河流是地球上水分循环的主要介质之一，对生态系统的物质、能量传递与输送起着重要作用^[1]。长期以来，人类对河流的不合理开发利用导致河岸带水土流失现象不断加剧，河流自然特性逐渐减少，使其自我恢复能力减弱、生物多样性遭到破坏^[2]。水土流失直接导致河流淤积现象加重，河床增高，行洪空间萎缩，对区域内生产力、行洪安全造成不利影响^[3]。近年来，“河流近自然治理”的理念应运而生，而对河流现状进行评价，对河流生态系统的近自然恢复和保护有着重要的指导作用^[4]。

河流自然性评价的发展进程包括水质指标评价、生物指标评价、生物栖息地质量评价、整体生态指标评价4个阶段^[5]。河流生态系统是一个复杂、开放、动态、非平衡和非线性的系统^[6], 具有特征多样化的特点，要对其进行评价，需对其生态系统的结构、功能以及人类价值观进行综合考虑。“河流近自然评价体系”兼顾河流的自然属性和社会服务属性，在以物理、化学参数为基础的传统河流健康评价体系中增加河流对人类社会服务功能的评价内容，通过水文要素、形态特征、水质情况、河岸带功能和景观娱乐功能5个评价准则构建评价指标体系^[1]，这在一定程度上降低了传统河流健康评价方法呈现出的局限性^[4]。

常见的综合评价方法包括层次分析法^[7-8]、灰色关联分析法等^[9-10]。其中，层次分析法将与决策相关的元素分解成目标、准则、指标等层次，并在此基础上进行决策分析，具有系统、灵活、简洁的优点^[11]；而灰色关联分析法是一种定量化比较分析的方法，根据数列的可比性和相似性，分析系统内部因素间的相关程度，确定相关程度最大的因素^[12]，计算量小，计算结果反映了样本间的差异。传统的灰色关联分析利用等权的方式计算比较序列和参考序列的关联度，在一定程度上弱化各个评价指标对评价结果的影响^[13]，同时计算关联系数时采用的点到点距离的方式不能满足评价指标在某一范围内取值的特征。

笔者通过结合潮河的实际情况，建立潮河自然性评价指标体系，利用层次分析法计算各评价指标的权重，再对各样本进行灰色关联分析，并在计算关联系数时采用点到区间距离的计算方式提高评价结果的客观性。最终，依据评价结果对调查河段的治理方式提供指导。

潮河位于北京市东北方向。起源于河北省丰宁县槽碾沟南山，流经区域位于E 116°87′~117°34′，N 40°20′~41°27′，于北京市密云区古北口镇入京。密云水库建成后，将潮河分为密云水库上游和下游2部分，上游干流全长38 km，流域面积234.5 km²，下游流经河漕村与白河汇流后，称潮白河。资料显示，潮河每年注入密云水库的水量约占水库年入库总水量的60%，是北京地区的饮用水来源之一。

笔者研究河段自古北口大桥至辛庄桥(图 1)，全长21 km。

图 1(Figure 1)

