不同類型生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)
——以青島市大沽河為例

柳 超,賀 琳,楊大鵬,3,黃 迪

(1.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,山東 青島 266033; 2.青島市環(huán)境保護(hù)局黃島分局,山東 青島 266555;3.青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)旅游開發(fā)有限公司,山東 青島 266555)

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不同類型生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)
——以青島市大沽河為例

柳 超1,賀 琳2,楊大鵬1,3,黃 迪1

(1.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,山東 青島 266033; 2.青島市環(huán)境保護(hù)局黃島分局,山東 青島 266555;3.青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)旅游開發(fā)有限公司,山東 青島 266555)

以青島市大沽河為例,通過對(duì)13種不同類型的生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行研究,構(gòu)建大沽河生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系;采用層次分析法,從植物組成與結(jié)構(gòu)、群落效益和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)3個(gè)方面出發(fā),選取9個(gè)評(píng)價(jià)特性指標(biāo),判斷各種植物組成、群落效益和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)于大沽河生態(tài)護(hù)坡建設(shè)的效果和影響,確定主要影響因素。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出適合青島地區(qū)的生態(tài)護(hù)坡形式,旨在為青島地區(qū)的生態(tài)河道治理提供借鑒。

生態(tài)護(hù)坡;層次分析法;評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;綜合評(píng)價(jià);大沽河

河流是水資源、水環(huán)境、水文化的重要載體,承擔(dān)著供水灌溉、行洪排澇、交通航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、美化環(huán)境以及維持生態(tài)平衡等諸多功能,在保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著極其重要的作用[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)步伐的加快,城市河道建設(shè)不僅要使堤岸發(fā)揮水利工程的功效,而且要融入城市園林景觀、生態(tài)環(huán)保、建筑藝術(shù)等多種內(nèi)容[2]。生態(tài)河道具有良好的整體景觀和濱水環(huán)境,是融合現(xiàn)代水利工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)、生態(tài)學(xué)、美學(xué)等學(xué)科為一體的生態(tài)工程,以保護(hù)和創(chuàng)造生物良好的生存環(huán)境和自然景觀為前提,具有一定強(qiáng)度、安全和耐久性的同時(shí),充分考慮了生態(tài)效果,將受人類嚴(yán)重干擾和破壞的河道修復(fù)成為水體與土體、水體與生物相互涵養(yǎng),適合生物生長(zhǎng)的近自然狀態(tài)河道[3-5]。

與傳統(tǒng)的單純工程措施護(hù)坡相比,生態(tài)護(hù)坡由于植被的存在,恢復(fù)了護(hù)坡應(yīng)具備的生態(tài)功能,具有了改善水質(zhì)及水體自凈能力、調(diào)節(jié)水溫變化、維持水生生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)河道生態(tài)多樣性、恢復(fù)護(hù)坡綠色景觀等優(yōu)點(diǎn)。在河道生態(tài)建設(shè)研究中,學(xué)者們將生態(tài)護(hù)坡分為單純植物護(hù)坡技術(shù)和植物工程復(fù)合技術(shù)兩大類[6-7]。單純植物護(hù)坡技術(shù)主要利用植物的根、莖、枝葉,并按一定方式進(jìn)行扦插種植,在植物群落生長(zhǎng)和構(gòu)建過程中不斷對(duì)邊坡進(jìn)行加固和穩(wěn)定,逐步實(shí)現(xiàn)河流邊坡的生態(tài)修復(fù)[8]。該技術(shù)主要用于河道堤岸相對(duì)較緩、穩(wěn)定性較好、土層深厚且種植層與地下層連接的河道堤岸,是一種兼顧生態(tài)功能和景觀功能的堤岸防護(hù)技術(shù)。植物工程復(fù)合技術(shù)是一種生物技術(shù)與工程技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合式生態(tài)護(hù)坡技術(shù),強(qiáng)調(diào)活體植物與工程措施相結(jié)合,技術(shù)核心是植生基質(zhì)材料,依靠錨桿、植生基質(zhì)、復(fù)合材料網(wǎng)和植被的共同作用,達(dá)到對(duì)河道堤岸進(jìn)行防護(hù)的目的[9]。該技術(shù)主要用于河道堤岸坡度較大、岸坡穩(wěn)定性差、水流沖刷嚴(yán)重的河段。

