辽河中下游柳河口至盘山闸段河流地貌生境评价.doc

辽河中下游柳河口至盘山闸段河流地貌生境评价摘要：健康的河流生态系统已经成为公认的河流管理目标，而地貌生境是影响河流生态系统的重要因素。从河流地貌角度，提出了包括河道横向形态多样性、纵向蜿蜒性、铅直向渗透性、河道稳定性及河岸带状况五大要素构成的指标体系及“较好、好、一般、差、极差”五级评价标准，建立了模糊层次综合评价模型。并对辽河中下游柳河口至盘山闸段进行地貌评价，判断其地貌现状及限制因子，为辽河该地区保护、修复与管理提供了决策依据。关键词：模糊层次综合评价；隶属函数；辽河中图分类号：TV147 文献标识码：A 文章编号： Evaluation of River Landscape Habitat for the middle and lower Liao RiverAbstract:Healthy river ecosystem has become a recognized goal of river management，landscape habitat is an important factor in river ecosystem,this paper proposed an index system including morphological diversity of the river landscape, meandering vertical, vertical to the permeability, channel stability and riparian condition, evaluation criteria contained very good, good, fair, poor and very poor, which established comprehensive evaluation model of the fuzzy level.From Liu Hekou to Pan Shanzha belonged to Liao He is evaluated for landscape, which can determine the status of topography and the limiting factor , provided a decision making for the future protection, restoration and management.Keywords: Evaluation levels of fuzzy comprehensive; Membership function; Liao River1 引言随着社会的迅猛发展，人类不合理的社会经济活动严重干扰了河流生态系统，河流健康问题引起广泛的重视，河流的健康评价成为当前河流管理领域的研究热点，而河流地貌是影响河流健康的主要因素之一。作为我国七大江河之一的辽河，近年来，深受过度开发之苦，资源破坏严重，生态用水缺乏，生态环境恶化，河道的水文情势，水质质量、地貌形态以及蓄泄能力，已经或正在发生许多新的变化。本论文通过对辽河柳河口至盘山闸河段系统的地貌生境评价，研究结果对于促进辽河生态系统和生物物种的保护具有积极的意义，为辽河日后的规划、管理以及综合整治提供决策依据，根据评价结果可对辽河生态系统的地貌现状采取相应保护和修复，促进流域生态环境和经济社会全面协调与可持续发展。早在20世纪80年代，河流健康问题就受到了国外众多学者的关注。1989年美国俄亥俄州环保署建立了定性生境评价指数（qualitative habitat evaluation index，QHEI）来评价河流生物栖息地的物理环境性质，从地貌角度选取了底层类型、河道弯曲程度、滨岸带宽度、冲积平原质量、深潭的最大深度等多个指标 1。1994年Simpson和Norris针对澳大利亚河流自身特点利用AUSRIVAS (Australian River Assessment system)预测模型的方法对当地河流健康状况进行了综合评价2，但该方法仅考虑了大型无脊椎动物，未能将水质及地貌生境退化与生物条件相联系。