2013年7月, 水利部、财政部联合印发《全国中小河流治理重点县综合整治和水系连通试点规划》(以下简称《试点规划》)。根据《试点规划》, 农村河道指流域面积为50~200 km²的中小河流。农村河道多属于支流及末端河道, 承担着防洪、排涝、灌溉、景观等多种功能^[1]。多年来由于缺乏有效的治理和管护, 河道环境恶化和功能衰退状况十分严重。《试点规划》在全国选取154个重点县先期开展农村河道综合整治, 拟通过清淤疏浚、护岸护坡、水系沟通、水质净化、生态修复和景观建设等工程措施, 解决水流不畅、水环境恶化和河流功能衰退等突出问题, 逐步实现“河畅、水清、岸绿、景美”等目标。经过几年的治理, 部分项目已建成并投入运行, 工程效益逐步显现。

建立科学的评估体系, 对农村河道治理效果进行生态环境效益评估, 及时发现农村河道整治过程中存在的问题, 可为下一步开展集中连片农村河道综合整治、改善农村人居环境、提高农村河道管护能力等提供经验借鉴。目前, 我国水利建设项目后评价主要针对大型水利工程, 对中小河流特别是农村河道综合整治的生态环境效益评估研究较少, 缺乏相应的评估体系和评估标准。为此, 该研究在总结分析国内外河流评估体系^[2-5]的基础上, 结合农村河道特点、存在问题, 根据治理目标和措施, 参考目前常用的评估方法和已有标准^[6-7], 构建了农村河道综合整治生态环境效益评估体系。

1 评估框架概述

根据农村河道的功能和特点, 结合《试点规划》, 将农村河道综合整治生态环境效益评估体系构建为状态-响应-效益(SRB)模式, 其中状态系统描述农村河道存在的主要环境问题, 响应系统描述采取的治理工程措施, 效益系统描述工程措施产生的生态环境效益(图 1)。由于农村河道治理是在满足防洪安全基本功能的基础上恢复河道的生态功能和景观功能, 因此该研究不考虑防洪排涝指标。

按照层次分析方法, 将生态环境效益评估体系归纳为目标层、准则层和指标层(图 2~3)。

生态环境效益综合评估结果为目标层, 表征农村河道治理的生态环境效益。准则层是状态、响应和效益的概括、量化和具体化, 如状态系统中的河道淤塞严重和效益系统中的水流畅通通过河道连通性和水质状况2个指标表现和量化, 响应系统中的护坡护岸工程实现的目标通过河岸带状况和河道景观2个指标概括和具体化。指标层由可直接度量的指标构成, 是生态环境效益评估体系最基本的层面。

2 评估体系构建 2.1 评估模型

根据构建的评估体系, 对项目区治理前后的生态环境状况分别进行评估, 进而分析工程实施后的生态环境效益, 评估模型为

$ E = {E_{\rm{B}}} - {E_{\rm{S}}}, $

(1)

$ {E_{\rm{B}}} = \sum\limits_{i = 1}^m {{\lambda _{i, 效益}}} \sum\limits_{j = 1}^n {{\lambda _{j, 效益}}} {M_{ij, 效益}}, $

(2)

$ {E_{\rm{S}}} = \sum\limits_{i = 1}^m {{\lambda _{i, 状态}}} \sum\limits_{j = 1}^n {{\lambda _{j, 状态}}} {M_{ij, 状态}}。$

(3)

式(1)~(3)中, E为生态环境效益改善分值; E_S、E_B分别为治理前、治理后生态环境状况评估得分; λ_i，效益、λ_i，状态分别为效益系统、状态系统第i个准则层的权重; m为准则层指标数; λ_j，效益、λ_j，状态分别为效益系统、状态系统某准则层选取的第j个指标在该准则层所占权重; n为指标层指标数; M_ij，效益、M_ij，状态分别为效益系统、状态系统第i个准则层中选取的第j个指标的评分值。对评估体系中确定的各项指标进行赋分, 采用层次分析法将工程实施后和工程实施前的赋分结果逐级加权, 分别计算治理后和治理前生态环境状况评估得分E_B、E_S, 两者之间的差值E则为生态环境效益改善分值, 表示工程实施后取得的生态环境效益。