图 1 调查河段位置图 Figure 1 Location of investigated reach

维护河流的健康发展不仅要考虑河流生态系统的结构完整性和稳定性，而且应考虑合理地利用河流的社会服务功能^[13]。通过对河流健康评价相关文献的参考，结合潮河的环境特征，遵循“科学性、目标性、系统性、独立性、可行性”5项原则，以水文要素、形态特征、水质情况、河岸带功能和景观娱乐功能为准则，对影响潮河自然性的指标进行筛选，建立包含24个定量、定性指标的评价体系^{[1, 5, 15]}(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 潮河自然性评价指标体系 Table 1 Index system of naturalness assessment for Chaohe River 评价准则 Evaluation criteria 评价指标 Assessment index 指标获取方法 Index acquisition method 水文要素 Hydrological elements 流速比 Flow velocity ratio 流速仪测量 Measured by current meter 底栖生物生境 Benthic habitat 满足底栖生物生存的河床底质占比 Determined by the proportion of river sediment quality of benthos survival 流速∕深度结合特性 Combination characteristics of velocity and depth 快-深、慢-浅、快-浅、慢-深状态出现的频率 Determined by the frequency of fast-deep, slow-shallow, fast-shallow and slow-deep 气味 Odor 野外调查 Field survey 清澈程度 Transparent degree 彩色盘法 Colorful plate method 河流形态 River form 水宽与河宽比 Ratio of water width to river width 便携式测距仪测量 Measured by portable range finder 有遮蔽水体占水宽比 Ratio of the shading width to the width of the water surface 便携式测距仪测量 Measured by portable range finder 岸坡坡度 Slope 坡度仪测量 Measured by dinometer 岸坡结构 Bank structure 观察描述 Description and observation 岸坡植被覆盖情况 Vegetation coverage of bank 观察描述 Description and observation 纵向弯曲度 Longitudinal curvature 弯曲长度/直线长度 Bending length/linear length 河床动态变化 Channel dynamics 河床地质的暴露程度 Determined by the exposure of rive sediment 平面形态 Plane form 河流蜿蜒程度，急弯、卡口个数以及边、心滩数 Determined by the extent of meander, and number of elbows, channel bayonets, channel bars and marginal banks 水质理化特征 Physical and chemical properties of water quality pH值  pH value 化学试剂定量测定 Measured by chemical reagent 总氨氮 Ammonia nitrogen 磷酸盐 Phosphate 溶解氧 Dissolved oxygen 河岸带状况 Riparian zone status 河岸带植被宽度 Width of riparian vegetation 野外调查 Field survey 河岸带植被多样性 Vegetation diversity of riparian 多样性指数计算 Calculated by diversity index 河岸带通达性 Accessibility of riparian 河岸带大于10 m的植被缺口个数 Determined by the number of vegetation gaps larger than 10 m 人造水利工程个数 Number of artificial water conservancy project 野外调查 Field survey 土地利用方式 Type of land use 野外调查 Field survey 景观娱乐功能 Function of landscape and entertainment 景观多样性指数 Landscape diversity index 野外调查 Field survey 观赏游憩价值 Tourism value 旅行费用法计算 Calculated by Travel Cost Method

表 1 潮河自然性评价指标体系 Table 1 Index system of naturalness assessment for Chaohe River

指标权重的确定采用层次分析法，其特点是指标两两相互比较，同时采用相对尺度，尽可能减少性质不同的因素相互比较的困难。指标权重的计算步骤包括构建判断矩阵、权重计算以及一致性检验^[18]。

1) 判断矩阵构建:

设因素i与因素j进行比较判断，则因素i与因素j的重要性比为a_ij，判断矩阵为A=(a_ij)_max，(i=1, 2, 3…, n; j=1, 2, 3…, n)。其中a_ij需同时满足a_ij＞0；a_ij=1/a_ji；a_ii=1。重要程度标度值及含义见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 层析分析法评价指标重要程度标度值及其含义 Table 2 Value and implication of the importance degree of AHP assessment index 标度 Scaling 含义 Implication 1 2个因素相比具有同等重要性 Two factors contribute equally to the objective. 3 2个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要 Comparing two factors, slight importance of one factor over another. 5 2个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要 Comparing two factors, strong importance of one factor over another. 7 2个因素相比，一个因素比另一个因素很重要 Comparing two factors, very strong importance of one factor over another. 9 2个因素相比，一个因素比另一个因素绝对重要 Comparing two factors, extremely strong importance of one factor over another. 2、4、6、8 处于上述2相邻标度的中值In the middle of two adjacent scales.

表 2 层析分析法评价指标重要程度标度值及其含义 Table 2 Value and implication of the importance degree of AHP assessment index

2) 权重计算:

式中：w为主重向量；A为权重比矩阵；λ_max为最大特征值。

最终将所求的权重向量作归一化处理即为所求。

3) 判断矩阵的一致性检验:

式中：n为判断矩阵的阶数；CI为一致性指标。

当矩阵具有完全一致性时，CI=0。CI值越大，矩阵的一致性就越差。为了严格定义一致性的评判标准，引入一致性比率CR与平均随机一致性指标RI，当CR=$\frac{{{\rm{CI}}}}{{{\rm{RI}}}}$ < 0.1时，认为判断矩阵A的不一致程度在允许范围内，否则需要对a_ij进行调整。对于1~9阶矩阵，RI赋值见表 3。

表 3(Table 3)

表 3 多阶判断矩阵平均随机一致性指标值 Table 3 Value of average random unifying index of multi-rank criteria matrix 阶数n Order n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RI 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45