1999年Ladson在建立ISC ( Index of Stream Condition)指标体系时，构建了基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5个方面的多个指标，采用加权的方法对河流的健康状况给予评价，将河流状态的主要表征因子融合在一起，但缺乏对单个指标相应变化的反映，参考河段的选择较为主观3。国内在近年来才逐渐从河流健康视角关注河流生态系统，在河流健康评价指标体系、河流健康状况评价方法等方面开展了一系列的工作，采用多指标综合评价的方法居多。2006年林木隆等人借鉴前人经验，考虑珠江的实际特点，从河流形态结构、水环境状况、河流水生物、服务功能和监测水平五个方面选取了20个指标对珠江流域的健康情况进行评价4，未将地貌生境作为主要影响因素考虑。2007年郑江丽等人通过建立河流健康模糊层次综合评价模型，对长江流域的总体健康状况进行了评价，从河流自然形态、防洪能力、水资源开发利用和生态环境状况四个方面选取了19个指标，通过参见其他河流的评价标准并结合长江实际情况自行拟定了评价标准5，在河流自然形态方面考虑了河床稳定性、河岸稳定性、湿地保留率等因素。2008年胡春宏等人对黄河下游的健康状况进行了评价探讨，采用层次分析的方法确定指标权重建立模糊综合评价模型，从河道(包括河床、河岸)、水流、泥沙三个角度出发，选取了河型稳定性指数、宽深比指数、平滩流量满足率、纵横比降比率、最小环境需水量满足率、水沙搭配指数、河道冲淤指数、水流输沙能力变化率8个指标对黄河下游河道进行了综合评价6。2008年马铁民以辽河生态现状为依据，从辽河流域、河流廊道、栖息地3个尺度确定了17个评价指标建立评价指标体系，采用熵权法和集对分析不确定性理论，将流域分为病态、不健康、亚健康、健康4个健康等级进而对辽河流域健康情况进行评价分析7。整个河流生态系统是一个复杂而繁重的大尺度，研究表明，河流地貌特征与生物群落的多样性存在着线性关系8，影响着生物群落的结构和功能，因此本文单纯从河流地貌角度建立多指标地貌生境评价体系，研究方向明确、针对性强，评价结果更具说服力。评价体系和评价方法对其他学者在评价河流地貌生境状态时提供一种借鉴参考。2 评价方法与模型河流地貌是景观格局的重要组成部分，水流常年对地面物质产生的侵蚀作用以及泥沙输移和淤积作用，引起岸坡冲刷、河流淤积、河流的侧向调整以及河势变化。在河流廊道尺度的景观格局中，研究河流地貌各种成份的空间配置及其复杂性对于河流的健康发展具有重要意义。良好的河流地貌景观格局是河流与洪泛滩区、湖泊、水塘等保持良好连通性的保障，为物质流、能量流和信息流的畅通提供了物理保障。2.1 评价指标体系根据国内外河流健康评价体系中评价地貌生境采用的指标，结合研究河段自身特点，构建了包涵目标层、准则层和指标层的多层地貌评价指标体系，其中目标层代表地貌综合评价指数，反映了河流地貌生境情况；准则层选取了河流地貌的五个约束因子，即河道横向形态多样性、纵向蜿蜒性、铅直向渗透性、河道稳定性及河岸带状况，河道横向形态的多样性形成了深潭与浅滩交错的形势，不同的地形条件为不同的水生动植物提供了生存空间和觅食场所；河流的蜿蜒性使得河流形成主流、支流、急流和缓流等丰富多样的生境，流速的不同造就了不同的生境条件，形成丰富多样的生物群落；具有透水性能的河床材料，适于水生和湿生植物以及微生物生存，不同粒径卵石的自然组合，又为鱼类产卵提供了场所，透水的河床又是联结地表水和地下水的通道，使淡水系统形成一个完整的整体9；稳定的河道有助于河流的发育及地形的塑造，是河流的重要特征；而河岸带是联结河流与陆地的重要纽带，存在着能量流和物质流等多种循环，是生物生存和发育的主要场所；指标层包涵8个指标，每个指标均遵循代表性、可行性及独立性的原则选取，具体指标体系见表2-1。表2-1 地貌综合评价指标体系Table 2-1 Comprehensive evaluation index system of landscape目标层准则层指标层计算方法地貌综合评价指数河道横向形态多样性深潭、浅滩、边滩指数深潭、浅滩和边滩面积与主河槽面积的比值沼泽、牛轭湖、江心洲面积指数沼泽、牛轭湖和江心洲面积与主河槽面积的比值河道纵向蜿蜒性蜿蜒度系数河流中线两点间的实际长度与其直线距离的比值河道铅直向渗透性底质组成定性分析河道稳定性河床纵向稳定性稳定河床河段与总河段的比值河岸横向稳定性稳定河岸河段与总河段的比值河岸带状况河漫滩指数河漫滩平均宽度植被覆盖率河道两侧植被覆盖面积与主河槽面积的比值2.2 评级标准评价标准会直接影响评价结果的合理性，目前，对河流地貌生境评价尚无明确的统一标准。