常州市河流生态用水效率评价研究.docx

1、常州市河流生态用水效率评价研究i番磊1HI何晓静2Ht李勋单3”胡腾腾仙刘飞i寺5波付梁其1146（1常州市金坛区水利规划服务中心江苏常州21320012江苏省水文水资源勘测局常州分局f江苏常州213100P3常州市金坛区水资源管理服务中心6江苏常州213200J4常州市金坛区水利建设管理所1江苏常州21320015江苏远瀚建筑设计有限公司i江苏常州21300016常州市金坛区人力资源服务有限公司0江苏常州213200）摘要：根据河流生态用水的特点R选取影响常州市河流生态用水效率的5个主要因子B建立评价指标体系R确定评价等级与单因素评价标准#应用模糊综合评价的方法对2010年2020年常州市河

2、流生态用水效率进行对比分析A评估常州市近10年来河流生态治理成效并提出改善意见N结果表明常州市的生态水系整治卓有成效K但在河道整治、绿化、污水处理、河道生态景观化上还需加大投入n可为城市生态用水效率评价提供新的思路N关键词：河流j生态用水效率P评价系统j模糊评判常州市StudyontheEcologies.WaterUseEfleiencyofRiverSysteminChangzhouPANLei1,HEXiaojing2,LIXunzhang3,HUTengteng4,LIUFeishi5,FULiangqi1-6(1.JintanDistrictWaterConservancyPlann

3、ingServiceCenterinChangzhouCity,Changzhou213200.Jiangsu,China;2.JiangsuProvinceHydrologyandWaterResourcesInvestigationBureau(ChangzhouSubbureau),Changzhou213100,Jiangsu,China;3.WaterResourcesManagementServiceCenterofJintanDistrictofChangzhouCity,Changzhou213200,Jiangsu,China;4.ChangzhouJintanDistric

4、tWaterConservancyConstructionManagementOffice.Changzhou213200,Jiangsu,China;5.JiangsuYuanhanArchitecturalDesignCo.,Ltd.Changzhou213000,Jiangsu.China;6.ChangzhouJintanDistrictHumanResourceServiceCo.,Ltd.,Changzhou213200,Jiangsu,China)Ab$:rjct:Accordingtothecharacteristicsofriverecologicalwateruse.fiv

5、emainfactorsaffectingtheefficiencyofriverecologicalwateruseinChangzhouareselected,andanevaluationindexsystemisestablished,thentheevaluationgradeandsinglefactorevaluationstandardaredetermined.Onthisbasis,thefuzzycomprehensiveevaluationmethodisappliedtoanalyzetheriverecologicalwateruseefficiencyofChan

6、gzhoufrom2010to2020,andthentheriverecologicalmanagementeffectofChangzhouCityinrecenttenyearsisevaluatedandtheimprovementsuggestionsareputforward.TheresultsshowthattheecologicalwatersystemremediationinChangzhouiseffective,butmoreinvestmentisneededinriverregulation,greening,sewagetreatmentandriverecol

7、ogicallandscapinginthefuture.Theproposedcalculationmodelcanprovideanewideafortheevaluationofurbanecologicalwateruseefficiency.KeyWords:river;ecologicalwateruseefficiency;evaluationsystem;fuzzyevaluation;Changzhou中图分类号：TV2134(253)文献标识码：A文章编号：05599342(2021)070020040引言随着社会经济和城市的快速发展i城市河流面临着严峻的挑战p方面R工业和

8、生活用水量的不断增加n大大减少了城市河流的径流量1水闸和水坝等水利设施导致河流长期干涸口2j此外！工业和生活废水的过量排放s对河流造成了严重污染n破坏了城市生态系统*有的还形成了新的生态环境问题n另一方面*要改善城市的生活条件就必须恢复城市河流的环境健康i满足人们的生态和景观要求E因此*城市河流生态用水的需求量以及生态修复日标的制定至关重要N收稿日期：2021'0309基金项目：水利部水科学与水工程重点实验室开放研究基金项目（丫K914012）!水利部公益性行业科研专项经费项目（201401083'2）作者简介：潘磊Q989）i男i江苏常州人i工程师i从事水利工程和水利规划的工

