梁之豪 時芳欣 馬明衛(wèi) 岳瑜素

摘 要：為了全面評價黃河小北干流岸線功能，根據(jù)小北干流岸線自身特征，將其功能分為兩大類：生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能。選取13個指標構建河流岸線功能評價指標體系進行健康評估，小北干流岸線功能運行狀況大體上處于良好狀態(tài)，表明河流岸線的自然狀況正常，各項社會服務功能能夠滿足人類需求。在岸線現(xiàn)狀描述基礎上構建了水文水資源及空間利用情景、水質及生態(tài)安全情景、防洪安全情景和綜合發(fā)展情景4種情景方案，并在這4種不同的情景方案下進行了小北干流岸線開發(fā)利用綜合評價。

關鍵詞：岸線功能;評價指標;評價標準;黃河小北干流

中圖分類號：TV213.4;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.010

引用格式：梁之豪，時芳欣，馬明衛(wèi)，等.黃河小北干流岸線功能評價及情景預測[J].人民黃河，2021，43（9）：52-58，63.

Shoreline Function Evaluation and Scenario Forecast in Xiaobeiganliu Reach of the Yellow River

LIANG Zhihao1， SHI Fangxin2， MA Mingwei3， YUE Yusu2

（1.Henan Institute of Geo-Environment Exploration， Zhengzhou 450003， China;

2.Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 450003， China;

3.College of Water Resources， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： In order to comprehensively evaluate the shoreline functions in Xiaobeiganliu reach of the Yellow River， according to the characteristics of the shoreline in Xiaobeiganliu reach， its functions were divided into the two categories of ecological environment function and social service function. Thirteen indicators were selected to construct a river bank function evaluation index system for health assessment. The function of the river bank function was generally in good condition， indicating that the natural condition of the river bank was normal and various social service functions could meet human needs. Based on the current description of the coastline， four scenarios were constructed， namely， hydrology， water resources and space utilization scenarios， water quality and ecological security scenarios， flood control security scenarios， and comprehensive development scenarios， and comprehensively evaluated the line development and utilization of Xiaobeiganliu reach under these four different scenarios.

Key words： shoreline function; evaluation index; evaluation standard; Xiaobeiganliu reach of Yellow River

1 引 言

受人類活動影響，黃河岸線可能引發(fā)自身及周邊環(huán)境的一系列問題，在對岸線的開發(fā)利用、保護、修復及管理工作中，需要對其功能進行綜合評價。通過分析河岸帶受自然及人文因素影響導致的河流水文要素的變化特征，使得管理部門能夠在維護河流功能正常運行和滿足經(jīng)濟社會需求之間權衡利弊，既滿足人類拓展生存環(huán)境的需求，又能保障河流功能正常運行。

黃河小北干流河段河勢游蕩多變，河床寬淺，水流散亂，主流游蕩不定，東西擺動頻繁，為典型的堆積游蕩型河道，在黃河治理開發(fā)與管理中具有重要的戰(zhàn)略地位。本文主要針對黃河小北干流（即禹門口—潼關河段）開展河流岸線功能評價模型與應用研究，并在此基礎上進行未來典型情景下的河流岸線帶開發(fā)利用影響分析。

2 岸線功能評價指標體系

當黃河岸線的自我調節(jié)和修復能力抵消不了人類活動對其的擾動時，就會導致岸線自身及周邊出現(xiàn)一系列問題，進而波及黃河的各項功能，最終影響和威脅黃河流域高質量發(fā)展。為了全面評價黃河小北干流岸線功能，將其功能分為兩大類：生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能。河岸帶的生態(tài)環(huán)境功能包括：河流在自然界的演變與發(fā)展中所發(fā)揮的功能和作用，例如河流的水資源與水文特征、河岸帶的狀況、河流的形態(tài)結構等;河岸帶在物種遷移、能量流動和物質循環(huán)的過程中所發(fā)揮的功能和作用，例如生物多樣性、植被狀態(tài)、水質狀況等。河岸帶的社會服務功能指河流在人類文明社會的持續(xù)發(fā)展中所發(fā)揮的功能和作用，例如供水、排洪、景觀娛樂等。河岸帶各功能之間既相互依存，又相互制約，河流的生態(tài)環(huán)境功能是社會服務功能的基礎，當生態(tài)環(huán)境功能受損和退化時，必然會影響河流的社會服務功能[1]。

