河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)及應(yīng)用實(shí)例

劉文杰，胥瑞晨，許興原，吳金蓮，顧　兵，徐紅花，韓曉磊，何　歡，孫　成

（1.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省農(nóng)村環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)工程中心，江蘇 南京 210023；3.南京滄溪建設(shè)工程有限公司，江蘇 南京 210012；4.常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)及應(yīng)用實(shí)例

劉文杰1，2，胥瑞晨1，2，許興原1，2，吳金蓮1，2，顧兵3，徐紅花3，韓曉磊2，4，何歡1，2，孫成1，2

（1.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省農(nóng)村環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)工程中心，江蘇 南京 210023；3.南京滄溪建設(shè)工程有限公司，江蘇 南京 210012；4.常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

制定科學(xué)合理的河岸帶生態(tài)恢復(fù)工程的驗(yàn)收與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是工程發(fā)揮其預(yù)計(jì)功效的重要保障.本文結(jié)合生態(tài)學(xué)原理和生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，利用層次分析法構(gòu)建了以生態(tài)指標(biāo)、工程指標(biāo)和水質(zhì)理化指標(biāo)等為基礎(chǔ)的績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；并利用綜合模糊分析法得出指標(biāo)權(quán)重分析集和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集，對(duì)蘇州市橫扇社區(qū)河道生態(tài)治理工程進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了方法的應(yīng)用性.

河岸帶生態(tài)修復(fù)；評(píng)價(jià)指標(biāo)系；綜合模糊分析法

河岸帶是水陸兩相的過渡帶，具有調(diào)節(jié)水流、緩沖污染、調(diào)節(jié)氣候、提供資源、提供動(dòng)物棲息與繁衍場(chǎng)地以及景觀旅游等生態(tài)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值［1-2］.隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)，過度的資源開發(fā)、人類活動(dòng)的干擾和常規(guī)水利安全工程與景觀設(shè)計(jì)等產(chǎn)生多因子干擾，硬化駁岸、移除植物系統(tǒng)，破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，引起河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的退化，其中長江三角洲地區(qū)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象尤為普遍［3］.開展河岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)對(duì)攔截面源污染，改善流域水質(zhì)，維持生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定有著重要意義.

建立科學(xué)的工程評(píng)價(jià)體系是指導(dǎo)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工程科學(xué)設(shè)計(jì)、有序開展，并達(dá)到預(yù)期恢復(fù)目標(biāo)的重要保障.目前國內(nèi)外在對(duì)于河道生態(tài)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究中主要是針對(duì)河道現(xiàn)狀或工程實(shí)施后的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)［4-5］，設(shè)置的指標(biāo)系對(duì)工程建設(shè)過程無法起到指導(dǎo)作用.常規(guī)工程驗(yàn)收和審計(jì)，僅是對(duì)工程量與資金的真實(shí)性復(fù)核，也無法指導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)過程的科學(xué)有序開展.本文結(jié)合生態(tài)學(xué)原理和工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)系，并利用綜合模糊評(píng)價(jià)法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行定量分析，得到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集，并根據(jù)實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性，為河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程的驗(yàn)收與評(píng)價(jià)提供了方法參考.

1　評(píng)價(jià)指標(biāo)系

綜合評(píng)價(jià)一般步驟為：①明確對(duì)象系統(tǒng)；②建立評(píng)價(jià)指標(biāo)系；③確定評(píng)價(jià)人員和評(píng)價(jià)方法；④進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；⑤輸出結(jié)果［6］.本文涉及的對(duì)象系統(tǒng)是河岸帶生態(tài)系統(tǒng)，第二步工作即為建立評(píng)價(jià)指標(biāo)系.

歐美發(fā)達(dá)國家對(duì)河道近一個(gè)世紀(jì)的治理歷程中，經(jīng)歷了凈化水質(zhì)和恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)階段［7］.我國水環(huán)境問題在近30年內(nèi)集中出現(xiàn)，河道的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，功能退化和水質(zhì)惡化現(xiàn)象并存.結(jié)合國際治理經(jīng)驗(yàn)，遵循河道治理自然規(guī)律，針對(duì)國內(nèi)河道生態(tài)建設(shè)工程應(yīng)該兼顧水質(zhì)改善和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)兩項(xiàng)功能.因此針對(duì)此類工程評(píng)價(jià)體系的建立，應(yīng)該在工程常規(guī)指標(biāo)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮生態(tài)指標(biāo)和水質(zhì)指標(biāo).

1.1生態(tài)指標(biāo)

1.1.1合理的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要設(shè)計(jì)的考核指標(biāo)為物種多樣性、本土物種優(yōu)勢(shì)度和植物蓋度.該指標(biāo)系要求在同一生態(tài)位上確定本土物種為主要種群，并匹配次要種群，不同生態(tài)位上增加生物多樣性，由此構(gòu)建有一定覆蓋率的植物系統(tǒng)，以保障恢復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)具有一定的初級(jí)生產(chǎn)力.

