南昌市典型河道管養(yǎng)等級(jí)劃分探索

江 輝，魏進(jìn)豪，丁榮達(dá)

(南昌工程學(xué)院 1.瑤湖學(xué)院；2.鄱陽湖流域水工程安全與資源高效利用國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室；江西 南昌 330099)

隨著各地對城市生態(tài)文明建設(shè)的重視與環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)[1]，城市河道作為城市生態(tài)建設(shè)的重要組成部分，采用合理的分級(jí)管養(yǎng)模式，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、人力等社會(huì)資源與河道重要性程度相匹配，以實(shí)現(xiàn)資源合理利用兼顧河道生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)。

國外的河道管養(yǎng)主要考慮其河流的自然價(jià)值，通過監(jiān)測藻類、魚類等生物種群反應(yīng)河流的生態(tài)種群狀況；利用遙感獲取河道水文形態(tài)與植被覆蓋度反應(yīng)河流的自然特征[2-4]，并采取公開透明的評(píng)價(jià)系統(tǒng)有效推動(dòng)社會(huì)各部門共同參與到河道管理中[5]。我國河道管理探索開始于國務(wù)院頒布《中華人民共和國河道管理?xiàng)l例》，河道按水系統(tǒng)一管理與地區(qū)河道分級(jí)管理。管養(yǎng)從屬于河道管理中，兼顧河流環(huán)境與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的平衡，國內(nèi)研究學(xué)者[6-9]指出，不同地區(qū)河道管養(yǎng)等級(jí)的劃分應(yīng)分析其指標(biāo)因子，并綜合考慮所處流域地理特征與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等因素，強(qiáng)化各地區(qū)河道在分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、生態(tài)環(huán)境效益指標(biāo)評(píng)估體系、公共休閑適宜性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系、河流功能區(qū)劃分的研究，總體上認(rèn)同河道管養(yǎng)等級(jí)與河道的自然屬性、管理屬性、功能屬性[10]等綜合因素相關(guān)。

近年來，南昌市城市河道流域范圍內(nèi)的水環(huán)境遭受人為因素的干擾破壞，社會(huì)各界對建設(shè)生態(tài)河道的需求日益提升，城市河道管養(yǎng)理念逐漸被提及。然而河道管養(yǎng)等級(jí)劃分沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，城市河道在管理過程中，仍保留著重技術(shù)，輕管理的理念[11]。河道管養(yǎng)模式仍處于較落后的狀態(tài)，部分城市河道由于管養(yǎng)模式不健全，排水設(shè)施缺乏維護(hù)、河道淤積沒有及時(shí)清理，導(dǎo)致豐水季節(jié)時(shí)，發(fā)生城市內(nèi)澇現(xiàn)象；枯水季節(jié)時(shí)，河道水位較低，導(dǎo)致河床裸露，產(chǎn)生一系列問題。合理地分級(jí)管養(yǎng)河道及其附屬設(shè)施，優(yōu)先恢復(fù)具有重要潛在生態(tài)價(jià)值的河段[12]，可有效地保證防洪排澇、航運(yùn)、灌溉等功能，提升社會(huì)、生態(tài)效益。

1 研究區(qū)概況

南昌市位于江西中部偏北，坐擁贛江、撫河、錦江、鄱陽湖四大水系，水系發(fā)達(dá)，水資源豐富。全市地形平坦，地勢西北高，東南低，是中國唯一一個(gè)毗鄰長江三角洲、珠江三角洲和海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的省會(huì)中心城市。全市面積7 195 km2，常住人口約600萬，2020年全市生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)5 745.51億元。

本文選取南昌市典型河道作為研究對象，包括南昌縣、安義縣、進(jìn)賢縣、新建區(qū)、青山湖區(qū)、青云譜區(qū)、灣里區(qū)、西湖區(qū)等8個(gè)行政區(qū)內(nèi)的贛江、撫河、錦江、潦河、玉帶河、長堎河等共24條河道。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.1 基本原則