河流岸線功能評價涉及范圍較廣泛，不同區(qū)域的岸線所具有的功能不盡相同，河流岸線功能評價具有一定的特殊性、局限性和不完善性。目前，國內(nèi)外河流岸線功能評價大多是從生態(tài)學角度來進行，并選取水生生物、水量、水質、棲息地狀況等指標對其生態(tài)功能進行評價。

2.1 構建原則

為了真實、客觀地給管理部門決策和科研機構科學研究提供小北干流岸線功能運行狀況和變化趨勢分析資料，要求功能評價指標的選取必須完整準確地反映河流及岸線功能現(xiàn)狀。因此，河流岸線功能評價指標體系的篩選應遵循科學性、系統(tǒng)性、層次性、獨立性、可操作性、定量和定性相結合的原則[2-3]。

2.2 基本框架

構建小北干流岸線功能評價指標體系時，將整個指標體系分為4個層次，分別是目標層A、準則層B、準則層C和指標層D，具體見圖1。

目標層是對河流岸線功能評價指標體系的高度概括，表達了河岸帶功能狀況的總體水平。準則層首先根據(jù)河流岸線的總體功能分為兩個方面：生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能，然后通過更具體的準則（水文、水質、生物、結構、防洪、供水、景觀、空間利用等）進一步細化。指標層是針對準則層眾多方面內(nèi)容的具體評價指標，表述各個分類指標的不同要素，通過定量或者定性指標直接反映河流岸線功能狀況。

河流岸線功能評價指標的確定應從河流系統(tǒng)整體性和河流功能的內(nèi)涵出發(fā)，針對不同功能發(fā)揮的不同作用，來評價河流生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能的現(xiàn)狀運行狀況。因此，本研究構建了包含13個能夠反映河流岸線功能的指標（見表1），并確保指標體系整體結構清晰，指標意義更加明確，指標間的獨立性更容易得到保證。

3 岸線功能評價方法

3.1 指標分級標準

目前，對河流岸線功能的評價尚無統(tǒng)一標準，而評價標準將會直接影響評價結果的合理性[8-11]。綜合來看，河流岸線功能評價標準具有相對性的特征，對于不同區(qū)域、不同規(guī)模、不同類型的河流岸線，在其不同的河段和開發(fā)利用程度，都會影響評價標準的統(tǒng)一。因而，評價標準的確定可以根據(jù)實際情況進行適當調整。

結合當前黃河小北干流開發(fā)利用的實際情況，將河流岸線功能分為優(yōu)、良、中、差4個級別。對難以準確定量表達的定性指標，通過專家咨詢、實地調查和公眾打分等方式進行評判。對于定量指標的標準，借鑒有關歷史資料、科研成果、國家標準及多區(qū)域對比分析確定。綜合考慮之后，確定的黃河小北干流岸線功能評價指標的分級標準見表2。

3.2 指標權重確定

按照層次分析法（AHP）相關計算要求，通過專家咨詢和打分，結合經(jīng)驗判斷，分別構造判斷矩陣，計算出黃河小北干流岸線各評價指標的權重，其中指標層D中各具體指標權重在準則層C基礎上采用平均分配法確定。各準則層要素和指標層指標權重的計算過程簡單描述如下。

（1）構造判斷矩陣。準則層B相對于目標層A的判斷矩陣見表3。

據(jù)此可得到：B1生態(tài)環(huán)境功能和B2社會服務功能的權重分別為0.666 7和0.333 3。

（2）準則層C相對于準則層B1的判斷矩陣見表4。

求解該矩陣的最大特征值λmax=4，特征向量ω=（-0.824 2，-0.412 1，-0.274 7，-0.274 7）;同時，判斷矩陣的一致性指標CI=-1.480 3×10-16，隨機一致性比率CR=-1.663 3×10-16<0.1，可見該矩陣滿足一致性要求。

（3）準則層C相對于準則層B2的判斷矩陣見表5。

求解該矩陣的最大特征值λmax=4，特征向量ω=（0.800 6，0.480 4，0.160 1，0.320 3）;同時，判斷矩陣的一致性指標CI=0，隨機一致性比率CR=0<0.1，可見該矩陣滿足一致性要求。

（4）指標權重計算結果。由上述層次分析法（AHP）求得的各準則層和各指標權重見表6。

3.3 綜合評價指數(shù)與結果

為了將評價過程中的各種復雜因素用遞階層次結構表示出來，選用能夠較好解決復雜系統(tǒng)中多層次、多結構、單目標的層次分析法進行河流岸線功能評價。為得出河流岸線功能評價值，考慮到計算方法的可操作性，采用河流岸線功能綜合評價指數(shù)E，其計算公式為