表1 13種護(hù)坡的工程布置及主要技術(shù)參數(shù)

青島市的生態(tài)河道治理仍處于嘗試和探索階段。筆者以青島市大沽河河段13種類型的護(hù)坡作為研究對(duì)象,對(duì)不同生態(tài)護(hù)坡工程的優(yōu)點(diǎn)及適用條件進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),旨在探索適合大沽河乃至青島地區(qū)河道的生態(tài)護(hù)坡形式。

1 研究區(qū)概況

1.1 大沽河基本概況

大沽河自山東省招遠(yuǎn)市由北曲折南流,流經(jīng)青島市的萊西、平度、即墨、膠州和城陽等市(區(qū)),干流全長(zhǎng)179.9 km,其中青島境內(nèi)干流長(zhǎng)140余km,轄區(qū)內(nèi)流域面積4 781 km2,是青島市一條主要防洪排澇河道。大沽河流域北部為山區(qū)和淺山丘陵區(qū),南部為山麓平原和平原洼地,地勢(shì)北高南低,地形坡度由北向南逐漸變緩。

1.2 研究對(duì)象

本次研究的對(duì)象為位于大沽河下游右岸的13種護(hù)坡類型的示范段,每段長(zhǎng)度在300～500 m之間。護(hù)坡類型主要分為:木樁拋石護(hù)坡、麻椰固土毯護(hù)坡、生物抗沖毯護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡、綠格魔術(shù)袋護(hù)坡、連鎖式砌塊斜坡護(hù)坡、格賓石籠斜坡護(hù)坡、現(xiàn)澆綠化混凝土框格護(hù)坡預(yù)、制六角塊式綠化混凝土護(hù)坡、抗沖生物毯+生態(tài)混凝土砌塊護(hù)坡、抗沖生物毯+自嵌式砌塊擋墻護(hù)坡、無銹熔接網(wǎng)格賓石籠擋墻護(hù)坡、格賓石籠擋墻護(hù)坡等共13種。13種護(hù)坡的工程布置及主要技術(shù)參數(shù)見表1。

上述13種護(hù)坡的基礎(chǔ)除木樁拋石護(hù)坡采用拋填亂石基礎(chǔ)外,其他全部采用格賓石籠基礎(chǔ)形式。植物物種盡量用相同或相似的草種搭配配比和草籽用量,草籽播撒密度均為25～30 g/m2,主要選用的植物為高羊茅、黑麥草、早熟禾以及白羊草等。

表2 13種護(hù)岸形式的各項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果平均值

本次研究對(duì)上述13種類型護(hù)坡的土層厚度、土層成分、植物搭配種類、生長(zhǎng)密度、高度等進(jìn)行觀察和記錄,對(duì)新生根系的深度采取現(xiàn)場(chǎng)開挖的方法進(jìn)行測(cè)量;選取固定樣帶,即在不同類型的護(hù)岸形式設(shè)置寬度均為1m的固定樣帶,調(diào)查記錄固定樣帶內(nèi)植物群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性、植物保存狀況、河岸生境等生態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo),記錄植物的種類、密度、蓋度、高度、根系分布等,同時(shí)記錄動(dòng)物的種類。

由于各種護(hù)坡形式施工、播種等時(shí)間不盡相同,為盡可能客觀地反映不同護(hù)岸形式的效果,選擇播種越冬后第二年(2014年)和第三年(2015年)植物長(zhǎng)成的情況進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析。在植被生長(zhǎng)季節(jié)平均每個(gè)月進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)1次并進(jìn)行記錄。根據(jù)每次現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄,綜合觀測(cè)結(jié)果,13種護(hù)岸形式的各項(xiàng)觀測(cè)成果平均值見表2。