道管養(yǎng)等級(jí)的劃分受眾多因素影響，為準(zhǔn)確和高效地對河道進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行濃縮，進(jìn)行主成分分析[13]，以確定主要影響的因素。南昌市典型河道管養(yǎng)等級(jí)的劃分應(yīng)遵循以下原則：

(1)可操作性。分析河道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的可行性與難易度，對評(píng)價(jià)指標(biāo)中進(jìn)行評(píng)估篩選，若獲取指標(biāo)難度過高或獲取該指標(biāo)的成本過高，可選擇相近的指標(biāo)替換或剔除該指標(biāo)。

(2)代表性。對指標(biāo)體系進(jìn)行綜合分析，選取的指標(biāo)數(shù)量不宜過多，且對河道的自然、社會(huì)、功能屬性具有代表性。

(3)獨(dú)立性。選擇在各指標(biāo)層之間相互獨(dú)立的指標(biāo)，避免指標(biāo)的重復(fù)。

(4)適應(yīng)性。量化評(píng)估各段河道的人口、經(jīng)濟(jì)、功能等指標(biāo)，得出的河道管養(yǎng)等級(jí)與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)等因素相適應(yīng)。

(5)尊重自然。減少對原野河道的干擾，盡量維持其原有的生態(tài)環(huán)境。

(6)持續(xù)改進(jìn)。根據(jù)不同時(shí)期市民對河道功能屬性的需求變化，對河道管養(yǎng)等級(jí)的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 指標(biāo)體系框架

遵循指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，確立南昌市河道管養(yǎng)等級(jí)評(píng)估準(zhǔn)則層包括自然屬性、社會(huì)屬性、功能屬性，指標(biāo)層包括流域面積、污染指數(shù)、植被覆蓋度、所處區(qū)域、航運(yùn)功能、防洪排澇功能、灌溉功能、旅游功能等8個(gè)指標(biāo)，如表1所示。

表1 城市河道管養(yǎng)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.3 區(qū)域成果的劃分

參考研究學(xué)者在該領(lǐng)域的研究[14-15]，綜合分析，采用4分制評(píng)分法，根據(jù)各河道指標(biāo)的總評(píng)分分別對應(yīng)4種不同的河道管養(yǎng)等級(jí)。其相應(yīng)的城市河道管養(yǎng)等級(jí)劃分，如表2所示。

3 材料和方法

3.1 材料

3.1.1 數(shù)據(jù)來源

表2 城市河道等級(jí)劃分表

根據(jù)已構(gòu)建評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)，基于Google earth獲取了港口分布、旅游風(fēng)景區(qū)分布等觀測類數(shù)據(jù)；基于地理空間數(shù)據(jù)云獲取LANDSAT遙感影像數(shù)據(jù)，通過ENVI測定植被像元的值；基于Google earth獲取高程并生成地形圖測量各河道的集雨面積；基于政府公報(bào)、規(guī)劃布局及實(shí)地考察獲取了各河道防洪標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)污染指數(shù)、土地利用、城鎮(zhèn)化程度、河道管養(yǎng)現(xiàn)狀等統(tǒng)計(jì)類數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)來源具體見表 3。

表3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

3.1.2 數(shù)據(jù)處理

由于各指標(biāo)對應(yīng)劃分依據(jù)的量綱不同，數(shù)值的變化幅度不同，需要將各指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。將帶有具體數(shù)值的指標(biāo)采用熵值法進(jìn)行無量綱化處理，將無具體數(shù)值的指標(biāo)根據(jù)其所屬類型進(jìn)行賦值，用1～4表示各指標(biāo)數(shù)值的大小?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的賦值不會(huì)改變指標(biāo)的基本屬性，便于反應(yīng)各河道本身的特征。指標(biāo)劃分依據(jù)及賦值具體見表4。

