深圳市河流濕地生態(tài)風險的AHP決策分析與管理對策研究

陳妙莉

(深圳市升源園林生態(tài)有限公司，深圳 518131)

河流濕地是我國四大類自然濕地類型之一，它包括永久性河流濕地、季節(jié)性或間歇性河流濕地及泛洪平原濕地。河流濕地也是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一[1-3]。河流濕地在調(diào)蓄洪水、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性和區(qū)域生態(tài)安全等方面都發(fā)揮著巨大作用，具有非常重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值[4-6]。

受損及退化河流濕地的生態(tài)修復技術和評價作為濕地生態(tài)恢復工程的重要組成內(nèi)容，是濕地科學研究的熱點與前沿之一。由于國內(nèi)外對河流濕地的認識總體上還處于初級階段，濕地生態(tài)恢復和重建中濕地恢復評價標準和評價方法等一些基礎性的研究還沒有系統(tǒng)深入進行，這使得河流濕地的生態(tài)修復缺乏可靠的參照比對系統(tǒng)，沒有相應的標準和相關的法規(guī)作為法律依據(jù)或行動指南。對河流濕地生態(tài)風險評價標準和評價方法研究，不僅是河流濕地生態(tài)恢復工程的重要組成內(nèi)容，也為今后有關污染環(huán)境修復標準的制定及河流濕地環(huán)境影響評價制度的健全提供一定的參考和借鑒，同時也有助于解決濕地生態(tài)恢復中的“欠保護”和“過保護”的矛盾。

近年來，由于人口膨脹以及工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，河流濕地生態(tài)系統(tǒng)受到了來自人類社會的巨大壓力，主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)擴張、盲目開墾、污染物排放、農(nóng)業(yè)水源污染及水資源不合理利用等，其結(jié)果造成了河流萎縮、泥沙淤積、污染嚴重、生物多樣性減少等，使河流濕地生態(tài)系統(tǒng)日趨惡化，這不僅對我國經(jīng)濟社會與生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生了危害，而且直接影響生態(tài)環(huán)境安全[7-9]。因此，開展河流濕地的生態(tài)風險與管理措施研究具有重要的理論意義和實際應用價值。

早在2004年就有學者指出我國濕地研究應側(cè)重于濕地評價理論、濕地評價指標體系和模型、濕地對比評價、退化濕地評價、濕地與全球氣候變化，以及新技術和新方法應用等方面，其中濕地退化動力學機制研究是當前濕地科學研究的熱點與前沿，而濕地退化的生態(tài)風險與管理對策則是這一研究領域的重要內(nèi)容之一[10-14]。據(jù)此，于2017～2018年采用AHP方法研究了深圳市河流濕地的生態(tài)風險與管理對策，期望為保護和改善河流濕地資源提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 區(qū)域概況

深圳市位于廣東省南部沿海，陸域地處N 22°27′～22°52′和E 113°46′～114°37′，東臨大亞灣和大鵬灣，西瀕珠江口和伶仃洋，南以深圳河與香港相連，北與東莞、惠州兩市接壤?？偯娣e為1 952.84 km2，地勢東南高西北低。屬南亞熱帶海洋性氣候，氣候溫和，雨量充沛，年均降水量1 948.6 mm。每年5～9月為雨季，夏、秋兩季時有臺風。境內(nèi)有大小河流160多條，河流短小，屬雨源型河流，其中流域面積大于100 km2的有深圳河、茅洲河、觀瀾河、龍崗河及坪山河。境內(nèi)濕地含13大類，總面積15 848.5 hm2，占全市國土總面積8.12%，其中河流濕地面積2 895.0 hm2，占全市濕地面積18.3%。目前河流濕地面臨的主要問題是面積不斷減小，生態(tài)環(huán)境受到威脅，河流水質(zhì)惡化與底質(zhì)污染問題尚未徹底遏制[15-17]。