表 3 多阶判断矩阵平均随机一致性指标值 Table 3 Value of average random unifying index of multi-rank criteria matrix

自然性等级的计算采用灰色关联分析法。灰色关联分析法是一种多因素统计分析方法，它是以各种因素的样本数据为依据，用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序，若样本数据反映出因素间的变化态势(大小、方向等)基本一致，则关联度较大，反之较小^[16]。计算的步骤包括确定参考数列与比较数列、计算关联系数与关联度、比较关联度并得出结果。笔者以评价指标的实测值作为参考数列，河流自然性评价标准作为比较数列，最终求得的与比较序列关联度最大的级别即为评价结果。在参评的指标中，多数指标的评价标准是一个区间而并非某一个特定的取值，因此主观的进行典型值的选取会对评价结果造成影响。在前人的研究^{[9, 17]}中，将比较数列与参考数列之间点对点的运算改进为评价标准值的区间与实测值之间的点到区间距离的运算，并将评价结果进行验证，结果证明点到区间的计算方法在综合评价中适应性更高、客观性更强。

1) 参考数列与比较数列的确定:

参考数列{X′_i(k)，(i=1, 2, 3…, n; k=1, 2, 3, …, m)}，其中，i为调查点编号；k为评价指标。

比较数列{${\underline X _{0j}}$(k)，${\overline X _{0j}}$(k)(j=1, 2, 3…, n; k=1, 2, 3, …, m)}，其中，j为某一评价标准的编号；${\underline X _{0j}}$(k)与${\overline X _{0j}}$(k)则表示评价标准的上下限。

2) 计算关联系数

式中D_{i, 0j}为点到区间的距离。

式中：ε为关联系数；D_min为点到区间的最小值；D_max为点到区间的最大值；ρ为分辨系数，取值为0.5。

3) 计算灰色关联度:

灰色关联度的计算采用加权处理，即

式中：r_i为灰色关联度；w_k为第k项评价指标的权重。

4) 自然性等级计算:

将各河段的自然性等级的灰色关联度大小进行比较，最大值所属的等级即为该河段的实际自然性等级。

结合国内外河流综合评价的研究，各评价指标依据其评判标准按自然状态、近自然状态、退化状态和人工化状态进行归一化处理^[5]。调查过程中本着200 m设定调查样点，遇到生态条件明显突变情况加设一点的原则^[5]，共布设调查样点127个，以每10个点为基准并结合特殊情况组成调查河段，最终布设调查河段26段。各指标获取方法的简易说明见表 1，指标测量工具均为通用测量工具，获取与计算方法简单。具体指标评价标准及详细获取方法参照《河溪近自然评价——方法与应用》^[5]。

利用上文构建的河流自然性评价指标体系，对26个调查河段进行分析，计算出各河段自然性等级关联度。按灰色关联评价方法，各河段不同自然性等级的关联度最大值即为该河段所处的自然性等级状态，见表 4。

表 4(Table 4)

表 4 潮河各调查河段对不同自然性等级的关联度 Table 4 Correlation degrees with four naturalness classes for different reaches of Chaohe River 河段号 River section number 自然状态(Ⅳ) Natural state 近自然状态(Ⅲ) Near natural state 退化状态(Ⅱ) Degraded state 人工化状态(Ⅰ) Artificial state 所处等级 Class 1 0.542 0.664 0.810 0.787 Ⅱ 2 0.577 0.742 0.767 0.778 Ⅰ 3 0.576 0.665 0.815 0.776 Ⅱ 4 0.618 0.774 0.742 0.738 Ⅲ 5 0.621 0.793 0.757 0.734 Ⅲ 6 0.624 0.776 0.752 0.735 Ⅲ 7 0.577 0.668 0.754 0.800 Ⅰ 8 0.565 0.692 0.809 0.771 Ⅱ 9 0.611 0.740 0.772 0.744 Ⅱ 10 0.784 0.681 0.716 0.699 Ⅳ 11 0.612 0.798 0.721 0.649 Ⅲ 12 0.709 0.716 0.709 0.695 Ⅲ 13 0.716 0.697 0.725 0.702 Ⅱ 14 0.599 0.702 0.792 0.743 Ⅱ 15 0.610 0.700 0.817 0.748 Ⅱ 16 0.591 0.668 0.819 0.754 Ⅱ 17 0.587 0.674 0.810 0.775 Ⅱ 18 0.616 0.707 0.794 0.747 Ⅱ 19 0.767 0.807 0.662 0.590 Ⅲ 20 0.580 0.773 0.723 0.692 Ⅲ 21 0.604 0.760 0.723 0.708 Ⅲ 22 0.545 0.645 0.801 0.751 Ⅱ 23 0.579 0.703 0.756 0.736 Ⅱ 24 0.567 0.707 0.769 0.735 Ⅱ 25 0.567 0.662 0.774 0.740 Ⅱ 26 0.591 0.751 0.737 0.717 Ⅲ

