摘要:以北票市凉水河干河子段防洪工程为例，围绕防洪工程特点及其整治内容，遵循系统性、科学性、独立性、可获取性和完备性等原则，选取水流动性保障度、防洪能力、河流水质、公众满意度及河岸稳定性等指标构建生态环境效应评估体系。针对各项参评因子权重考虑选用模糊聚类迭代法求解，然后运用综合评估模型分析凉水河干河子段西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡防洪工程的生态环境效应，依据生态环境效应评估结果和防洪工程治理状况提出合理的建议。
关键词:防洪工程;生态环境;效应评估;凉水河干河子段
北票市地处辽宁省西部，大凌河流域中游，总面积4545km2，其中耕地面积8．73万hm2，约35%分布于河道两岸，地形概貌为“七山一水二分田”，气候条件十年九旱，以农业为主。境内分布有大凌河、牤牛河、西柳河、十八台河、巴图营河、马友营河、老寨川河等河流，各支流均与次一级构造线平行，与主流呈直交或近似直交的格网水系。好山好水为北票市最宝贵的资源和最闪亮的名片，伴随着城市的发展河道防洪整治越来越引起人们的重视。长期以来，河道沿岸乡镇政府始终致力于河道建设、河流生态保护、防洪整治等，在西官营镇北河套、松台沟、扣卜营、唐杖子、郝松沟、大巴里段和大三家段等相继实施了一系列措施，修建防洪标准为10a一遇的堤防工程5km，修建护岸工程5km，结构形式多为石笼顺坝，对改善河道生态环境、提升河流防洪能力等发挥着巨大作用［1－3］。通过实施长效管养、生态治理、截污纳管、引水配水和生态治理等措施，北票市打造了许多生态示范河道。当前，针对大中型流域及主要江河的生态环境效应评估研究较多，而涉及小型河道或小流域的研究还鲜有报道。因此，本文以北票市凉水河干河子段防洪工程为例，综合考虑水生生物、河岸带状况、景观适宜性、水文水动力等方面要素构建生态效应评估体系，将各项指标权重运用专家咨询与模糊聚类迭代相耦合的方法赋值，综合评估了河道防洪治理效果，并对防洪治理前后的生态环境、水环境变化状况进行科学评价，研究成果可为后期河道防洪治理提供决策支持，为进一步完善防洪整治方案提供科学指导［4］。
1生态环境效应评估体系
1．1评估对象凉水河为大凌河的一级支流，发源于西官营镇平顶山，流经西官营镇、大三家乡、台吉镇、凉水河乡后汇入白石水库，河道总长51km，流域面积731km2，平均比降0．72%，年径流量3435万m3。流域内人口7．4万人，耕地面积0．87万hm2，河流属性为浅丘、季节性河流，径流量下泄方式以洪水为主，河道径流量非汛期很小，基本断流。凉水河流域植被覆盖低，石质山较多，多低山丘陵，土壤侵蚀严重。针对河道治理中存在的突出问题，为进一步提升河道防洪减灾能力，以防洪治理为主要内容对重点险工险段进行治理，坚持考虑两岸、上下游之间的关系，将非工程和工程措施相结合，遵循技术可行、经济合理、重点突出、因地制宜的原则确定近期建设治理目标［5－6］。凉水河干河子段治理工程项目区位于北票市西官营镇和大三家乡，治理段上游起于北票市西官营镇馒头沟桥，止于北票市大三家乡大三家子大桥，起始断面编号为0+000～8+625，治理河长8．625km。选取重点实施项目西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡防洪工程为例，运用综合评估模型评价分析其生态环境效应。