1.2 河流濕地退化風險與綜合管理措施研究的AHP原理

河流濕地退化的生態(tài)風險評判與綜合管理措施分析屬大系統(tǒng)多層次的決策分析，擬采用層次分析模型(AHP)。AHP決策方法是一種定性與定量分析相結(jié)合的分析方法，將決策者對復雜對象的決策思維過程數(shù)學化。這種方法應用于濕地退化的生態(tài)風險評判與綜合管理系統(tǒng)中，將濕地綜合管理的復雜問題分解為若干個層次和因素，然后通過各因素之間的比較和判斷分析，計算出不同風險因子與綜合管理措施的權(quán)重值(或組合權(quán)重值)，進而為最佳方案的選擇提供依據(jù)[18]，主要步驟如下：

1.2.1 確定指標體系設計層次結(jié)構(gòu) 將深圳市河流濕地生態(tài)風險評判與綜合管理系統(tǒng)劃分為3個層次。

(1) 目標層(A)：即采用適當?shù)纳铮鷳B(tài)及工程技術措施，逐步恢復退化濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，最終達到河流濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我持續(xù)狀態(tài)。

(2) 生態(tài)風險層(B)：根據(jù)實地調(diào)查和專家咨詢與評判結(jié)果，判斷深圳市河流濕地退化的主要原因。

(3) 綜合管理措施層(C)：對應于各項生態(tài)風險的具體措施，該層次含12個主要因素(圖1)。

在層次結(jié)構(gòu)圖中，上一層次對下一層次有支配作用，下一層次對上一層次有影響作用。

1.2.2 確定判斷矩陣 采用目前最行之有效的專家咨詢法對指標體系進行咨詢和評判。并從第2層開始，逐次確定判斷矩陣，對各項生態(tài)風險和綜合管理指標標定分值[19-20]。

圖1 深圳市河流濕地生態(tài)風險的AHP決策分析與管理措施層次結(jié)構(gòu)Fig.1 AHP decision analysis and management hierarchy of ecological risk of river wetland in Shenzhen

判斷矩陣的確定，首先逐對比較基本因素Fi和Fj對綜合管理目標C貢獻的大小，給出它們之間的相對比重αij。根據(jù)分析、對比研究結(jié)果，一般認為當Fi和Fj對管理目標C的貢獻相差很小時，可取αij=1；當Fi比Fj的貢獻稍大時，取αij=3，如若介于二者之間時可取αij=2(以下類推)；當Fi比Fj的貢獻大時，取αij=5；當Fi比Fj的貢獻很大時，取αij=7；當Fi的貢獻非常大于Fj的貢獻時，可取αij=9；當Fi比Fj的貢獻小時，則αij=1/αij。這樣，通過仔細分析、計算、對比，就可以確定αij的值，進而得到判斷矩陣A。

為了應用方便也可將該矩陣改寫成表1

表1 判斷矩陣表

注：αi是因素Fi對目標A的權(quán)重，它表示諸因素中Fi對目標貢獻的相對大小

1.3 求解判斷矩陣特征向量與最大特征根的數(shù)學模型

(1) 計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi

(2) 計算Mi的 n 次方根Wi

(4) 計算判斷矩陣最大特征根λmax

式中：(AW)i為AW的第i個元素。

(5) 判斷矩陣的一致性檢驗

式中：CI為平均一致性指標；n為矩陣階數(shù)；RI為平均隨機一致性指標；CR為隨機一致性比例。

(6) 層次總排序及其一致性檢驗

式中：αi為特征向量；CIi和RIi分別為與αi對應層次中判斷矩陣的一致性指標和隨機一致性指標。

用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)風險因素對總目標的有效性單排序及一致性檢驗

依據(jù)2017～2018年深圳市5條主要河流退化濕地的野外觀測及調(diào)查統(tǒng)計資料，經(jīng)專家綜合分析，對生態(tài)風險(B層)4個風險源的相對重要性評分，然后采用數(shù)學模型計算得出該層的判斷矩陣與單排序及其一致性檢驗結(jié)果(表2)。