表 4 潮河各调查河段对不同自然性等级的关联度 Table 4 Correlation degrees with four naturalness classes for different reaches of Chaohe River

各河段所处的自然性等级现状见图 2。评价结果显示，在研究河段中：处于自然状态的河段长0.62 km，约占全长的2.95%；处于近自然状态的河段长6.6 km，约占全长的31.43%；处于退化状态的河段长12.58 km，约占全长的59.91%；处于人工状态的河段长1.2 km，约占全长的5.71%。

图 2(Figure 2)

图 2 潮河自然性评价图 Figure 2 Assessment diagram of the naturalness of Chaohe River

研究河段中1、3号河段处于退化状态，2号河段处于人工化状态。这3段河段紧邻古北口镇。由于交通设施需求和潮河的纵断面走势，河道存在部分渠化现象且两岸筑有堤坝，混凝土结构的岸坡阻断了潮河与陆地的连通，河岸带生态系统受到严重破坏，造成该处河段的自然性偏低。针对特殊河岸的功能需求，改造河段的自然性等级具有一定难度，应在该处河段上、下游做好防治工作，防止上、下游河段的自然性恶化。

8、9号河段处于退化状态，7号河段处于人工化状态。调查过程中发现，7号河段处存在采石、采砂现象。长期的工程作业导致河岸带群落结构的完整性缺失，部分河床裸露，河道的天然形态遭到破坏，鱼类、底栖类生物的生存环境受到威胁，这也是导致3处河段自然性急剧下降的原因。针对工程作业对河流造成的破坏，应在施工结束后及时开展生态修复工作，在最大程度上恢复河段的自然性。

13—18、22—24号河段处于退化状态。几处河段沿途出现大量的农家乐餐厅、水产粮种植场、家畜养殖场。游客的丢弃物等生活垃圾，河岸缓冲带被占用为耕地，化肥、饲料的不当使用等现象使得潮河自然性受到较大程度的人为影响。针对以上出现的问题，应加大沿途旅游业、种植业、养殖业的管理力度。修建合理的亲水区域来提高游客嬉戏的安全，同时减轻河岸脆弱带的人为破坏。完善排水管网和生活污染收集系统，在源头上减少生活垃圾对河流自然性的影响。合理规划河岸带土地利用方式，引导农民科学使用化肥、农药、饲料等农业投入品，保障河流生态系统的自我恢复能力。

总的来说，研究河段中处于自然状态与近自然状态的河段应加大河流的管理力度并辅以微量的人工治理手段，维护河段的现状，防止河流自然性退化。处于退化状态的河段应遵循“因势利导”的原则，将河流传统治理方法中效率高的特点与近自然治理方法中可持续性强的特点相结合，扬长避短，达到稳定河流的现有状态，并逐步地引导其向更高的自然性等级转变的目标。处于人工化状态的河段虽在分析结果中出现2处，但所占比例低，从评价结果中看，其状态对河流的自然性现状影响不大。

1) 潮河古北口大桥至辛庄桥河段中，处于退化状态的河段所占比例最大，其次是近自然状态。处于人工状态和自然状态的河段在评价过程中亦有出现，但所占比例较小，对河段整体评价结果影响不大。在今后的治理工作中，可根据评价结果，针对不同的影响因素，采取相应的治理措施。

2) 河流自然性评价具有尺度差异性和针对性。笔者运用到的评价体系以潮河自身的自然环境为背景，阐述了评价体系的建立与评价结果的计算方法。对于空间尺度与自然地理环境差异较大的河流来说，河流自然性评价需要重新筛选评价指标。此外，河流自然性评价体系在指标筛选、定性指标标准的制定过程中，虽通过权威专家的一致评判，但始终具有一定的主观性。在今后的研究中，应进一步筛选、判断。