1．2研究内容1．2．1评估体系构建原则。生态环境效应覆盖资源、经济社会、水系统和工程等诸多领域，其内涵特征丰富，对其评估研究涉及到的要素较多。为了更加全面、准确、客观地反映河道防洪治理的生态环境效应，应遵循以下原则构建评估指标体系:a)综合性与针对性原则。明确河道防洪治理的引水配水、生态治理、截污纳管及清淤疏浚等治理手段，结合防洪工程实际状况选取有针对性的评判指标。同时，综合评估体系应在一定程度上体现生态环境效应的客观性，各参评因子具备一定的科学内涵和明确的物理含义，在满足综合性、定量化原则的情况下有适用于不同工程的量化标准。b)完备性与代表性原则。河岸带、水生生物、水文水动力、河道景观和水环境质量这几个要素对河道防洪治理的影响较为显著，所以应着重量化分析上述几个因素，考虑各方面要素建立综合评判体系。c)数据可达性。通过对河道治理相关数据、竣工资料、整治方案和防洪规划的充分分析，评估各项参评因子的数据可获取性。针对数据资料难以获取或获取成本过高的参数，应尽量予以剔除，选取的评价因子数据来源应尽可能的可靠、成本低且可获取性好。1．2．2评估指标的选择。结合相关文献资料［8－10］和河道防洪特点，经有关政府部门商议和专家咨询，按照一定的原则选取水文水动力、河岸带状况、水环境质量、水生生物、景观适宜性、公众满意度6项一级指标构建防洪工程的生态环境效应评估体系，如表1。1．2．3模糊聚类迭代法求解权重。依据专家咨询意见和有关文献资料［11－12］，列举模糊聚类迭代法、AHP法、主成分法、客观赋权法和变异系数法等权重分配的常用方法。其中，模糊聚类迭代法较现有其他可选方法，可以有效减少或消除决策结果受主、客观赋权法影响的片面性。针对生态环境效应各项评估因子权重利用模糊聚类迭代法求解。以综合评估体系中一级指标为例，按照以下流程简要说明权重求解流程，具体如下:步骤一:将重点实施项目西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡防洪工程作为样本，以统一处理后的正、负项指标值作为每个样本的6个指标标准值，从而构造样本特征矩阵，详见公式(1)。X=(xij)(1)式中:xij为生态环境效应参评因子i关于样本j的特征值，其中i=1，2，…，6;j=1，2，…，5。采用合适的隶属函数获取样本集隶属于不同等级的程度，利用公式(2)、(3)求解生态环境效应正向、负向指标的隶属度。步骤二:考虑各项参评因子的具体内涵和特征值，构造生态环境效应评价相对隶属度矩阵R=(rij)。按照c个类别和6个指标值将参评样本集分类，由此获取不同类别下的模糊子集隶属度，详见公式(4)。式中:sih为参评因子i隶属于类别h的程度，其中h=1，2，…，c;i=1，2，…，6。步骤三:根据c个类别和6个指标特征值将4个样本划分，则隶属于各个类别时4个样本的模糊矩阵详见公式(5)。式中:uhj为隶属于类别h时每个样本的相对隶属度。步骤四:设w=(w1，w2，…，w6)为某一参评样本的权向量，一般情况下选用等值法获取初始权向量w0=(0．16，0．16，0．17，0．17，0．17，0．17)。根据以上流程和公式实现循环迭代运算，若前一次计算结果与所有指标的权向量之差满足不超过0．0001的迭代精度，则迭代运算终止，由此获取各项参评因子的最优客观权向量为w0=(0．24，0．14，0．26，0．12，0．12，0．12)。同理，可以获取防洪工程生态环境效应所有参评指标的最优权重。1．2．4评估标准的确定。不同河流所处的经济社会发展水平、自然地理条件和河道整治类型存在较大差异，不同人群对河道防洪整治的期望也不尽相同，所以目前尚未形成统一、明确的生态环境效应评估标准。为了能够更加科学、准确的评价防洪工程生态环境效应，对于评价标准的构建应考虑以下几方面内容:①借鉴生态环境领域惯用的评价标准及国内外有关研究成果;②借鉴河道防洪工程现行设计规范、地方或国家行业标准;③借鉴防洪工程相关文件和流域防洪规划报告;④参考相关期刊文献和学术论文;⑤借鉴权威专家的有关意见和工程验收报告。在详细分析各种规划、标准、文件和文献等相关等级的基础上，结合防洪工程领域有关专家意见建立单指标评判标准，如表2。其中，第一列序号中下一行为二级指标及赋分分值;上一行为二级指标评估标准、监测及调查因子。1．2．5综合评价模型。