生态系统干扰评价：河流生态系统的状况判定及治理的依据

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：河流生态系统受制于众多因素影响，大体可分为两类：自然变动和人类活动。河流生态系统干扰评价就是对由自然因素和人类活动所引起的河流生态系统的破坏和退化程度进行判断，以便为治理措施的实施提供依据。从河流生态系统的结构、功能以及能量和物质循环的角度对河流状况进行界定，对河流生态系统结构和功能的整体状况进行评判，这种思路是评估河流生态系统状态的有效方法。

河流生态系统受制于众多因素影响，大体可分为两类：自然变动和人类活动。前者是指自然界的环境因子如温度、光周期、光强、流速、营养、溶解氧等季节性、周期性、随机性的变化。第二类则强调人类活动对河流健康状况的影响，包括物理、生物、化学等方面的影响，比如：工业废水和生活污水、改变河流结构的物理重建措施、外来物种入侵以及水资源的不合理开发利用等，这些因素都在一定程度上影响河流生态系统的结构和功能（吴阿娜，2005）。

河流生态系统干扰评价就是对由自然因素和人类活动所引起的河流生态系统的破坏和退化程度进行判断，以便为治理措施的实施提供依据。从河流生态系统的结构、功能以及能量和物质循环的角度对河流状况进行界定，对河流生态系统结构和功能的整体状况进行评判，这种思路是评估河流生态系统状态的有效方法（辛宏杰，2011）。

1.河流生态状况的表征

近年来国内外对河流生态状况的表征开展广泛研究，一般通过6类指标表征河流生态状况：水质理化参数、河流生物指标、河流形态结构、河流水文特征、河岸带状况、河流社会服务功能（吴阿娜，2005）。

水质理化参数：能简单、直观反映河流生态系统状况，主要包括：营养物质和污染物的含量、浑浊度、pH值、水温等参数。

河流生物指标：该指标能否直接反应河流生态状况，常用的包括浮游生物、底栖大型无脊椎动物和鱼类等。生物完整性指数（IBI），是当前广泛使用的河流状况评估方法。

河流形态结构：河流地貌过程决定河流形态，进而决定河流生物的生态环境结构，而河流的生态环境结构是生物健康的基础，主要包括河流蜿蜒度、宽深比、水面坡降、河床材料、宽窄率等。

河流水文特征：水文特征作为河流健康研究的基础内容，直接影响河流生态系统健康发展。筑坝、水电站、城市化等建设对河流的水文（流速、流量、洪水频率及洪水量）造成了不可忽视的影响，进而河流的水文特征对于河流洪泛区、河流形态、生物群落组成、河岸植被以及河流水质等造成影响。

河岸带状况：河岸边带具有削减面源污染、提供野生动、植物生态环境、改善河流生态环境以及为人类提供休闲娱乐场所等诸多功能。因此河岸带的健康发展对河流正常功能的发挥具有重要作用。

河流社会服务功能：在河流状况评估中应包括为社会兴利的标准，这是其不可或缺的一部分。在“可持续利用的健康河流”理论框架下，统筹合理开发利用水资源与河流生态保护之间的利益，河流要为供水、灌溉、发电、航运、旅游等目标服务。

2.评价方法

由于河流系统的复杂性以及河流状况指标多且大多无法量化，导致河流状况评价有很大的不确定性。而物元分析理论常常用于研究不相容的问题，适用于多指标评价问题，它试图把人们解决问题的过程形式化，从而建立起相应的物元模型（辛宏杰，2011）。本研究以物元分析为基础，再嵌入模糊集以及贴近度的概念，从而引入熵值法，比较评价值与标准值之间的差别之后，就能得到客观而全面的评价结果。

（1）模糊物元模型。模糊物元及复合模糊物元、从优隶属度模糊物元、标准模糊物元与差平方复合模糊物元这三部分构成了模糊物元模型。（张先起，2005；辛宏杰，2011）。

模糊物元及复合模糊物元的分析所描述的事物M及其特征C和量值x构成物元：R=（M，C，x），物元的三要素即为事物的名称、特征量值。若其中量值x有模糊性，则被称为模糊物元。事物M有n个特征C1，C2，…，Cn，同时其量值为x1，x2，…，xn，其为n维模糊物元。m个事物的n维物元则组成了m个事物的n维复合模糊物元Rmn：

式中　Rmn——m个事物的n个模糊特征的复合物元；

　　　Mi——第i个事物（i=1，2，…m）；

　　　Cj——第j个特征（j=1，2，…n）；

　　　xij——第i个事物第j个特征相应的模糊量值。

从优隶属度模糊物元。各单项指标相应的模糊值从属于标准方案各对应评价指标相应的模糊量值隶属程度，称为从优隶属度。各评价指标特征值对于方案评价来说，有的是越大越优，有的是越小越优（拓光学，2012）。因此，不同的从优隶属度有不同的计算公式。以下公式能够充分反映不同水质评价指标的相对性。

式中　 μij——从优隶属度；

　　　max（xij）、min（xij）——每一方案里面各评价指标中的最大、最小值。

由此构建出从优隶属度模糊物元Rmn：

对于标准模糊物元与差平方复合模糊物元来说。R0n（标准模糊物元）意指从优隶属度模糊物元Rmn中每一个评价指标所对应的从优隶属度的最佳值。如果标准模糊物元R0n与复合从优隶属度模糊物元Rmn中各项差值的平方为Δij=（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），差平方复合模糊物元为RΔ，Δij=（μ0j-μij）2即为：

（2）熵值法确定权重系数。在信息论中熵值反映了信息无序化程度，其值越小系统无序度越小，因此可用信息熵评价所获系统信息的有序度及其效用，即由评价指标值构成的判断矩阵来确定指标权重，它能尽量消除各指标权重计算的人为干扰，使评价结果更符合实际（辛宏杰，2011）。其计算步骤如下：

第一步：构建m个事物n个评价指标的判断矩阵R=（xij）mn（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）。

第二步：归一化处理判断矩阵R=（xij）mn，归一化后的判断矩阵B

式中　xmin、xmax——同指标下不同事物中最满意者或最不满意者。

第三步：通过m个不同的评价事物和n个不同的评价指标，确定评价指标的熵：

修正ln fij为：

第四步：计算评价指标的熵权W：

（3）贴近度与综合评价。贴近度为被评价样品与标准样品之间的相近度，值越大则越接近，值越小则越接远，可以根据其大小来确定方案的优劣。本书以欧氏贴近度ρHi为评价标准，从而构建贴近度复合模糊物元RρH如下：

生态系统干扰评价：河流生态系统的状况判定及治理的依据

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