表4 指標(biāo)劃分依據(jù)及賦值

3.2 方法

3.2.1 層次分析法

層次分析法是主觀評(píng)價(jià)法的一種，通過對水利行業(yè)的專家進(jìn)行問卷調(diào)查，將河道指標(biāo)結(jié)合定性和定量兩種分析方式，進(jìn)行多目標(biāo)分析，使評(píng)價(jià)結(jié)果具體化[19]。根據(jù)層次分析法確定各指標(biāo)之間的權(quán)重，具體方法如下：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)南昌市河道的特點(diǎn)選取不同的屬性與特征選擇定性指標(biāo)與定量指標(biāo)，分別代表的河道管養(yǎng)等級(jí)劃分的準(zhǔn)則層與指標(biāo)層，對不同層次的管養(yǎng)因素進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查成果進(jìn)行重要性權(quán)重賦值排列，從而形成階梯型層狀結(jié)構(gòu)。

(2)建立指標(biāo)的兩兩比較判斷矩陣

運(yùn)用“1～9”比較標(biāo)度法將準(zhǔn)則層、指標(biāo)層中的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較。

(1)

式中Aij為矩陣值，xij為相對標(biāo)度。

(3)通過判斷矩陣進(jìn)行權(quán)重計(jì)算

(2)

式中Wi為所求特征向量。

(3)

式中(AW)i表示向量AW的第i個(gè)分量。

(4)一致性檢驗(yàn)

(4)

CR=CI/RI，

(5)

(6)

式(4)～(6)中，n示矩陣的階數(shù)，RI對應(yīng)階數(shù)下查表所得的一致性指標(biāo)，CR表示單個(gè)矩陣的一次性比率，CR′表示總體的一致性比率。

(5)確定權(quán)重系數(shù)

3.2.2 熵值法

熵值法是采用極值法將河道指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，再將各河道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～4之間的數(shù)值。

(1)正向指標(biāo)計(jì)算：

Xm=(Xi-mi)/(Mi-mi)，

(7)

(2)逆向指標(biāo)計(jì)算：

Xn=(Mi-Xi)/(Mi-mi)，

(8)

式中Xi表示指標(biāo)中的最大值；mi表示Xi的最小值。

3.2.3 綜合評(píng)價(jià)模型

不同的權(quán)重方法有其適用范圍，結(jié)合主觀和客觀兩種權(quán)重方法，通過加權(quán)平均法，所得出的結(jié)果綜合性更高，比較客觀地反應(yīng)評(píng)價(jià)對象的特征[20]。河道管養(yǎng)等級(jí)分值可根據(jù)層次分析法對指標(biāo)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)得出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重與熵值法通過客觀賦值得出指標(biāo)本身的權(quán)重的乘積來表示。其計(jì)算方法如下：

(9)

式中L為總評(píng)價(jià)分值；Xi為層次分析法給與權(quán)重的賦值；Yi為熵值法給予指標(biāo)的賦值。

4 結(jié)果與分析

4.1 指標(biāo)權(quán)重

通過問卷調(diào)查征詢專家意見，結(jié)合層次分析法得出影響城市河道管養(yǎng)等級(jí)的各指標(biāo)權(quán)重與重要性程度排序，如表5所示，得出對河道管養(yǎng)等級(jí)影響較大的指標(biāo)依次為所處區(qū)域、污染指數(shù)與防洪排澇功能，而對河道管養(yǎng)等級(jí)影響較小的指標(biāo)分別為流域面積、航運(yùn)功能與旅游功能。依據(jù)實(shí)地考察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靠近城鎮(zhèn)化程度較高的河道，其管養(yǎng)現(xiàn)狀與管養(yǎng)設(shè)備的維護(hù)水平均優(yōu)于較偏遠(yuǎn)地區(qū)的河道，與本次試驗(yàn)結(jié)果大致相符，對該方案的實(shí)行具有一定的可行性。

表5 指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

4.2 河道管養(yǎng)等級(jí)區(qū)劃

通過綜合評(píng)價(jià)疊加計(jì)算河道管養(yǎng)等級(jí)評(píng)價(jià)分值，采用SPSS分析各河道總評(píng)估分值所得數(shù)列，指標(biāo)的高重疊性會(huì)降低評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性[21]，經(jīng)過K-S檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其比較檢驗(yàn)漸近顯著性(雙尾)P值>0.05；頻率分布曲線(見圖1)與正態(tài)曲線較為擬合，表明該數(shù)列服從正態(tài)分布。通過驗(yàn)證河道管養(yǎng)等級(jí)劃分結(jié)果符合正態(tài)分布，表明數(shù)列是由許多獨(dú)立隨機(jī)因素共同影響的結(jié)果，符合獨(dú)立性準(zhǔn)則。根據(jù)各河道評(píng)價(jià)分值情況，采用4分制評(píng)分法將南昌市典型河道的管養(yǎng)等級(jí)劃分為以下4個(gè)級(jí)別：Ⅰ級(jí)(3.02～4.00)，Ⅱ級(jí)(2.60～3.02)，Ⅲ級(jí)(2.07～2.60)，Ⅳ級(jí)(0.00～2.07)。