E=∑mi=1λi∑nj=1λjMij（1）

式中：λi為第i個準則層的權重;λj為某準則層選取的第j個指標在該準則層所占的權重;Mij為第i個準則層中選取的第j個指標評分值;m為準則層的個數(shù);n為指標的個數(shù)。

根據(jù)2016年相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，確定黃河小北干流相關指標現(xiàn)狀值，并進行歸一化處理。根據(jù)計算的各指標權重和河流岸線功能綜合評價指數(shù)，最終得到黃河小北干流岸線功能評價結果，見表7。

可進一步根據(jù)準則層C和指標層D中各指標的評價指數(shù)值對上述黃河小北干流岸線功能評價結果作以簡要分析，見圖2和圖3。從圖2中可以看出，準則層C各準則中，水文、水質、防洪、結構的評價指數(shù)值相對較大，而其他各項的評價指數(shù)值相對較小。圖3則進一步表明，指標層D各指標中，水質類別、防洪保障程度、年平均輸沙率的評價指數(shù)值相對較大，年徑流量變化率、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率的評價指數(shù)值次之，其余各項的評價指數(shù)值相對較小。

4 不同情景下河流岸線開發(fā)利用影響分析

4.1 情景與方案設定

情景分析即通過構造不同的情景模擬來實現(xiàn)對問題的分析。本研究的情景分析旨在不同情景下分別設定年徑流量變化率、河道內(nèi)生態(tài)流量保證率、年平均輸沙率、水質類別、淡水魚種類、底棲動物種類、防洪保障程度、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率等9個易變指標的預估值對河流岸線開發(fā)利用的綜合影響，構建水文水資源及空間利用情景、水質及生態(tài)安全情景、防洪安全情景和綜合發(fā)展情景4種情景方案，用于進行在這4種不同的情景方案下的河流岸線開發(fā)利用綜合評價。

（1）水文水資源及空間利用情景。該種情景模式就是保證河流岸線內(nèi)水文水資源充分利用的方案。設定沿河城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，隨著人口的不斷增加，需要更多的水資源，建設一批水利樞紐工程，提高水資源的利用率及岸線的開發(fā)利用率，滿足用水及景觀需求。

（2）水質及生態(tài)安全情景。該種情景模式就是改善河岸帶水生態(tài)環(huán)境質量、充分保證區(qū)域內(nèi)水質及生態(tài)安全的方案。區(qū)域內(nèi)人文景觀豐富，如磧口、壺口瀑布等，為當?shù)貛碡S富的旅游資源，為保證水質及生態(tài)安全，一切人為影響水質及水生態(tài)環(huán)境的活動都應該禁止，同時保證區(qū)域內(nèi)飲用水源地水質安全，構筑水生態(tài)安全屏障。

（3）防洪安全情景。該種情景模式就是在防洪減災工程體系及非工程措施保障下提升岸線城鎮(zhèn)防洪保障的方案。設定為保障區(qū)域內(nèi)城市及人民生命財產(chǎn)安全，通過完善防洪工程樞紐、非工程措施體系等提升沿河城鎮(zhèn)防洪保障能力，達到較為安全水平。

（4）綜合發(fā)展情景。該種情景模式就是綜合考慮水文水資源及空間利用、水質及生態(tài)安全、防洪安全條件下的岸線綜合開發(fā)利用影響，綜合權衡上述情景，水文水資源及空間利用的保障措施的實施必然導致水質及生態(tài)安全水平下降，在保障用水的同時必然修建一系列附加防洪安全功能的水利樞紐，既能提升城市的防洪能力，又能最大限度地開發(fā)利用水資源。

4.2 情景結果預估分析

根據(jù)上述河流岸線功能評價指標體系、分級標準、指標權重和綜合評價指數(shù)等，得到相應未來規(guī)劃水平年情景下的黃河小北干流岸線功能評價結果。

4.2.1 水文水資源及空間利用情景

在該種情景模式下，到2035年小北干流隨著沿河城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展，在城市發(fā)展、人口增長、經(jīng)濟增長等因素驅動下年徑流量變化率、年平均輸沙率、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率4個指標值持續(xù)增大;小北干流沿線城鎮(zhèn)還將延續(xù)農(nóng)業(yè)為主導的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局，土地的產(chǎn)出水平相對較低，為了區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，在更多時候持續(xù)的“與水爭地”現(xiàn)象會日趨嚴重，從而對河岸帶的生態(tài)環(huán)境造成風險，并且該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境脆弱，這樣就會導致河道內(nèi)生態(tài)流量保證率下降。選取這5個指標值的臨界點進行功能評價，見表8。