2 生態(tài)護(hù)坡綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

河道生態(tài)護(hù)坡指標(biāo)評(píng)價(jià)體系是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,各因素的影響程度也不盡相同。本次研究利用系統(tǒng)科學(xué)的結(jié)構(gòu)功能理論構(gòu)建大沽河生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,以科學(xué)評(píng)價(jià)各種生態(tài)護(hù)坡的實(shí)際效果和影響為主要目標(biāo),采用層次分析法(AHP法)判斷各種植物組成、群落效益和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)于大沽河生態(tài)護(hù)坡建設(shè)的效果和影響[10]。

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

本次評(píng)價(jià)在系統(tǒng)分析并整合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,選擇層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目標(biāo)層為生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,準(zhǔn)則層包括:植物組成和結(jié)構(gòu)(a)、群落效益(b)和經(jīng)濟(jì)效益(c)3個(gè)指標(biāo),方案層包括:根系平均深度(a1)、植被蓋度(a2)、生物多樣性(a3)、植物保存率(a4)、表層土壤含水率(b1)、景觀優(yōu)美度(b2)、單位面積造價(jià)(c1)、抗沖刷流速(c2)和損壞程度(c3)9個(gè)指標(biāo)。具體見圖1。

圖1 生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)的無量綱化

指標(biāo)的無量綱化是指通過數(shù)學(xué)變換來消除指標(biāo)量綱影響,最常用的是直線型方法。直線型方法將指標(biāo)實(shí)際值轉(zhuǎn)化為不受量綱影響的指標(biāo)評(píng)價(jià)值,假定二者呈線性關(guān)系,指標(biāo)實(shí)際值的變化引起指標(biāo)評(píng)價(jià)值一個(gè)相應(yīng)的比例變化。大沽河生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)無量綱化計(jì)算依據(jù)見表3。

另外,景觀優(yōu)美度(b2)通過專家評(píng)分法進(jìn)行量化。分值范圍0～100分,景觀非常優(yōu)美為90～100分,景觀優(yōu)美為80～90分,景觀效果一般為60～80分,景觀差為40～60分,景觀很差為0～40分。

2.3 判斷矩陣的構(gòu)建

矩陣用以表示同一層次各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性。在建立層次結(jié)構(gòu)模型后,按照專家咨詢和經(jīng)驗(yàn)對(duì)各層次中的準(zhǔn)則、指標(biāo)及底層的各個(gè)方面兩兩比較其重要性,構(gòu)建判斷矩陣,導(dǎo)出權(quán)重[11]。根據(jù)人們判斷的心理習(xí)慣提出“人區(qū)分信息等級(jí)的極限能力為7±2”模式，AHP方法在構(gòu)建判斷矩陣時(shí),采用了1～9比例標(biāo)度,即將兩個(gè)對(duì)象區(qū)分為“同樣重要”、“稍微重要”、“重要”、“重要得多”和“絕對(duì)重要”等幾個(gè)等級(jí);在相鄰兩級(jí)中再插入1級(jí),共 9 級(jí),構(gòu)成一個(gè)判斷矩陣。兩兩比較的等級(jí)劃分及其標(biāo)度見表4。

表3 生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)、量化方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表4 兩兩比較的等級(jí)劃分及其標(biāo)度

根據(jù)以上理論構(gòu)造大沽河生態(tài)護(hù)坡工程綜合評(píng)價(jià)判斷矩陣。大沽河生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系總排序見下表5。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)層次總排序

3 生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)方法

通過評(píng)價(jià)綜合指數(shù)大小來反映各種生態(tài)護(hù)坡形式的優(yōu)良,評(píng)價(jià)綜合指數(shù)計(jì)算公式[12]為

N=∑WiIi

(1)

