基于层次分析法的河湖健康评价研究_黄梦婷.pdf

标准化与质量监督水利技术监督2023 年第 2 期DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.005基于层次分析法的河湖健康评价研究黄梦婷，李建国(水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 合肥 230088)摘要:河流健康评估是检验河湖健康的重要手段，文章以塘西河实际情况，利用层次分析法，从盆、水、生物及社会服务功能 4 个纬度建立 18 项评价指标，根据指标对河流影响程度赋予权重，并对塘西河健康状况进行评估赋分，结果表明塘西河健康状态为健康。关键词:健康评价;层析分析;指标中图分类号:X826文献标识码:A文章编号:1008-1305(2023)02-0013-03收稿日期:2022-09-20作者简介:黄梦婷(1990 年)，女，工程师。E-mail:2856882707 随着经济社会发展，河湖水体污染加重，区域生态退化等问题日益凸显，水资源、水环境、水生态等复杂水问题仍然集中和突出。河湖健康评价是以系统、严谨的技术体系对河湖健康进行科学性评价，为河湖治理和保护提供技术支撑。塘西河位于安徽省合肥市境内，同时具备防洪、排涝等功能，是一座典型城市景观河道，本文运用层次分析法对塘西河的健康进行研究。1健康评价体系构建1.1评价指标体系构建的原则(1)科学性原则。在构建评价指标体系时，根据河流实际调研情况、采样检测数据和相关文献参考，征询专家组意见，依据一定的科学技术方法建立。(2)可操作性原则。考虑数据的可获取性、真实性、可靠性，充分利用现有河湖资料及成果，结合取样数据，构建评价指标体系。(3)针对性原则。构建评价指标体系时，基于评价河流所在区域社会经济发展、水环境保护以及水资源开发利用等情况，结合公众调查，有针对性对评价河湖建立指标体系。1.2评价指标体系的构建塘西河健康评价指标是以科学性、可操作性、针对性、完整性、系统性、合理性为基础，制定包括目标层、准则层和指标层在内的 3 级评价指标体系。1.3评价指标及权重的确定1.3.1层次分析法层次分析法(AHP)由运筹学专家萨蒂提出，是一种将复杂多元素分解成目标、准则、方案等多层次并赋予相应权重的分析方法。本文运用层次分析法将影响河流健康的影响因子划分成不同层次，分解成不同指标，且对每个指标进行定性和定量分析，将复杂的河流生态、环境等情况转化成目标值赋分，以分值体现各影响因素对河湖健康影响，梳理河流健康面临的主要问题及影响因素。1.3.2评价指标筛选及权重确定根据上述方法，选取塘西河健康评价指标如下，目标层 1 个指标，即河流健康(A);准则层 4个指标，即盆(B1)、水(B2)、生物(B3)、社会服务功能(B4);由准则层深入选取 17 项指标层，即河流连通指数(C1)、岸线自然状况(C2)、河岸带宽度指数(C3)、违规开发利用水域岸线程度(C4)、生态水位满足程度(C5)、流量过程变异程度(C6)、水 质 优 劣 程 度(C7)、底 泥 污 染 状 况(C8)、水体自净能力(C9)、大型底栖无脊椎动物生物完整性指数(C10)、鱼类保有指数(C11)、水鸟状况(C12)、水生植物群落状况(C13)、防洪达标率(C14)、供水水量保证程度(C15)、岸线利用管理指数(C16)、公众满意度(C17)。指标体系及312023 年第 2 期水利技术监督标准化与质量监督评价指标权重见表 1。表 1塘西河健康评价指标体系及评价指标权重目标层(A)准则层(B)权重指标层权重河流健康(A)盆(B1)0.2水(B2)0.3生物(B3)0.2社会服务功能(B4)0.3河流连通指数(C1)0.2岸线自然状况(C2)0.25河岸带宽度指数(C3)0.2违规开发利用水域岸线程度(C4)0.35生态水位满足程度(C5)0.2流量过程变异程度(C6)0.15水质优劣程度(C7)0.25底泥污染状况(C8)0.15水体自净能力(C9)0.25大型底栖无脊椎动物生物完整性指数(C10)0.2鱼类保有指数(C11)0.3水鸟状况(C12)0.2水生植物群落状况(C13)0.3防洪达标率(C14)0.2供水水量保证程度(C15)0.25岸线利用管理指数(C16)0.25公众满意度(C17)0.31.4关键指标内涵说明1.4.1“盆”准则层(1)岸线自然状况。