再根據(jù)最不利因素進行假設，即考慮年徑流量變化率、河道內(nèi)生態(tài)流量保證率、年平均輸沙率、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率5個指標評價等級均為最差的情況下，岸線功能評價指數(shù)為40.791 1。根據(jù)上述評價結果，可以得出在水文水資源及空間利用情景下，規(guī)劃水平年黃河小北干流岸線功能評價綜合指數(shù)范圍為40.791 1～64.509 6。對照河流功能劃分標準和水利部印發(fā)的《河流健康評估指標、標準與方法》，可得出基本結論：在水文水資源及空間利用情景下黃河小北干流岸線功能運行狀況大體上處于亞健康或良好（健康）狀態(tài)的下段，表明黃河小北干流在水文水資源及空間利用情景下自然狀況較差，河道流量減小，河岸帶的生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能下降。

4.2.2 水質及生態(tài)安全情景

在該種情景模式下，到2035年小北干流水域、耕地、建筑用地發(fā)生明顯的變化，林地和草地等生態(tài)用地的面積也有一定的變化。小北干流沿河城鎮(zhèn)在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展中扮演著重要角色，當?shù)卣贫ㄒ幌盗斜Ｗo黃河生態(tài)功能區(qū)的政策，對自然保護區(qū)、河岸帶生態(tài)休閑公園、飲用水源保護區(qū)、重要水源涵養(yǎng)區(qū)、漁業(yè)水域等劃分出禁止開發(fā)區(qū)和限制開發(fā)區(qū)，構建起河道及河岸帶生態(tài)安全保護屏障。區(qū)域內(nèi)林地的增加主要是構建灘地生態(tài)保護林、農(nóng)田防護林、生態(tài)公益林等，草地的增加主要是建設岸線生態(tài)綠化帶、水源保護區(qū)及自然保護區(qū)的生態(tài)綠化帶，在水質與生態(tài)安全保護、漁業(yè)水域的休養(yǎng)生息及河岸帶生態(tài)保護等因素驅動下，水質類別、淡水魚種類、底棲動物種類這3個指標評價值均會呈現(xiàn)好的發(fā)展趨勢，見表9。

根據(jù)上述評價結果可知，在水質及生態(tài)安全情景下，規(guī)劃水平年黃河小北干流的河流岸線功能評價綜合指數(shù)為77.823 2，對照河流功能分級標準和水利部印發(fā)的《河流健康評估指標、標準與方法》，可得出基本結論：在水質及生態(tài)安全情景下黃河小北干流岸線功能運行狀況大體上處于良好（健康）狀態(tài)的上段，表明黃河小北干流在該種情景下自然狀況明顯好轉，河岸帶的生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能提升。

4.2.3 防洪安全情景

在該種情景模式下，到2035年小北干流建筑用地發(fā)生明顯的變化，為提高沿河城鎮(zhèn)防洪減災能力，保障居民生命財產(chǎn)安全，在小北干流興建一批護岸、護村、防洪堤壩等水利工程，部署一部分非工程設施保障該區(qū)域的防洪減災能力。在保障人民生命財產(chǎn)安全、提升區(qū)域內(nèi)防洪減災能力等因素驅動下，防洪保障程度指標評價值呈現(xiàn)增大趨勢，見表10。

根據(jù)上述評價結果可知，在防洪安全情景下，規(guī)劃水平年黃河小北干流岸線功能評價綜合指數(shù)為76.007 5，對照河流功能劃分標準和水利部印發(fā)的《河流健康評估指標、標準與方法》，可得出基本結論：在防洪安全情景下黃河小北干流岸線功能運行狀況大體上處于良好（健康）狀態(tài)的上段，表明黃河小北干流在該種情景下自然狀況明顯好轉，河岸帶的社會服務功能提升。