对于不同区域、不同规模、不同类型的河流，在其生态演替的不同阶段，面对不同人群的社会期望，评价标准都不一样。本人通过归纳前人研究结果，并根据辽河自身特点将地貌评价标准分为“较好、好、一般、差、极差”5个级别，具体标准见表2-2。表2-2 河流地貌生境评价等级标准Table 2-2 Evaluation criteria of river landscape habitat指标 等级较好（级）好（级）一般（级）差（级）极差（级）深潭、浅滩、边滩指数40%30%40%20%30%10%20%25%20%25%15%20%10%15%90%70%90%50%70%30%50%90%70%90%50%70%30%50%50m4050m3040m2030m90%70%90%50%70%30%50%30%底质组成河床材料由透水性较强的卵石、砾石等材料构成，不同粒径卵石自然组合，河床完全是自然的，与河床物质相接触的可能性未受到扰动。河床材料绝大部分由透水性较强的卵石、砾石等材料构成，其颗粒大小和组成基本自然，河床与河底接触有少量人为干扰，如简单的铺设块石河床材料具有一定透水性，其颗粒大小和组成基本自然，河床与河底接触有部分人为干扰河床材料透水性差，由于人为影响造成河底物质单一，其颗粒大小和组成基本一致，与河底母质由于浆砌石等惰性材料的存在接触大大减小河床材料无透水性，由钢筋混凝土、沥青、浆砌石、管道等光滑的惰性材料铺设的河底平滑、单一、无形态差别，与河底母质物接触的可能性为零2.3 评价程序与模型河流地貌生境状况是一个动态性的相对概念，采用模糊综合评判具有明显的优势。近年来，层次分析法作为一种确定指标权重的方法，在许多领域得到了应用，由于地貌综合评价指标体系是一个多因素、多层次的结构体系，为克服指标权重确定的主观性，提高评价的精准性和简便性，选取层次分析法确定权重，建立模糊层次综合评判模型，评价程序与建立模型步骤如下：(1)建立评价指标集。，分别代表河道横向形态多样性、河道纵向蜿蜒性、河道铅直向渗透性、河道稳定性和河岸带状况5大类各评价指标的集合，n代表各指标数目。(2)建立备择集。，分别代表n个具体评价指标的“极好、好、一般、差、极差”5种标准。(3)指标权重的确定。用层次分析法确定各个准则层和指标层的权重，即(4)建立模糊关系矩阵。由隶属函数得到评价指标隶属于备择集中第k个元素的隶属度。对一类指标来说，各分项指标对各评价等级的隶属度就构成了1个矩阵，称之为第i类指标的一级模糊关系矩阵。(5)一级模糊评价。对5个准则层分别进行一级模糊综合评价，得出一级模糊评价集，即(6)二级模糊评价。由一级评价结果构造二级评价矩阵R，即，可得二级综合评价集合B，。根据最大隶属度原则，将B中隶属度最大的值所对应的等级类别作为地貌状况的综合评价结果。2.4 隶属函数的确定应用模糊数学方法的关键在于建立符合实际的隶属函数，隶属度函数的确定过程，本质上说应该是客观的，但由于不同的人对同一个模糊概念的理解有所差异，因此，隶属函数的确定又带有一定的主观性。隶属函数的确立目前还没有一套成熟有效的方法，没有统一的标准，对于同一个模糊概念，不同的人会建立不完全相同的隶属度函数，尽管形式不完全相同，只要能反映同一模糊概念，在解决和处理实际模糊信息的问题中仍然殊途同归10。，本文采用的隶属函数为正余弦函数曲线分布形态，评价指标均为越大越优型，则评价值对第级（k=1）的隶属函数为： (1)隶属于、级（k=2,3,4）的隶属函数为： (2)隶属于级（k=5）的隶属函数为： (3)3 辽河中下游柳河口至盘山闸河段地貌生境评价3.1 河段基本情况辽河中下游柳河口至盘山闸河段总长171km，河宽90 455m，流域控制面积达7381km2，论文所用数据部分由实地调查得到，部分由2005年的1:10000比例尺的数字化地形图、航拍影像图测得，具体数据见表3-1、3-2。