根据河道防洪工程现状和评估体系构建原则，按照梯阶框架结构初步拟定了14个二级指标和6个一级指标，经适当调整最终构建凉水河干河子段防洪工程生态环境效应评估体系，针对各项参评因子权重利用模糊聚类迭代法求解。将防洪工程生态环境效应选用模糊综合评价法进行分析，通过对比分析各项因子目标值和现状值得到最终的结果。迭代运算后构建生态环境效应评估模型，其数学表达式如公式(6)所示。式中:ak为综合评价体系第k个准则层参评因子的权重及其数值;n、N为各准则层的指标个数和防洪工程生态环境效应综合评估值;bki、Zki为准则层k中参评指标i的权重及其数值;mk为准则层k中的参评因子数。结合北票市凉水河干河子段防洪工程现状和相关研究成果，确定生态环境效应整体评价标准和单项参评因子的评判等级，将生态环境效应划分为差、较差、中等、较好、好5个级别，不同等级下的综合评价值为N＜60、60≤N＜70、70≤N＜80、80≤N＜90、N≥90。1．2．6评价结果。根据已构建的模糊数学评价模型和生态环境效应评价体系，选取北票市凉水河重点实施项目西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡防洪工程为例，以2018年为基准，将各参评指标数据输入模型，最终输出效应评价值如表3。从表3可知，4个防洪治理重点实施项目均达到较好等级，结合防洪工程竣工验收报告和有关部门专家意见，均判定为该结论科学合理。防洪工程的建设实施对于改善凉水河水生态和水环境具有重要作用。纵向分析4个实施项目可知，大三家乡公众满意度和水环境质量得分均为最低。进一步分析其原因为:防洪工程治理前大三家乡段河道水环境最差，项目实施后虽然在一定程度上改善了河流生态环境，但生态环境的修复属于一个漫长的过程，为达到预期目标一般需较长的时间;同时，其水环境质量虽然在一定程度上有所改善，但较其他河段其感官性状和物理指标水平较低，从而使得公众满意度综合评分也较低。因此，大三家乡段生态环境效应得分较低，这可能与一些客观因素相关，一段时间后其综合评分将有所改善。
2决策建议
1)评价体系有关建议。防洪工程生态环境效应评价要求数据资料准确、齐全，同时对数据精度要求较高，由此方可保证评价结果可靠性。由于缺少凉水河防洪工程前期相关资料，对于生态环境效应的评价只能实现治理后的分析，因此其可对比性较差。因此，未来需要积累河道防洪治理相关数据资料;个人主观判断对各指标权重的计算以及生态环境效应评估体系的构建影响较大，今后仍需要进一步完善评价标准、指标体系和评价方法等方面内容。2)后期治理工程有关建议。周边水系对单河道生态环境的影响较为突出，建议以水系或片区为单位开展河道综合治理相关工作;为进一步发挥河流行洪、排水、蓄水等功能，切实提升水系统的自净能力，应增强水体流动性和加快引调水工程建设;考虑到河流中存在排污、洗车、非法电鱼等行为，建议有关部门维护河道安全稳定和加大巡查执法力度;部分河段汛期易淹水，设置的河道旁绿化道路面高度过低对周边居民及行人安全构成潜在威胁，建议树立警示标志或进行相关的处理。
3结论
a)本文以北票市凉水河干河子段防洪工程为例，围绕河道特点和治理内容，按照数据可达性、代表性、综合性、完备性和针对性等原则构建综合评估体系，该体系包含防洪能力、引水能力、水流动性保障度等14项二级指标和景观适宜性、水环境质量、水文水动力、公众满意度等6项一级指标。b)通过对现有权重方法的比选分析，针对各项参评因子权重利用模糊聚类迭代法求解，结果显示:公众满意度=景观适宜性=水生生物＜河岸带状况＜水文水动力＜水环境质量。c)采用综合评价法分析西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡防洪工程的生态环境效应，所对应的综合评分分别为89、83、88、85，该评价结果与河道治理实际情况基本相符，各河段综合评价均处于较好等级。
作者:刘子源 单位:北票市凌河保护区管理局