致使河段處于退化自然狀態(tài)。

表2 西苕溪分段評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2 西苕溪近自然狀況評(píng)價(jià)圖

3.2 聚類分析驗(yàn)證

利用SPSS軟件對(duì)河流進(jìn)行聚類分析驗(yàn)證，采用的方法為歐氏距離法[17-18]，結(jié)果如圖3所示。

圖3 西苕溪各評(píng)價(jià)河段聚類樹形圖

由于河流自然度被劃分為4個(gè)等級(jí)，因而本次聚類將分為4類。由圖3可以看出，當(dāng)取T=4時(shí)，22個(gè)評(píng)價(jià)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(gè)河段聚為一類是因?yàn)槿藶殚_發(fā)程度劇烈；反之，1、2河段處，原始生態(tài)狀況保存最為完整；3、4、5、11、12、13、14、15、17、18、20、21這12個(gè)河段歸為一類則是各項(xiàng)評(píng)分值相近，河流的生態(tài)環(huán)境比較好，人為痕跡較少；而9、10、16、19、22、23、24、25號(hào)河樣帶的評(píng)價(jià)結(jié)果與退化自然狀態(tài)相符。綜上所述，聚類分析結(jié)果與上述評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，證明了此評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)法可在南方類似流域內(nèi)進(jìn)行推廣與應(yīng)用。

4 結(jié) 論

(1)本研究從近自然的角度出發(fā)，以地貌、生態(tài)、水文三方面為基礎(chǔ)構(gòu)建了西苕溪近自然評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并使用AHP-模糊綜合法對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符合。

(2)在所評(píng)價(jià)的25個(gè)河樣帶中，自然狀態(tài)、近自然狀態(tài)、退化自然狀態(tài)和人工狀態(tài)占據(jù)的比例分別為8%、48%、32%和12%，其中退化自然狀態(tài)主要出現(xiàn)在中下游，西苕溪整體狀況基本處于近自然狀態(tài)。

(3)利用聚類分析來驗(yàn)證該評(píng)價(jià)體系的精確性，結(jié)果呈現(xiàn)高度的一致性，說明該評(píng)價(jià)體系具有較高的可信度，可以在南方類似流域進(jìn)行普及和推廣。

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