1.1.2完整的生態(tài)格局

完整生態(tài)格局從宏觀層面要求保證景觀或流域?qū)用娴目臻g異質(zhì)性，微觀層面要求生態(tài)系統(tǒng)的垂直格局和水平格局完整性和多樣性.從宏觀層面或流域?qū)用嫔?，陸地水體發(fā)育成河流、支流、濕地、沼澤和湖泊等多種形態(tài).景觀層面的流域水系形態(tài)復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和異質(zhì)性對(duì)景觀的組織水平、多樣性和穩(wěn)定性的維持以及動(dòng)態(tài)變化、演替規(guī)律均有重要影響［8］.針對(duì)單一生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，由于忽視了周邊生態(tài)系統(tǒng)的影響，很難取得預(yù)期效果［9］.因此河岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)要在保障空間異質(zhì)性前提下從流域或景觀的尺度進(jìn)行.從微觀層面或生態(tài)系統(tǒng)層面上，完整的河岸帶生態(tài)系統(tǒng)垂直格局基本可以分為干燥、偶然洪泛帶，潮濕、季節(jié)性洪泛帶，沿岸水位變動(dòng)帶和淹沒帶等功能區(qū)［10］.水平結(jié)構(gòu)多樣性主要針對(duì)水跡線以下的區(qū)域.自然狀態(tài)下由于河道彎曲，會(huì)在河道水平方向的不同位置形成深溝和淺灘.水平結(jié)構(gòu)的變化也可以增加河床的表面積比，并形成不同的流速帶，有利于保障水體的生物多樣性，增加水體的自凈能力.因此在安全前提下，每間隔一定距離，河床應(yīng)設(shè)置深溝和淺灘，以達(dá)到水平結(jié)構(gòu)的完整性.

1.2工程建設(shè)指標(biāo)

工程建設(shè)層面設(shè)置如下指標(biāo)：①工程設(shè)計(jì)的科學(xué)與安全性；②工程材質(zhì)的生態(tài)性.工程設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)符合生態(tài)學(xué)原理，安全性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的安全系數(shù)符合施工要求，并能保障工程完成既定目標(biāo).使用工程材料的材質(zhì)要求為利于生物生長、棲息且不影響水循環(huán)等生態(tài)過程的生態(tài)友好型.

1.3水質(zhì)理化指標(biāo)

水質(zhì)理化參數(shù)能夠直觀反映河流系統(tǒng)的健康狀態(tài)，水體中污染物濃度、渾濁度、pH值等參數(shù)都可能影響河流生態(tài)系統(tǒng)功能的正常行使.澳大利亞自然資源和環(huán)境部開展的溪流狀態(tài)指數(shù)和南非的河口健康指數(shù)等河流生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)都將水質(zhì)理化參數(shù)作為重要的指標(biāo)［11-12］.

1.4河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)

圖1　河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)

利用層次分析法建立河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)，設(shè)置總目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，詳見圖1.河岸帶生態(tài)修復(fù)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)為總目標(biāo)層，B1-B2和C1-C5為準(zhǔn)則層和次級(jí)準(zhǔn)則層，D1-D15為指標(biāo)層.

2　評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種涉及模糊因素的對(duì)象系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)方法，由于引入隸屬函數(shù)，實(shí)現(xiàn)把人類直覺確定為具體系數(shù)即模糊評(píng)價(jià)矩陣，并將約束條件量化表示，進(jìn)行數(shù)學(xué)解答，同時(shí)克服了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)唯一解的弊端，在各行業(yè)的決策分析中都有廣泛的應(yīng)用前景［13］.模糊綜合分析法的基本步驟為：設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象集和評(píng)價(jià)指標(biāo)（目標(biāo)）集為C=｛｝

c1，c2，…，cm，Ui=｛｝ui1，ui2，…，uin.指標(biāo)uij∈Ui對(duì)應(yīng)的各評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬度可用下列隸屬函數(shù)表示

按式（1）可得到模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣（隸屬度矩陣）為

其中μΙij（xjh）表示指標(biāo)uIij∈Ui的論域Iij上評(píng)價(jià)對(duì)象Ch∈C的屬性值的隸屬度.

由n個(gè)指標(biāo)組成的指標(biāo)子集的權(quán)系數(shù)向量為 Ai（ai1，ai2，…，ain）.

2.1建立模糊綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)

2.1.1設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象集和評(píng)價(jià)指標(biāo)（目標(biāo)）集

C：｛生態(tài)指標(biāo)，工程建設(shè)與水質(zhì)指標(biāo)｝；Ui：｛差，中，良，優(yōu)｝.

2.1.2模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣

運(yùn)用公式（1）對(duì)不同質(zhì)的閾值進(jìn)行數(shù)值歸一化，并結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)集Ui確定分級(jí)指標(biāo)值，結(jié)果見表1.