包括河岸稳定性和岸线植被覆盖率两个方面，其中岸线稳定性考虑有岸坡倾角、高度、植被覆盖度、土壤基质、河岸带冲刷情况等因素，岸线植被覆盖率指通过 GIS 分析处理获取岸坡植被覆盖面积与实际面积比值所得。(2)河岸带宽度指数。指评价河长内采用现场勘察或遥感解译方式获取满足河岸带宽度要求的河岸长度比值。1.4.2“水”准则层(1)生态水位满足程度。以年为单位，计算全年最小日均水位满足河流生态水位比值。(2)流量过程变异程度。以水文站实测河流月径流量与天然月径流量的平均差异程度为依据进行分析赋分。(3)水质优劣程度。根据水质监测总磷、总氮、溶解氧值，对比 GB 38382002 规范值，结合河流水质目标计算超标值，采用线性插值进行赋分。1.4.3“生物”准则层(1)大型底栖无脊椎动物生物完整性指数。采用评价河段大型底栖无脊椎动物丰水期和枯水期实际监测值平均值与河流所在地区水生态分区大型底栖无脊椎动物最佳期望值比值进行赋分。(2)水生植物群落状况。评价河段内对相应监测断面，对断面区域水生植物种类、数量、外来物种入侵数量进行统计，根据已有相关资料，进行相应统计赋分。1.4.4“社会服务功能”准则层(1)防洪达标率。采用评价河流涉水建筑物防洪标准达到相应规范要求的比例进行赋分。(2)供水水量保证程度。指评价年(本文中评价年为 2020 年)内河流水文站点检测的逐日水位达到供水保证水位占年内供水总天数的百分比。1.5河流健康分级河流健康分为 5 级。具体分级见表 2。表 2河流健康评价分级表等级类型赋分范围一类河湖非常健康90 100二类河湖健康75 90三类河湖亚健康60 75四类河湖不健康40 60五类河湖劣态0 402塘西河健康评价及结果2.1塘西河基本情况塘西 河 位 于 安 徽 省 合 肥 市，河 道 全 长11.53km，流域面积约 50.0km2，流域内全部为建成区，结合塘西河水文特征、水质状况、水生生物特征、地形地貌特征以及岸线开发利用等情况，分别在塘西河居民聚集区、湿地公园及建设开发区各选取 1 个河段作为评价河段。2.2塘西河数据准备及各项赋分本文原始数据来自安徽省淮河水利科学研究院、安徽大学资源与环境工程学院，经计算拟合得到文本数据，具体赋分标准见表 3。塘西河指标层(C)指标值及相应赋分(C)见表 4。2.3塘西河指标赋分塘西河河流健康指数采用分级指标逐级加权为指标因素赋分，确定塘西河健康等级，其计算公式如下:41标准化与质量监督水利技术监督2023 年第 2 期表 3塘西河各项健康指标赋分表准则层指标层单位赋分制1006040200盆河流纵向连通指数个/100km00.250.511.2岸线自然状况%75502550河岸带宽度指数0.80.70.60.50.5违规开发利用水域岸线程度忧良中差劣水生态水位满足程度%30201055流量过程变异程度0.050.10.31.55水质优劣程度、劣底泥污染状况12355水体自净能力mg/L饱和度90%(7.5)6320生物大型底栖无脊椎动物生物完整性指数1.621.030.310.10鱼类保有指数%1007550250水鸟状况好较好一般较差非常差水生植物群落状况丰富较丰富一般较少无社会服务功能防洪达标率%9590857050供水水量保证程度%95，100 85，95)60，85)20，60)0，20岸线利用管理指数%1007550250公众满意度%95，100 80，95)60，80)30，60)0，30表 4塘西河指标值及赋分表项目指标C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17指标值0.0662.060.82优30.000.0430.728.211.2641.87一般较丰富 