表3-1 地形图中测得数据Table 3-1 Data measured by topographic map项目单位数据项目单位数据深潭面积m2936861江心洲面积m2920822浅滩面积m2835385主河槽面积m213589401边滩面积m21435938河漫滩平均宽度m354沼泽面积m22741985植被覆盖率m27338276牛轭湖m274584蜿蜒度系数1.56表3-2 实地调查情况Table 3-2 Field survey调查项目调查结果底质组成大部分河床材料由卵石、砾石等材料构成，颗粒大小和组成接近自然状态，只有极少河段存在人为干扰河床纵向稳定性部分河道淤积严重，并存在一定程度的萎缩，根据实际调查及观测约有河段总长43%的河段河床稳定性相对较好，其他河段存在河床不稳定的迹象河岸横向稳定性部分河段侵蚀较为严重，根据实际调查约有河段总长56%的河段河岸稳定性相对较好，其他河段存在河岸不稳定的迹象依据实测数据，得出指标层具体数值，计算结果见表3-3。表3-3 指标层数据Table 3-3 Data of index layer指标层数据指标层数据深潭、浅滩、边滩指数23.6%河岸横向稳定性56%沼泽、牛轭湖、江心洲面积指数27.5%河漫滩指数354蜿蜒度系数1.56植被覆盖率54%河床纵向稳定性43%3.2 确定评价体系及权重利用层次分析法，两两比较各指标的重要程度，经过层次排序及一致性检验，得出指标层和准则层所占权重，如表3-4所示。 表3-4 地貌综合评级指标体系及其权重Table 3-4 Landform assessment indicator system and relevant weight目标层准则层权重指标层权重总权重地貌综合评价指数数河道横向形态多样性0.262深潭浅滩边滩指数0.60.157沼泽牛轭湖江心洲面积指数0.40.105河道纵向蜿蜒性0.123蜿蜒度系数10.123河道铅直向渗透性0.121底质组成10.121河道稳定性0.25河床稳定性0.60.15河岸稳定性0.40.10河岸带状况0.244河漫滩指数0.50.122植被覆盖率0.50.1223.3 评价结果由于准则层河道纵向稳定性和河道铅直向渗透性的指标层都仅含有一个指标，根据评价标准判断，其分别处于“一般”和“好”的状态，利用隶属函数，可得准则层河道横向形态多样性、河道稳定性、河岸带状况的隶属函数及一级模糊关系矩阵，如下：根据最大隶属度原则，得到一级评价结果，利用同样方法可算出二级评价结果，最终结果见表3-5。表3-5 评价结果Table 3-5 The result准则层评价结果目标层评价结果河道横向形态多样性好地貌综合评价指数一般河道纵向蜿蜒性一般河道铅直向渗透性好河道稳定性差河岸带状况一般3.4 结果分析从评价结果看，辽河中下游柳河口至盘山闸河段地貌生境状况一般，在河道横向地形多样性和铅直向渗透性方面状态良好，河道表现出浅滩深潭交错排布，沼泽地、牛轭湖、江心洲等不同地貌形态分散存在，河道实际地貌为水生生物提供了适宜的的觅食和生存空间，良好的河床透水性为地表水和地下水的输移提供了天然屏介，为水生动物及微生物提供了生境良好的栖息地环境。河道两侧的河岸带情况一般，虽然河漫滩宽度较宽，但近年来的乱砍乱伐使得河道两岸植被覆盖率偏低，尤其河道纵向的蜿蜒性和河道稳定性方面不容乐观，需采取必要的工程措施和非工程措施进行整治，使河道在保障防洪的条件下，尽量恢复到自然原始状态。4 结论河流生态系统健康是一个生态价值与人类价值相统一的整合性的概念，而河流地貌的生境状况是整个生态系统中不容忽视的一个重要部分，在评价体系的建立和评价标准的制定方面仍属于起步并不断发展的阶段，有待于逐步探讨。本文鉴于评价标准的动态性与相对性的特征，采用定性分析与定量评判相结合的模糊层次综合分析，实现对河流地貌生境的评价，具有简便、全面、综合、操作性和针对性强等特征，本文在此方面作了有益的探索，并将评价模型运用于辽河河道的实证研究中，结果表明辽河中下游柳河口至盘山闸段地貌生境状况一般，河流生态系统遭到了一定的破坏，有关部门急需在河道纵向的蜿蜒性和河道的稳定性方面做出必要整治。参考文献：1Rankin ET.1989.The qualitative habita