由表1河岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程評(píng)價(jià)基準(zhǔn)分級(jí)指標(biāo)值的數(shù)據(jù)和公式（2）可得模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣（隸屬度矩陣）為

表1　評(píng)價(jià)基準(zhǔn)分級(jí)指標(biāo)值

2.2指標(biāo)權(quán)重賦值

設(shè)專家集Sm，評(píng)分集Bn，評(píng)分矩陣X=（Xi j）m*n，（i=1-m；j=1-n）；目標(biāo)評(píng)價(jià)向量F=xTx.以一級(jí)指標(biāo)的專家評(píng)分集為例，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重.

2.3計(jì)算結(jié)果

用冪法各次迭代結(jié)果見表3.

令ε＜0.005，從表3可知 z3滿足精度要求，x*= （0.6306，0.7761）.將其歸一化，一級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重為：

aB1 =0.4483，aB2

=0.5517.

表2　專家評(píng)分表

同理通過專家對(duì)二級(jí)和三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，計(jì)算二級(jí)和三級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重如下：

二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重為：aC1

=0.5335，aC2

=0.4665；aC3

=

0.3974，aC4=0.3358，aC5=0.2668.

表3　各次迭代結(jié)果

三級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重為：aD1=0.3443，aD2=0.3593，aD3= 0.296；aD4=0.3930，aD5=0.3378，aD6=0.2692；aD7

=0.6171，aD8 =0.3829；aD9=0.4005，aD10=0.2571，?aD11

=0.3424；aD12= 0.2079，aD13=0.2342，aD14=0.2731，aD15

=0.2848.

利用表評(píng)價(jià)基準(zhǔn)分級(jí)指標(biāo)歸一化值，運(yùn)用改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，逐級(jí)評(píng)價(jià)、歸并，形成評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)集及綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集如下：

一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重集：aR=（0.4483，0.5517）

3　評(píng)價(jià)實(shí)例

表4　橫扇社區(qū)河道生態(tài)治理工程現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收值和歸一化值

蘇州市吳江區(qū)橫扇社區(qū)于2013年3～4月對(duì)轄區(qū)內(nèi)7條河道的流經(jīng)農(nóng)田段進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，2013年11月組織專家對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工驗(yàn)收.驗(yàn)收和水質(zhì)采集檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果見表4.

根據(jù)表4中驗(yàn)收值和歸一化之后的值，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法逐級(jí)評(píng)價(jià)、歸并，得出如下結(jié)果：

利用貼近度分析法：∏（Ai）=1-（bi-bj），取Max∏（Ai），確定歸屬檔.所得結(jié)果如下：∏（Ai）=1-（0.6214-0.5908）=0.9694；∏（Ai）=1-（0.5908-0.3106）=0.7198.由結(jié)果可得此次現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收結(jié)果為良.

4　結(jié)語

結(jié)合生態(tài)學(xué)原理、生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)和國家地表水水質(zhì)等級(jí)指標(biāo)構(gòu)建河岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程評(píng)價(jià)指標(biāo)系，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)價(jià).以橫扇社區(qū)河道生態(tài)修復(fù)工程驗(yàn)收為實(shí)例，結(jié)果表明模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)定河岸帶生態(tài)修復(fù)工程可行，設(shè)置的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有一定的適用性.

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The Evaluation of Riparian Ecological Restoration Engineering and Its Application

LIU Wen-jie1,2，XU Rui-chen1,2，XU Xing-yuan1,2，WU Jin-lian1,2，GU Bing3，XU Hong-hua3，HAN Xiao-lei2,4，HE Huan1,2，SUN Cheng1,2
（1.School of the Environment,Nanjing University,Nanjing 210023,China；2.Jiangsu Provincial Rural Environment Protection and Ecological Restoration Engineering Center,Nanjing 210023,China；3.Nanjing Cangxi Construction Engineering Co.,Ltd,Nanjing 210012,China；4.School of Biology and Food Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China）

It is an important guarantee for expected functions of the engineering to formulate a scientific and rea?sonable acceptance and evaluation standard of the riparian ecological restoration engineering.The evaluation in?dex system of the riparian ecological restoration engineering was established by using Analytic Hierarchy Pro?cess（AHP）,and combining the ecology principles and design points of eco-hydraulic engineering.This index system is composed of ecological index,engineering index and water quality of the physical and chemical indica?tors.The analysis set of index weight and standard set of evaluation were obtained by using the comprehensive fuzzy evaluation method.In order to validate the adaptability of this method,the quantitative evaluation of the ri?parian ecological restoration engineering of Hengshan community in Suzhou City was investigated.The results showed that the performance of the restoration engineering was accepted,indicating that this method was useful.

riparian ecological restoration；evaluation index system；comprehensive fuzzy analysis

X171.4

A

1008-2794（2015）02-0120-05

2014-12-26

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)“賈魯河流域水質(zhì)改善綜合控制研究與示范”（2012ZX07204-001）

通訊聯(lián)系人：何歡，副研究員，博士，研究方向：水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)，E-mail：hhdew@nju.edu.cn.