91.0910010080指标赋分 99.9989.65 100.00 100.00 100.00 100.00 60.00 100.00 100.00 75.5852.3480.0068.71 100.00 100.00 100.00 80.00B1:盆赋分=0.2 C1+0.25 C2+0.2 C3+0.35 C4(1)B2:水赋分=0.2 C5+0.15 C6+0.25 C7+0.15 C8+0.25 C9(2)B3:生物赋分=0.2 C10+0.3 C11+0.2 C12+0.3 C13(3)B4:社会服务功能赋分=0.2 C14+0.25 C15+0.25 C16+0.3 C8(4)A:河流健康指数=0.2 B1+0.3 B2+0.2 B3+0.3 B4(5)准则层指标综合得分，见表 5。2.4评估结果分析综上，通过对塘西河健康评价，评价 2020 年近期河流健康状况达到“健康”等级。根据评分结果，塘西河“水”准则层得分较低，主要原因是，生物多样性下降，由于近年来区域经济发展，河流陆域、水域均有不同程度开发利用，使得水生生物赖以栖息的生态环境发生改变，影响水生生物的繁衍与增值，如鱼类、水鸟类、大型底栖无脊椎动物、水生植物等数量下降、种群数量萎缩、种质资源退化等现象。表 5塘西河综合得分表指标B1B2B3B4得分97.4190.0567.4394.003结论与对策本文利用层次分析法建立适合塘西河健康评估体系，并对塘西河进行健康评估，最终赋分88.18 分，塘西河为“健康”类型，河流等级为“二类河湖”。针对塘西河健康问题，提出以下对策。(1)盆以水土保持治理为主。(下转第 64 页)512023 年第 2 期水利技术监督信息化有限，工程对河槽形态变化的影响也局限于该区域，主要表现在拟建宜城大桥桥墩靠近赤石河左右岸岸坡，流速变化幅度较小。此外，桥墩阻水，桥墩两侧局部水流发生紊动，可能产生局部淘刷、冲深，但局部冲刷和冲深较弱。综上所述，拟建工程对滩槽变化的影响较小，仅限于墩周范围，工程对所在河道的河势稳定和岸线变化的影响较小。5结语本文为评估拟建复杂跨河桥梁工程对河道的防洪影响，依托宜城大桥工程，运用 Mike 11 一维模型及 Mike 21 二维模型，模拟了赤石河建桥前后河道水流水位、流速及流向的变化。研究结果表明，200 年一遇洪水工况下，最大壅水高度为 0.02m;通过工程前、工程后的水位、流速、流向对比表可看出，该项目在水域内立墩对赤石河的行洪影响较小。宜城大桥建设后，赤石河整体流态平顺，流速变化区域主要局限在桥址附近，而对所在河道整体流速、流态影响不大。因此，在有限资料条件下采用多模型结合运用，可以低成本高精度完成涉河建设项目对河道洪水影响分析计算。参考文献 1魏杰，任大伟，杨伟明，等 超大城市系统化内涝防治规划探索与实践J/OL 给水排水:1-7 2022-07-31 2刘妍，司海燕，杨泽运，等 智慧城市内涝灾害评估体系构建J 测绘工程，2022，31(4):57-66 3朱勍，田敏敏，胡德，等 我国中部地区城市历史水系结构性修复与内涝治理研究:以河南省典型城市为例J/OL 水利学报:1-13 2022-07-31 4吕金燕，沈旭，赵梦阳 基于 SWMM 模型的城市排水能力与内涝风险评估 J 市政技术，2022，40(7):237-241 5王德康，田艳，王教铎，等 中小型城市防涝专项规划编制重点探讨与实践 J 市政技术，2022，40(7):252-258 6李子钰，余嵘，房平 基于 Mike Urban 的城市易涝区分析与优化J 中国资源综合利用，2022，40(3):61-63 7房亚军，于川淇，金鑫 基于 SWMM-CCHE2D 耦合模型的海绵城市内涝管控效果评价J 吉林大学学报(地球科学版)，2022，52(2):582-591 8刘媛媛，刘业森，郑敬伟，等 BP 神经网络和数值模型相结合的城市内涝预测方法研究J 水利学报，2