9、作i何晓静（通讯作者）.大量研究者从水文循环、水环境保护、水资源开发利用等方面给出了城市河流生态用水的定义月最初的定义是由Covich（1993）提出的i认为城市河流生态用水量是确保恢复和维持河流健康生态系统所需的水;随后Gleick"】提出了基本城市河流生态用水的概念框架认为提供一定数量和质量的径流对于维持生态系统健康、保护物种多样性和生态系统完整性非常重要；刘昌明总结了城市河流生态用水的3种定量方法二防止现有生态系统进一步退化的“最小”用水量1基于生态系统水文条件最佳匹配的“合适”用水量j“最大”区域缺水量或气候学定义的区域性缺水量#包括该区域的生态缺水N城市河流生态用水的定义和

10、计算方法以及河流功能的实现不能有效地解决时间目标和恢复标准问题J因此n针对不同的功能日标和标准B需要用城市河流生态用水效率来评估"IJ如对于些城市河流&就水生生境目标而言*当前河流的许多部分己经干涸H水生功能早己不复存在u因此i根据目前的标准*水生生境的生态需水量几乎为0H无法提供科学合理的生态参考值导致水资源短缺与生态环境之间的矛盾口益凸显，基于此本文探讨用模糊综合评判的方法评估城市河流生态用水效率9应用数据包络分析的手段检验评估是否有效i再根据加权平均法得到各指标的总评价值n最终建立一套对于城市生态用水效率评价较为适用的指标体系和评价方法，本研究的具体目标是二确定常州市城

11、市河流生态用水效率的评价指标和标准n提出一种改进的河流生态用水效率计算模型少根据常州市2010年2020年城市河流生态用水效率变化情况j计算该市河流生态用水效率的分类等级将研究结果用于分析常州市河流生态用水状况的合理性彳并提出建设性意见f1材料与方法11城市河流生态用水效率评价指标体系及其评价等级标准城市生态用水主要包括公园湖泊用水、风景观赏河流用水、城市绿化与园林建设用水以及污水稀释用水6f本文选取了河道疏浚频率、透水表面率、植被覆盖率、污水处理率、河道未渠化率等5个指标为评价城市河流生态用水效率的指标！I首先R河道疏浚和底泥处理可以使水系疏通*从而提高河流生态用水效率h本文为了简化指标n用

12、水面率表征河道疏浚频率mi并根据资料查得常州市最优水面率为02叫其次，城市高速发展使不透水的表面积越来越大*造成植被覆盖率不断减小n从而使得“渗透量减少一径流的增加一河流基流的减少”网（影响河流生态用水效率i透水表面率可查阅年鉴获得P再次K河道渠化率的增加导致水体与土壤的物质交换减弱H“四水平衡”无法得到有效满足口°F同样彳污水处理得不到重视i偷排、乱排现象时有发生。也干扰了河流生态系统的平衡n致使城市生态用水的效果不能体现因此i植被覆盖率、污水处理率、河道未渠化率均是本文研究的重点#根据以上选取的指标及其解释彳本文还需对城市河流生态用水效率进行划分i共有5个评价等级f分别对应了生态

13、用水效率的很差（一级）、较差（二级）、普通（三级）、好（四级）、很好（五级）N各指标相对于5个等级的评价标准临界值见表12城市河流生态用水效率的模糊综合评价模型模糊物元评价法是蔡文教授1986年提出的一种评价决策方法S己成功应用于许多工程领域口幻；该方法推理过程严格N计算工作量小1且项目描述机制不受项目特征的限制F能有效地解决大量的问题，适用于各类多指标因子问题的综合评价彳基于这一思想r物元分析包括以下基本步骤：首先n将系统划分为物元（对象）N其次*选择分析或评估因素并定义类别B然后定义每个因素的分类区间R对于每个类。区间的范围称为经典域,而所有类的整个值范围称为分段域H最后。计算每个因素的相

14、关度（每个因素与类别标准的匹配程度）H通过加权平均法等模型积分方法。计算出各类物元的综合关联度P类（包括最大综合相关度）定义了物元属于什么表1常州市-河流生态用水单因索评价标准评价指标水面率Ri透水表面率r2植被覆盖率R3污水处理率R4河道未渠化率Rs-级000004040045000002000000300000020二级004008450550520035033005505020040三级008012506506550450455075075040060四级012016080080055055090090060080五级016020100060100080100样的等级m-W<物元分

15、析法结合事物的特性和价值4建立它们之间的函数关系彳具体公式如下R=MiciX1）式中*R为物元jM为物（本文中表示生态用水效率）1c为物的特征0X为C的价值H对于已经选取的常州市河流生态用水效率表征指标i本文根据各指标的特征值f需要确定出每个指标相对于5个评价等级的模糊隶属度矩阵R即ici&11if*1222i2Cm式中i1（2（模糊物元的量值jm为评价等级个数Rtn为模糊隶属度矩阵jn>?C为第j项特征G=112（ilJ0为第i个事物（i=m）jLj为m=5，n为指标个数in=5J上式中每一行元素指的是指标对5个等级的隶属度i求和为U因此，需将每行元素按下式进行归一化处理i即3