式中:N為評(píng)價(jià)綜合指數(shù);Wi為指標(biāo)的權(quán)重;Ii為指標(biāo)的分值。

評(píng)價(jià)綜合指數(shù)N以百分制計(jì)分評(píng)價(jià):N<60為較差;60≤N<80為一般;80≤N<90為良好;N≥90為優(yōu)秀。

對(duì)13種護(hù)坡形式的觀察與記錄數(shù)據(jù),結(jié)合無量綱化打分原則,13種護(hù)坡形式的方案層指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)得分見表6。

根據(jù)表2的指標(biāo)權(quán)重及表3中各種護(hù)坡形式的指標(biāo)得分,通過加權(quán)平均計(jì)算得到的大沽河各種生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)綜合指數(shù),見表7。

4 結(jié) 論

a. 從植物組成和結(jié)構(gòu)、群落效益和經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)方面出發(fā),構(gòu)建生態(tài)護(hù)坡形式的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,建立綜合評(píng)價(jià)模型。該評(píng)價(jià)模型優(yōu)先考慮生態(tài)景觀效果,其次考慮經(jīng)濟(jì)投入,充分體現(xiàn)了生態(tài)治河的理念,符合倡導(dǎo)生態(tài)文明的河道建設(shè)方向,基本適用于青島市生態(tài)河道的評(píng)價(jià)。

b. 經(jīng)過評(píng)價(jià),效果較好的生態(tài)護(hù)坡形式為生態(tài)袋護(hù)坡、格賓石籠斜坡護(hù)坡和綠格魔術(shù)袋護(hù)坡。這3種斜坡式護(hù)坡的植被生長(zhǎng)均勻,景觀效果優(yōu)美,具有較高的力學(xué)效應(yīng)和水文效應(yīng),具有良好的生態(tài)景觀效果。生態(tài)袋護(hù)坡和格賓石籠斜坡護(hù)坡形式單位面積造價(jià)適中,在青島地區(qū)具有較好的推廣前景。

c. 由于生態(tài)混凝土砌塊、自嵌式砌塊擋墻、無銹熔接網(wǎng)格賓石籠擋墻和普通格賓石籠擋墻等直立式擋墻護(hù)坡形式,受到結(jié)構(gòu)條件的影響,無法種植綠色植物,導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)得分普遍偏低,但是其抗沖刷性能力普遍高于柔性支撐的斜坡式護(hù)坡,因此在對(duì)水流條件要求較高的險(xiǎn)工段仍是首選的護(hù)坡形式。

表6 各種護(hù)坡形式指標(biāo)得分

表7 大沽河生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)綜合指數(shù)

[ 1 ] 閻水玉,王祥榮.城市河流在城市生態(tài)建設(shè)中的意義和應(yīng)用方法[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),1999,12(6):36-38.(YAN Shuiyu,WANG Xiangrong. Preliminary study on the roles and applied ways of urban river in urban ecological construction[J]. Urban Environment & Urban Ecology, 1999,12(6):36-38.(in Chinese))

[ 2 ] 王文野,王德成.城市河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的探討[J].吉林水利,2002,11(11):24-26.(WANG Weiye, WANG Decheng. Discussion ecology slope protection of cannel in cities[J].Jilin Water Resources,2002,11(11):24-26.(in Chinese))

[ 3 ] 張明,曹梅英.淺淡城市河流整治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)[J].中國(guó)水土保持,2002(9):33-34.(ZHANG Ming,CAO Meiying.The city river management and ecological environment protection [J].Soil and Water Conservation in China, 2002(9):33-34. (in Chinese))

[ 4 ] 朱偉,楊平,龔淼. 日本“多自然河川”治理及其對(duì)我國(guó)河道整治的啟示[J]. 水資源保護(hù),2015,31(1):22-29.(ZHU Wei,YANG Ping,GONG Miao.Japan’s multi-natural river regulation and its enlightenment to China[J].Water Resources Protection, 2015,31(1):22-29.(in Chinese))

[ 5 ] 談娟娟,董增川,付曉花,等. 流域景觀生態(tài)健康演變及其驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)分析[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,43(2):107-113.(TAN Juanjuan, DONG Zengchuan, FU Xiaohua, et al. Analysis of watershed landscape ecological health evolution and contribution of driving factors[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences), 2015,43(2):107-113. (in Chinese))

[ 6 ] 周德培,張俊云.植被護(hù)坡工程技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003:30-45.