圖1 概率河道管養(yǎng)等級(jí)分值概率分布圖

南昌市典型河道的劃分結(jié)果為：Ⅰ級(jí)河道8條，河段長度共107.1 km；Ⅱ級(jí)河道4條，河段長度共125.8 km；Ⅲ級(jí)河道6條，河段長度共192.9 km；Ⅳ級(jí)河道6條，河段長度共207.4 km。由圖2可知，南昌市河道重點(diǎn)管養(yǎng)的區(qū)域主要分布在青山湖區(qū)、青云譜區(qū)、西湖區(qū)等建筑物密集、人口活動(dòng)頻繁的區(qū)域，南昌市中心范圍內(nèi)；新建區(qū)東部因其具備較好的航運(yùn)條件與防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又行政區(qū)內(nèi)包含大量的農(nóng)田耕地，相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的河道等級(jí)普遍較高；南昌縣西部、新建區(qū)西部安義縣等區(qū)域人口較為分散，航運(yùn)交通設(shè)施條件較少，因此該區(qū)域的河道重要性程度一般；進(jìn)賢縣、南昌縣東部與灣里區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)于其他地區(qū)，受人為的干擾因素少，對此類河道應(yīng)盡量維持其原有的生態(tài)環(huán)境。

圖2 南昌市典型河道管養(yǎng)等級(jí)劃分圖

5 結(jié)論與討論

(1)針對城市河流的基本特征，建立了南昌市典型河道管養(yǎng)劃分指標(biāo)體系，選定了準(zhǔn)則層為自然屬性、社會(huì)屬性、功能屬性等，指標(biāo)層為植被覆蓋度、污染指數(shù)、流域面積、所處區(qū)域、防洪排澇功能、航運(yùn)功能、灌溉功能、旅游功能等。

(2)利用AHP法和熵值法獲得各指標(biāo)的權(quán)重與河道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的賦值，并構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)模型。層次分析法的結(jié)果表明，準(zhǔn)則層中的自然屬性，指標(biāo)層中的所處區(qū)域、污染指數(shù)、防洪排澇功能是影響城市河道管養(yǎng)等級(jí)劃分的主要因素，而航運(yùn)功能、旅游功能等重要性程度較低的指標(biāo)可在推廣應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行替換或剔除。

(3)通過綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建了南昌市典型河道管養(yǎng)等級(jí)劃分圖，結(jié)果表明：河道管養(yǎng)等級(jí)劃分結(jié)果與實(shí)地考察河道管養(yǎng)現(xiàn)狀大致相符，具有較高的適用性；其中Ⅰ級(jí)河道長度占17%，Ⅲ級(jí)及以下的河道長度占63%，河道管養(yǎng)重要性程度呈現(xiàn)以“城區(qū)為重點(diǎn)”的特點(diǎn)。

(4)確立了一種河道管養(yǎng)等級(jí)劃分的方法，為進(jìn)一步規(guī)范和設(shè)計(jì)南昌市河道管養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)提供了一定的借鑒，同時(shí)對其他地區(qū)的河道也有一定的參考作用；城市河道管養(yǎng)的重點(diǎn)仍應(yīng)以主城區(qū)河道為主，同時(shí)應(yīng)當(dāng)完善相應(yīng)的河道管養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采用專業(yè)化隊(duì)伍分級(jí)分類管理，加強(qiáng)對城市河道重點(diǎn)區(qū)域的建設(shè)、管理與監(jiān)督工作，相關(guān)部門協(xié)同參與河道管養(yǎng)。