表2 河流退化濕地生態(tài)風險因素對總體目標的判斷矩陣單排序和一致性檢驗

從表2可以看出，導致深圳市河流濕地退化的諸風險因素對于決策總目標的相對重要性(權(quán)重)排序為：W1>W2>W3>W4，表明人類威脅是河流濕地退化的首要原因，權(quán)重值W1=0.553 1。自然因素干擾是濕地退化的次要成因，權(quán)重值W2=0.268 5。這兩項風險占總風險的82.16%。環(huán)境污染占總風險的12.01%，生物多樣性下降占總風險的5.83%，后兩項風險對當?shù)睾恿鳚竦赝嘶挠绊懚急容^輕。該層次最大特征根為λ=4.150 1，一致性檢驗系數(shù)CI=0.050 0<0.1，故可以認為該判斷矩陣具有滿意的一致性。

2.2 綜合管理措施單排序及其一致性檢驗

為了研究各項管理措施(Ci)的有效性，依據(jù)上述AHP決策模型和實地調(diào)查結(jié)果，對4個風險因素(Bi)下各項管理措施的綜合評分數(shù)據(jù)進行分析，求解判斷矩陣的最大特征根、特征向量(權(quán)重)及各判斷矩陣的一致性指標(CI)和隨機一致性指標(CR)，計算結(jié)果如下：

(1) 在B1風險源下各項管理措施有效程度的判斷矩陣與權(quán)重見表3。表3中βi(i=1，2，3)表示在B1風險下管理措施Ci的權(quán)重，即第i項管理措施對導致河流濕地退化風險B1治理與防范的有效程度。CI=0.0.019 4<0.1，達到了一致性檢驗標準(表3)。

(2) 在B2、B3和B4風險源下各項管理措施對該風險源有效程度的判斷矩陣與權(quán)重說明與此相似(表4～6)。

表3 B1風險源下各項管理措施的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

表4 B2風險源下各項管理措施的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

表5 B3風險源下各項管理措施的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

表6 B4風險源下各項管理措施的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

對4個不同風險源及其對應的管理措施進行單排序的一致性檢驗系數(shù)依次是：CI=0.019 4<0.1，CI=0.048 3<0.1，CI=0.023 8<0.1，CI=0.016 7<0.1，均達到了一致性檢驗標準，表明這4個判斷矩陣具有可接受的一致性。

2.3 層次總排序及一致性檢驗

河流退化濕地各項風險源及其對應措施對總目標(A)的重要性排序結(jié)果見表7。

(1)各項管理措施對總體目標的有效性排序為：C1>C4>C2>C7>C5>C3>C10>C8>C6>C11>C9>C12?？偱判蛞恢滦灾笜薈I=0.027 5<0.1，表明具有滿意的一致性。

表7 層次總排序及一致性檢驗

(2) 河流濕地退化風險越大，采取對應措施有效性就越高。例如：B1風險最大，對應的3項管理措施總有效性高達47.84%；隨著B2，B3和B43項風險依次減輕，與其對應的管理措施總有效性也依次遞減為26.85%，12.00%和5.68%。

(3) 在同一風險源下的單排序中，各項管理措施的權(quán)重值與其有效性變化趨勢均顯示有密切的相關性，但是，在總排序中，各項管理措施權(quán)重值與其對總目標有效性的變化趨勢相關性不明顯，出現(xiàn)了權(quán)重值高但有效性排位低或較低，或權(quán)重值低但有效性排位高或較高的現(xiàn)象。如B3風險源下，管理措施C7的權(quán)重值高達73.06%，但對總目標的有效性只有8.77%，排序第4；在B1風險源下管理措施C1的權(quán)重值為55.09%，對總目標的有效性為30.47% ，排序第1；在B2風險源下的C4和B4風險源下的C10權(quán)重值均為61.62%，但前者對總目標的有效性達19.62%，排序第2，后者對總目標的有效性只有3.59%，排序第7。