4.2.4 綜合發(fā)展情景

在該種情景模式下，綜合考慮水文水資源及空間利用、水質及生態(tài)安全、防洪安全的綜合情況，貫徹落實黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展戰(zhàn)略，必然會提升河道水文環(huán)境及水生態(tài)質量，一切以人民的利益為根本，在保護水資源、改善水環(huán)境的同時，為提高沿河城鎮(zhèn)防洪減災能力，保障居民生命財產(chǎn)安全，在小北干流興建一批護岸、護村、防洪堤壩等水利工程，部署一部分非工程措施保障該區(qū)域的防洪減災能力。隨著技術的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)深入，沿河區(qū)域的人口會持續(xù)增加，對水資源及岸線帶的綜合利用會繼續(xù)增加，在以上諸多因素影響下，綜合發(fā)展情景的黃河小北干流岸線功能評價結果見表11。

根據(jù)最不利因素進行假設，即考慮年徑流量變化率、河道內(nèi)生態(tài)流量保證率、年平均輸沙率、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率5個指標評價等級均為最差的情況下，岸線功能評價指數(shù)為49.756 2。根據(jù)上述評價結果可知，在綜合利用情景下，規(guī)劃水平年黃河小北干流的河流岸線功能評價綜合指數(shù)范圍為49.756 2～73.466 7，對照河流功能分級標準和水利部印發(fā)的《河流健康評估指標、標準與方法》，可得出基本結論：在綜合發(fā)展情景下黃河小北干流岸線功能運行狀況大體上處于亞健康狀態(tài)或良好（健康）狀態(tài)的中下段。

以上分析表明，未來隨著水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率的上升，河流岸線功能將呈下降趨勢;隨著水質的改善、水生態(tài)環(huán)境的改善及防洪保障能力的提升，河流岸線功能將呈上升趨勢，處于良好（健康）狀態(tài)。但是，如果對水資源的開發(fā)利用及岸線開發(fā)利用等沒有政策限制及部門監(jiān)管，河流岸線功能將呈持續(xù)下降趨勢，甚至發(fā)展為中等（亞健康）狀態(tài)，即綜合評價指數(shù)E<60。

通過與2016年評價結果進行對比分析，揭示河流岸線開發(fā)利用對河流功能的影響作用，從未來發(fā)展變化的角度來看，13個評價指標中，年徑流量變化率、年平均輸沙率、水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率的升高，或水質類別、淡水魚種類、底棲動物種類指標的降低，都可能導致河流岸線功能綜合評價指數(shù)的減?。üδ芟陆担?而河道內(nèi)生態(tài)流量保證率和防洪保障程度的提高，則會使河流岸線功能綜合評價指數(shù)增大（功能增強）;河流岸線穩(wěn)定程度、河岸帶相對寬度、河岸帶植被覆蓋率、水景觀舒適度等相對穩(wěn)定或已達較優(yōu)程度，對未來河流岸線功能綜合評價指數(shù)影響不大（功能穩(wěn)定）。

5 結 論

為了客觀、完整地反映黃河小北干流河岸帶岸線功能現(xiàn)狀，給當?shù)毓芾聿块T決策和科研機構科學研究提供依據(jù)，本研究將小北干流岸線功能分為兩大類：生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能。選取了13個指標構建河流岸線功能評價指標體系，對小北干流河岸帶的生態(tài)環(huán)境功能和社會服務功能進行健康評估，結果為河流岸線功能運行狀況大體上處于良好（健康）狀態(tài)的中段，表明河流岸線的自然狀況正常，河道流量基本穩(wěn)定，水質較好，河岸植被結構合理，各項社會服務功能能夠較好地滿足人類需求，結論符合黃河小北干流現(xiàn)狀。

在岸線現(xiàn)狀描述基礎上構建了水文水資源及空間利用情景、水質及生態(tài)安全情景、防洪安全情景和綜合發(fā)展情景4種情景方案，并對4種情景方案下的河流岸線開發(fā)利用進行綜合評價。通過分析表明，未來隨著水資源開發(fā)利用率、岸線開發(fā)利用率的上升，河流岸線功能將呈下降趨勢;隨著水質的改善、水生態(tài)環(huán)境的改善及防洪保障能力的提升，河流岸線功能將呈上升趨勢，處于良好（健康）狀態(tài)。但是，如果對水資源的開發(fā)利用及岸線開發(fā)利用等沒有政策限制和部門監(jiān)管，河流岸線功能將呈持續(xù)下降趨勢，甚至發(fā)展為中等（亞健康）狀態(tài)。

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【責任編輯 許立新】