16、)式中in为第i个事物第j项特征对应的模糊量值f即隶属度口3U处理后i可得到常州市城市生态用水效率评价的模糊物元矩阵彳|5|0,、|。21112-21*22On4)也U仙式中iR”n为n个事物m维复合模糊物元J为了判别模糊综合评价是否有效*本文引入数据包络分析方法质i形成-种改进的模糊综合评价#目的是为了在保证评估有效的同时R还可以找出河流生态用水效率较差的原因川从而给出改善的建议和要%求具体的技术路线见图仍2实证分析江苏奢泌苏皆掣'抻律咿象*筱峋您绦经119*08120：12之间i北倚氏江天堑1南与安徽省交界彳东濒太湖与无锡市相连*西与南京、镇江两市接壤口町常州市境内河流纵横交织彳湖

17、塘星罗棋布i著名的有泊沸湖（长荡湖）、涌湖、太湖三大天然湖泊*并有沙河（天目湖）、大溪两大人图1改进的模糊综合评价技术路线脉脉相连比形成江河相通。三湖相连的水系网常州市河流生态用水主要通过换水所得彳根据常州市水利局提供的有关数据斤以及历年统计年鉴及水资源公报£统计得到2010年2020年常州市生态用水效率评价指标值见表2H年份水I出率透水衣1出华«2卒«3巧水处坪毕«4冲迫木采1五竿«520100020870210690102011003085021073014201200406805307601820130040610520800222014

18、005062053083026201500606205308703020160080800380870502017009080054088055201801007805408906020190110790510890652020012080047090070表2常州市.生态用水效率评价指标值以2020年为例计算常州市生态用水效率等级*分别计算出2020年各指标相对于5个等级的用水效率评价的模糊物元矩阵为级二级00016I0|0000一R.058R,50,0级四级五级I001904688mn2020RIR.3761651(5)式中£Rmn2020为2020年的殳台颇物朝另加工水库j贯通

19、全境的京杭大运河更是支流密布2020年对应的各评价指标取值为22Wa：erPowtrVol.47No.7III1R2O2O)=ZW乏俨=乏严)j-1k-1j-1J-1i=li2i56)式中iu<2020)w0i1(表示2020年城市河流生态用水效率的第i个因素相对于第j个评价结果的程度j叭为评价集合由此可得2020年决策单元的第i个指标(因素)对评价集中各种结果大致分布情况普然后根据加权得到指标i的总评价值R2020)为p<2020)=(R(2020iR(2020jjr(2020)T(7)125计算可知。2020年城市河流生态用水效率各指标的基本状态为_358014500r2

20、76;2o)=3692(8)|4361I11116J根据计算结果K2020年各指标的评价值均在35以上i即均高于中等效率，生态用水效果良好；同理可求其他各年度的常州市河流生态用水效率等级1计算结果见表3S表32010年20?0年对应的R3)的取值情况年份水叮率Ki透水衣叩卒k2植彼覆而泻水处埋半«4内迫禾采9A1A1HAQ4ona1氏ma1nAQ2011119348231560344611932012139440004213365613942013160332394112385316032014176133214213402817612015188433214213420118842

21、01624194500267942313000201727754500434042623225201830004385434042973580201932254440403243293921202035804500369243614116引入数据包络分析对模糊综合评价结果进行检验I然后通过ling。线性规划软件i对R。)在决策单元可能集上达到有效的情况进行计算H计算结果见表4其通过常州市的实证研究#对2010年2020年11个决策单元进行对比计算可以得到B2010年、2017年、2018年、2019年、2020年5个决策单元通过了数据包络分析的检验。即这5个决策单元相对于11个同类单元已经是最

22、优单元.希而2011年2016年则还存在上升空间R在某些方面有所欠缺N表！2010年'2020年对应的R的检验情况年份僚验菜柄验身12良检验集检验集借验果计算的取优5旧FDD34104040000044800380517139720121670040800000654232750592013156411870000046822305449201413321087000002821960466120151209108700000109183742422016116100001013013011163420201700000000000000000000000020180000000000