2.4 河流濕地退化風險與主要管理對策分析

2.4.1 河流濕地退化風險 深圳市河流濕地的退化風險中，最主要的是人類活動和自然因素兩大風險源，包含著輕度，中度和重度3個層次的主要威脅，形成了河流濕地的3 種自然狀態(tài)(河流濕地生態(tài)系統(tǒng)保持相對自然狀態(tài)的程度)[18]，即：核心區(qū)未受或較少受人類影響的受擾自然型濕地；核心區(qū)受到中等強度人類影響的退化自然型濕地；核心區(qū)受到很大影響， 自然狀態(tài)基本已為人工狀態(tài)所替代的人工修復型濕地。

(1) 輕度威脅-受擾自然型濕地 其空間范圍以主要河流干流及其各級支流的發(fā)源地為主，地處山緣線以上的山區(qū)，河漫灘及河流濕地欠發(fā)育，且呈不連續(xù)的片段狀分布，面積110.0 hm2， 占全市河流濕地面積的5.0%。由于河流改道、引水及河流截彎取直等工程，不但影響了河流對濕地的水量補給作用，同時因為采伐林木、新修道路、挖沙采石等人為因素影響，使河流濕地面臨著暴雨洪水沖刷、泥沙淤積、山體滑坡和堤壩決堤等主要威脅。因此，該威脅區(qū)域的河流濕地屬于已經(jīng)受到輕微侵擾和破壞， 但濕地生態(tài)系統(tǒng)無明顯的生物群落和生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)變化， 自然生境基本完好， 核心區(qū)未受或較少受到人類影響，屬于受擾型自然型濕地。

(2) 中度威脅-退化自然型濕地 主要分布在各河流的山緣一線以下、地勢相對緩坦以及城郊及城鄉(xiāng)結(jié)合新開發(fā)區(qū)，面積為1 330 hm2，占深圳市河流濕地總面積的45.9%。隨著人口快速增長、城市化面積逐漸增加、水利工程、旅游開發(fā)、淡水養(yǎng)殖、圍墾、道路和相關的基礎設施建設侵占河流濕地，造成了自然濕地被分割、轉(zhuǎn)化和斑塊化等一系列問題。河流濕地所面臨的主要威脅因素及其影響頻次和面積都呈現(xiàn)增加態(tài)勢，因此，這一威脅區(qū)域的河流濕地已遭受到較為嚴重的破壞， 生態(tài)系統(tǒng)的生物群落和生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)已發(fā)生了明顯變化， 但尚無大量引入物種和自然生境嚴重退化的現(xiàn)象， 核心區(qū)受到中等強度的人類影響，屬于退化自然型濕地。

(3) 強度威脅-人工狀態(tài)所替代的人工修復型濕地 該威脅區(qū)的濕地主要分布在各條河流中、下游及河口以內(nèi)的城市核心區(qū)，面積約為1 465 hm2，占全市河流濕地的49.1%。隨著城市人口急劇增加，促使城市擴建，道路、房地產(chǎn)開發(fā)、引水工程、工、商、旅游及相關服務產(chǎn)業(yè)等基礎設施建設規(guī)模不斷擴大。原始地形地貌被大量改造成連片開發(fā)區(qū)，不透水的水泥或石板材路面等改變了自然水文循環(huán)路徑，使得自然河流濕地面積和景觀格局發(fā)生了變化。這一系列市政工程建設項目侵占了許多自然河流濕地，或迫使其轉(zhuǎn)化成人工濕地、園林和旅游休閑景點等非河流濕地。同時由于產(chǎn)業(yè)高度集中，生產(chǎn)和生活產(chǎn)生的污染物排放(廢水、垃圾)，造成河流污染和富營養(yǎng)化，以及在園林綠化過程中引入外來物種等，對自然河流濕地形成了不同程度的干擾。受到嚴重干擾的自然河流濕地生境呈現(xiàn)嚴重破碎化和小面積的孤島斑塊，不但縮小了面積，而且使?jié)竦叵到y(tǒng)生物多樣性下降或喪失，結(jié)構(gòu)紊亂和功能減弱。因此，在強度威脅區(qū)的河流濕地自然生境已遭到了全面破壞， 原始結(jié)構(gòu)已不存在， 有大量的人為修飾跡象， 外源物種大量引入， 核心區(qū)受到了很大影響， 自然狀態(tài)已基本為人工狀態(tài)所替代的人工修復型濕地。