[ 7 ] 劉曉濤,吳偉峰.生態(tài)護(hù)岸型式的探討[C]//上海郊區(qū)水利現(xiàn)代化實(shí)踐與探索論文集.北京:氣象出版社,2005:97-101.

[ 8 ] 韓玉玲,嚴(yán)齊斌,應(yīng)聰慧,等.應(yīng)用植物措施建設(shè)生態(tài)河道的認(rèn)識(shí)和思考[J].中國(guó)水利,2006(20):9-13.(HAN Yuling, YAN Qibin, YING Conghui, et al. Thoughts and considerations on constructing ecological river course with vegetation measures[J]. China Water Resources, 2006(20):9-13. (in Chinese))

[ 9 ] HECTOR G A,TIMOTHY A V,EDWIN H W,et a1. Biomass and nutrient removal by willow clones in experimental bioenergy plantations in New York Slate[J].Biomass and Bioenergy,2001(20):399-411.

[10] 樊進(jìn)娟,賈艾晨.基于模糊層次分析法的生態(tài)護(hù)岸形式優(yōu)選研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015,13(4):96-100.(FAN Jinjuan,JIA Aichen. Study on the optimization of ecological revetment forms based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2015,13(4):96-100.(in Chinese))

[11] 王梅婷,徐得潛,陳凱.城市河道生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].水土保持通報(bào),2011,31(1):198-202.(WANG Meiting,XU Deqian,CHEN Kai.A comprehensive index system for evaluating ecological revetments on urban river banks[J].Bulletin of Soil and Water Conservation, 2011,31(1):198-202.(in Chinese))

[12] 王兵,高甲榮,王越,等.北京市永定河生態(tài)護(hù)岸效果評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水土保持,2014(4):10-13.(WANG Bing,GAO Jiarong,WANG Yue, et al. Evaluation of ecological revetment effect of Yongding River in Beijing [J]. Soil and Water Conservation in China, 2014(4):10-13.(in Chinese))

Comprehensive evaluation of different types of ecological revetments: a case study of Dagu River in Qingdao City

LIU Chao1, HE Lin2, YANG Dapeng1, 3, HUANG Di1

(1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033,China; 2.HuangdaoBranchofQingdaoEnvironmentalProtectionBureau,Qingdao266555,China; 3.QingdaoEconomicandTechnologicalDevelopmentZoneTourismDevelopmentCo.,Ltd.,Qingdao266555,China)

Using the Dagu River in Qingdao City as an example, we constructed a comprehensive evaluation index system of ecological revetment using 13 different types of ecological revetments. From the perspectives of plant composition and structure, community benefits, and economic indicators, we selected nine evaluation indices to investigate the effects of different plant compositions, community benefits, and economic benefits on the construction of ecological revetment of the Dagu River and to determine the main factors through the analytic hierarchy process (AHP). According to the evaluation results, we put forward ecological revetment patterns that are suitable for Qingdao City, providing references for ecological restoration of river courses in Qingdao City.

ecological revetment; analytic hierarchy process; evaluation index system; comprehensive evaluation; Dagu River

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.01.017

柳超(1979—),女,講師,博士研究生,主要從事城市水系統(tǒng)優(yōu)化理論與技術(shù)研究工作。E-mail:liuchao.hy@163.com

X52

A

1004-6933(2017)01-0090-05

2016-08-28 編輯：彭桃英)