23、00000000000000201900000000000000000000000020200000000000000000000000003讨论与建议1)数学模型计算结果基本符合事实i以2011年为例S常州市在2011年的河道整治、绿化、污水处理、河道生态景观化上确实做得还不到位R需要加大投入#但是*计算结果也表明了常州市的生态水系整治卓有成效耍从2016年开始汁常州市形成了一套水资源安全供给与生态环境保护相协调的水环境保护体系川实现了水功能区水质改善的阶段目标*建成了水质洁净、河道景观优美、城市绿化率高的生态城区J完善了防洪除涝工程体系保障了水系安全N实现了人、水和谐共处N促进了经济社会可

24、持续发展完成了区内水系调整工程R骨干水系拓浚、沟通工作区内配套建筑物工程建设了活水工程、生态河流与景观河道1制定了新北高铁片区活水工程方案、河道建设和管理条例等N(2)根据常州市城市水系管理的客观需求i建议选择水安全、水资源、水环境、水景观、水经济、水文化作为未来城市水系治理的主要研究目标X其中K水安全目标主要针对城市水系的蓄水功能和滞洪功能V水资源目标主要针对城市长期生活和生产活动中所需要的兼具数量要求和质量前提的水的功能J水景观目标主要针对城市水系的土地升值功能和旅游增收功能0水生态目标主要针对城市水系的水质净化功能和大气调节功能水经济目标主要针对水产品功能和水运功能j水文化目标主要针对科

25、学治水方法之外的K由文化治水方法所带来社会、经济进步的功能N4结语本文运用基于模糊综合评判方法的数学模型r对常州市河流生态用水效率进行研究f(下转第38页)2017：17(6):23.3 陈舒阳.对水利信息化建设的一些思考C探索“智慧水利”推动科技创新-2017(第五届)中国水利信息化技术论坛论文集n2017.4 李郁侠(张江滨1汪妮.决策支持系统在水资源领域中的应用JL西北水电12003(1):911.5 罗凤曼？周新志i古钟璧i等.水资源规划智能决策支持系统的结构设计J1.人民黄河i2005(27(8):30_31.6 贺琛，陈禁雄i黄河燕.Web缓存技术综述J.小型微型计算机系统i200

26、4(5):5258.7 翁美珍.Web服务中缓存机制的研究与实现D.北京：北京邮电大学，2014.L8许丽花.内存数据库的关键技术研究J.电脑知识与技术i2011-7(36):9326_9327.9 CARLSONJL.RedisinactionM.Greenwich:ManningPublicationsCo2013.10 白鑫.基于Redis的信息存储优化技术研究与应用D.北京:北方工业大学f2014.11 PAKSULAM.PersistingobjectsinrediskeyvaluedatabaseLDj.UniversityofHelsinki-2010.口2张容周建中肖舸，等.金

27、沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合调度补偿效益分析J.电网技术F2013(37(10):27382744.(责任编辑陈萍)(上接第23页)引入数据包络分析进行结果检验小得到的结论基本符合实际情况'彳此外1本文还从水安全、水资源、水环境、水景观、水经济、水文化等角度提出了改善意见*为未来城市生态用水效率的评价找到新思路、新方法；本文还有许多不足之处f需要进一步研究：1)指标的选取1涉及生态环境的指标i需要指示一个确定的区域上#最近的以及(或)预期的生态或自然质量f这些参数是生态系统自身的特性彳并且至少包含部分生物参数(物种、存在性、组成丰富性、物种数量等)N因此n生态用水效率的指标应该是

28、包括生态系统的方方面面的R未来还需深入研究。进一步完善指标体系f(2)数据包络分析模型的改进：本文所使用的数据包络分析模型虽然对各个决策单元做了很好的比较B找出了最优单元N但不足之处是1在同类单元之中最优并不能说明就是优秀单元彳还需要有参照标准M未来可致力于引入最优单元R修正生产可能集B从而评价每个决策单元是否是优秀单元使城市生态用水效率评价体系更加可靠N参考文献：1 张雪梅.城市河流生态需水研究LDJ.成都：西南交通大学R2005.2 WANGYimin,YANGJie.CHANGJianxia.Developmentofacoupledquantityqualityenvironmentw

29、aterallocationmodelapplyingtheoptimizationsimulationmethodEJj.JournalofCleanerProduction2019(213:944955.3 COVICHAP.WaterandecosystemsMGLEICKPH.WaterincrisisAguidetotheworldsfreshwaterresources.OxfordUniversityPress.NewYcrki1993:40_55.4 GLEICKPH.WaterincrisisPathstosustainablewateruseJ.EcologicalApplic