2.4.2 深圳退化河流濕地的治理對策 根據(jù)深圳市河流濕地的退化風險、面臨的主要威脅，以及目前保持相對自然狀態(tài)的程度提出主要治理對策。

(1) 充分認識河流濕地資源對城市發(fā)展的重要性城市化過程中，任何對濕地的過度擾動，都會使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)失去穩(wěn)定和平衡，甚至造成嚴重的生態(tài)系統(tǒng)負面效應。因此，在城市化的過程中，根據(jù)有關法律法規(guī)的規(guī)定，制定河流濕地保護規(guī)劃，并與土地利用、環(huán)境保護和城市發(fā)展等總體規(guī)劃相銜接，確保河流濕地資源得到有效保護和恢復。

(2) 確保河流濕地面積的穩(wěn)定性加強對河流濕地的非法占用、征用及擅自改變用途的管控工作；杜絕擅自在河流濕地范圍內(nèi)挖塘、采砂、采石、取土、燒荒、圍(開)墾和填埋濕地等不利于河流濕地保護的行為。

(3) 強化河流濕地水資源管理力度，獲得高質(zhì)量的補充水源① 集濕地水資源開發(fā)利用過程所涉及的水源、用水、節(jié)水、排水和污水處理等環(huán)節(jié)于一體，有效協(xié)調(diào)和解決水資源開發(fā)利用中存在的矛盾，避免生態(tài)用水量被生產(chǎn)和生活用水量擠占；② 加強水利工程設施建設和維護，預防暴雨、洪水、潰堤、山體滑坡及泥石流等損毀河流濕地；③ 禁止在濕地內(nèi)修建阻水、排水設施和排放濕地水資源，維護濕地水文系統(tǒng)及水系廊道的連續(xù)性；④ 改造濕地周邊不透水的硬化地面，提高地表水注蓄和下滲能力，消納地表徑流，增加土壤含水率；⑤ 禁止在濕地集水區(qū)域內(nèi)非法采伐林木和獵取野生動物，做好上游水土保持及水土流失控制工作，減少河流泥沙淤積；達到涵養(yǎng)水源，調(diào)節(jié)流量，控制洪水，保護濕地水源的目的。

(4) 充分重視治理河流污染問題，保障濕地生態(tài)系統(tǒng)健康嚴禁排放工業(yè)廢水、生活污水、有毒有害物質(zhì)，投放可能危害水體、水生及濕生生物的化學物品，傾倒生產(chǎn)、生活垃圾；疏浚河道，清淤、清除毒物和雜質(zhì)，促使?jié)竦鼗?、水狀況和土壤恢復，維護基底和濕地面積穩(wěn)定性。

3 討論

目前，對退化河流濕地生態(tài)風險評判尚無公認標準，在參考一般濕地生態(tài)風險評價方法的基礎上，提出了深圳市河流退化濕地生態(tài)風險評判與管理措施的指標體系。該指標體系由4個風險源指標和12個管理措施指標組成。同時，采用常用的，也是目前最行之有效的專家咨詢法評分，利用AHP程序分析得到遞階層次中各元素有效性的權(quán)重排序[21-22]，達到了預期目標。在研究過程中，充分注意指標體系在有關指標設置等方面還有許多值得探討的問題：一是濕地資源的動態(tài)變化會影響指標獲取問題，尤其像深圳城市建設規(guī)模和城市人口快速發(fā)展，有可能會促使河流濕地資源發(fā)生相應的快速變化。因此，指標設置時應充分重視指標的可獲得性和可比性，以利于在相對有限的時間尺度上容易獲取，保證評判指標具有一定的適用范圍，使評判結(jié)果提供充分、有效的信息。同時，要注意指標的代表性，以使評判結(jié)果更加科學，最能代表河流濕地生態(tài)系統(tǒng)固有的自然屬性及其受干擾的程度；二是提出的指標體系、指標賦值標準與評價計算方法只適用于深圳河流濕地退化風險與管理措施的評判，如果要擴大應用，可根據(jù)研究對象及其實際狀況給予新的分值標度。為了避免評分誤差引起的判斷失誤，可根據(jù)經(jīng)驗剔除或修正相關指標和偏激數(shù)據(jù)[22]。三是B層風險源的區(qū)分很難界定，但此次研究結(jié)果證明在局部地區(qū)二者還是可以分開的。四是研究考慮到C層措施間關系較遠，且相對較獨立，所以構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型時忽略了各措施內(nèi)部間的相互關系，建議在進一步研究中應予充分關注。