2.2 评估指标

评估指标的确定是进行生态环境效益评估的核心, 是得到合理有效的评估结果的重要基础。陈平等^[8]从河道功能、河道稳定、生物量、水质、水量和管理6个方面, 选择边坡稳定性、耗氧量和管理措施等14个指标, 建立了南方生态河道评指标体系。宋晓兰等^[9]建立了具有河流水文、河流形态、河岸带状况、水质、河流生物5个一级指标以及河岸稳定性、河流护岸形式、溶解氧等16个二级指标的河道健康评价指标体系, 并对江阴市境内4条治理河道进行了评估。冯彦等^[10]通过对大量文献的研究, 指出河岸植被覆盖率、河流连通性、湿地保留率、径流量变化率、水质达标率、鱼类生物完整性指数、水资源利用率和流域天然植被覆盖率8项指标可作为河流健康的主要评价指标。笔者根据构建的评估体系和不同工程措施治理效果的最终表现形式, 借鉴以往研究成果, 从河道连通性、河岸带状况、水质状况、水生生物、河道景观及管理状况6个方面, 筛选了18个评估指标(表 1)。

评估指标既充分体现了治理工程的生态环境效益, 同时也考虑了现有监测技术水平以及数据易获取性等因素, 选取指标具有一定的代表性和可操作性。

(1) 河道连通性

河道连通性表征河流的连通程度, 反映了河流系统内的生态元素在空间结构上的联系^[11], 是衡量河道连通和水流畅通性的重要依据。选用每5 km断头数量、淤积体或堆积物占河道断面比例这2个指标进行评估。

(2) 河岸带状况

岸坡处于水体与岸带交界线以上区域, 将陆生和水生生态系统紧密地联系起来, 是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的重要过渡带。笔者选用岸坡稳定性、植被结构完整性、植被覆盖度、河道护岸类型和河岸弯曲度来反映河岸带综合状况。植被结构完整性主要指河岸带中乔木层、灌木层和草本层的覆盖度。植被覆盖率指河岸带植被(包括草地、林地、灌丛)面积与河岸带总面积的比值, 表征河流水陆交界处的植被覆盖状况。河道护岸类型从河流生态系统的建设和景观建设方面衡量河道生态环境状况。

(3) 水质状况

按照《水污染防治行动计划》和GB/T 18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》对水生态环境安全的要求, 根据国务院发布的《最严格水资源管理制度考核办法》和住房城乡建设部、环境保护部发布的《城市黑臭水体整治工作指南》, 一般选取化学需氧量(或高锰酸盐指数)、氨氮等指标对水质状况进行评估考核。鉴于目前农村河道规模较小, 基本未开展常规水质监测的实际情况, 笔者暂选用感官指标中的色、嗅和水面清洁程度以及氨氮、外来物种及其覆盖面积作为水质状况的评估指标, 随着监测工作的进一步开展, 可加入更多定量的指标进行评估。

(4) 水生生物

水生生物是河流生态系统中最富有生命特征的群落, 是河流生态系统的重要组成部分。笔者选取鱼类生物损失指数和挺水植物覆盖度来评价河道水生生物状况。鱼类生物损失指数反映河流生态系统中顶级物种受损失状况, 挺水植物覆盖度反映水质状况的优劣程度。

(5) 河道景观

河流具有显著的景观功能。河道整洁是河道景观的基本要求, 亲水、休闲设施的修建可给人们提供亲近自然、感受自然的休闲空间, 实现人与自然和谐相处。笔者选用河道整洁程度和亲水景观设施完善程度进行评估。

(6) 管理状况

针对农村河道目前存在的管护主体不明确、管护责任不明晰、考核制度不健全等问题, 研究选取管护制度、考核制度、管理标识、管护经费为评估指标, 用于反映上述问题是否得到有效解决。

综上, 生态环境效益评估指标体系为目标层、准则层和指标层3级体系, 共计18个评估指标。根据各指标状态的优劣, 分为0~20、＞20~40、＞40~60、＞60~80、＞80~100这5个评分等级(表 2)。

2.3 指标权重

为了尽量减小指标权重确定时的主观随意性, 提高权重的客观性和准确性, 研究采用专家咨询和公众打分相结合的方式进行权重赋值, 分别向水利、生态、环保等不同行业的专家和公众发放权重赋分表, 每类人群20~30份。根据大多数人(80%以上)意见确定最终的判断矩阵指标分值。在此基础上通过层次分析法建立模糊层次综合评判模型, 按层次结构关系进行判别比较, 分别构造判断矩阵, 通过计算和一致性检验, 得出准则层各指标的权重(表 3)。采用五级定量法给判断矩阵指标赋值^[14], 分为一般、较重要、重要、非常重要、极为重要5个级别, 相应赋值为1、2、3、4、5, 相反则相应为上述数值的倒数, 即1、1/2、1/3、1/4、1/5。

用判断矩阵计算权重向量, 其中每一行的连乘积$ {M_i} = \prod\limits_{j = 1}^k {{a_{ij}}} $(a_ij为矩阵元素); $ {\bar W_i} = \sqrt[k]{{{M_i}}} $, 将W=(W₁, W₂, …, W_i)归一化, 即令$ {W_i} = {\bar W_i}/\overline {\sum {{W_i}} } $, 则得权重向量W=(W₁, W₂, …, W_i)。

求出权重后, 对判断矩阵进行一致性检查:首先计算判断矩阵的最大特征值λ_max, 然后计算一致性指标(CI，I_C)：I_C=(λ_max-m)/(m-1)，一致性比率(CR，R_C)：R_C=I_C/I_R, 其中I_R为平均随机一致性指标RI。

根据Gersgorin圆盘定理确定矩阵的所有特征值的上、下界。设判断矩阵A=(a_ij)_m×n, 则A的每个特征值必属于下属某个圆盘之中:|λ-a_ii|≤$ \mathop {\sum\limits_{j = 1}^n {} }\limits_{j \ne i} \left| {{a_{ij}}} \right| $(i=1, 2, …, n)。

通过计算判断矩阵特征值是否在[0, 10.5]区间。利用Excel工具中的"单变量求解命令", 计算得到判断矩阵的λ_max为6.46。当矩阵阶数m=6时, 查χ²分布表可知RI值为2.204, 认为当CR值＜0.1时, 符合一致性要求。根据一致性指数计算公式计算得到工程判断矩阵的CI值为0.09, CR值为0.04, ＜0.1, 表明判断矩阵符合一致性检验。

根据指标在生态环境效益中的重要程度确定各指标层权重(表 4)。

2.4 评估分级

水利部水资源司河湖健康评估全国技术工作组^[6]、毛雪慧等^[15]、罗莎等^[16]将河湖健康分为理想(分值＞80~100)、健康(分值＞60~80)、亚健康(分值>40~60)、不健康(分值＞20~40)和病态(分值0~20)5级。通过对全国河流状况的评价, 河流健康指数基本不会出现0或100分的极值情况。参照上述河流健康评估实际, 研究确定农村河道生态环境状况评价最大分值为95分, 最小分值为5分, 则生态环境效益改善的分值范围为0~90分, 均值为45分。在对农村河道综合整治生态环境效益等级划分上, 根据河道状况, 最终将生态环境效益改善分值划分成3级, 即:优, 生态环境效益较大, 改善分值＞45;良, 生态环境效益中等, 改善分值为35~45;一般, 生态环境效益较小, 改善分值＜35。

笔者将该评价体系在10条实施综合整治的农村河道进行了应用^[17]。通过分析评估, 3条河流生态环境效益改善分值大于45分, 4条河流生态环境效益改善分值为35~45分, 3条河流生态环境效益改善分值小于35分, 评估结果与实际治理情况和治理效果基本相符。

3 结语

(1) 农村河道综合整治生态环境效益评估是一个新的领域, 目前相关研究较少。笔者根据农村河道特点, 结合河道的治理目标及治理措施, 构建了评估体系, 建立了评估模型, 确定了评估指标、评估标准、指标权重和评估分级, 实际应用效果较好。

(2) 虽然笔者查阅了国内外相关文献和相关标准, 但随着生态理念的提升, 部分评估标准不够科学和精准, 有待于进一步深入研究。

(3) 随着经济社会的发展, 广大人民群众对农村河道治理的愿望十分迫切, 国家对治理工作也高度重视。下一步将对评估体系进行规范化、标准化研究, 用于开展全国范围内农村河道治理的生态环境效益评估工作。