在河流濕地退化風險層中，人類威脅項評分最高，權(quán)重值高達55.31%，說明它是河流濕地退化的最大風險源。這是因為濕地退化的最根本原因是人口壓力，所以這完全符合深圳市的實際情況。深圳市自建經(jīng)濟特區(qū)以來，人口急劇增加，促使城市擴建，道路、房地產(chǎn)開發(fā)、工、商、旅游及相關服務產(chǎn)業(yè)等基礎設施建設規(guī)模不斷擴大，這些人為因素對當?shù)睾恿鳚竦匦纬闪酥苯油{，尤其是寶安區(qū)的國際機場和242座水庫不但侵占了大片河流濕地，還使原有河流濕地格局發(fā)生了質(zhì)和量的巨大變化[23]。

在管理措施層的12項措施中，與環(huán)境污染和生物多樣性下降2個風險源對應的管理措施評分都比較低，這與深圳市近年來控制污染，修復河流濕地的工作密切相關。深圳市在開發(fā)的初期，河流水質(zhì)不斷惡化，底質(zhì)污染程度持續(xù)加劇，平均水質(zhì)狀況遠超出標準要求，如1996～2004年間龍崗河、深圳河和茅洲河流域的河流底質(zhì)污染程度比1999年分別增加了2.66，3.47和3.31倍，主要河流水質(zhì)劣于V類標準，濕地生物多樣性受到了嚴重威脅。深圳市采取了興建截汚工程、對底泥進行清淤、種植濕地植物、構(gòu)建濕地植物凈化系統(tǒng)等一系列濕地生態(tài)修復措施[24-25]，逐漸化解了河流濕地受環(huán)境污染及生物多樣性下降的高風險，因此，與這些高風險源對應的管理措施也逐漸由主要矛盾轉(zhuǎn)化為次要矛盾。

4 結(jié)論

(1) 提出了深圳市河流退化濕地生態(tài)風險評判與管理措施的指標體系。該指標體系由4個風險源指標和12個管理措施指標組成。

(2) 河流退化濕地生態(tài)風險因素對總體目標的重要性排序為：人類威脅>自然干擾>環(huán)境污染>生物多樣性下降，表明人類威脅是河流濕地退化的最大風險源，權(quán)重值W1=0.553 1。

(3) 各項管理措施的內(nèi)涵不同，對評判目標的重要性也不相同。與各風險源對應的最有效的管理措施是：B1風險源—控制沿河濕地過度開發(fā)；B2風險源—調(diào)節(jié)流量，控制洪水；B3風險源—控制排放工業(yè)廢水及生活污水；B4風險源—優(yōu)化濕地植被和土壤。

(4) 控制沿河濕地過度開發(fā)、調(diào)節(jié)流量控制洪水和規(guī)范農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)及旅游業(yè)3項管理措施對總目標的有效性依次為30.47%、19.62%和12.36%，證明這3項措施是當前治理深圳市河流濕地退化最有效的措施。

(5) 1996～2004年深圳市幾條主要河流底質(zhì)污染逐年加劇，水質(zhì)污染嚴重超標，濕地生物多樣性受到了嚴重威脅。近年來采取興建截污工程、對底泥清淤、種植濕地植物、構(gòu)建濕地植物凈化系統(tǒng)等一系列濕地生態(tài)修復措施，逐漸化解了環(huán)境污染及生物多樣性下降對河流濕地退化的高風險。