第3章　城市化對南明河水系的影響

3.1　城市化對南明河水系結構的影響

水系結構指一個流域或區域內河流湖泊等水體的空間分布形式，與水系空間分布特征的水體形態共同構成了水文和水系生態的研究基礎。有關水系水網結構的研究可以追溯到20世紀20年代，通過經驗觀測和實驗等手段獲得河流數量、長度、子流域面積和比降等河流發育規律，其中美國學者霍頓提出的“霍頓定律”影響力較大，主要揭示了流域水網中河流級序與河流數量呈對數負相關關系，與河流長度呈對數正相關關系。

近年來，南明河水系結構受城市化影響逐漸變大，南明河城區河段上建設有各類建筑物，如壩、橋等，一定程度上影響了河流的連通性。在城市化過程中，城區河段堤岸過度固化，阻隔了河床內生態系統各要素間交換與平衡，河岸帶逐漸接受硬化改造，固化成為生活和商業區，支流出現渠道化、蓋板化的情況，水系原有結構受到破壞，對生態環境產生較大影響。因此，探討城市化對南明河水系結構的影響，解決以上問題迫在眉睫。

由于水系結構的復雜性，使城市化對水系結構的評價成為一個極其復雜的過程。因此，選取的評價指標應該能夠準確地反映水系結構的現實狀況，以及在人類活動作用下水系結構的具體表現，建立指標體系應該遵循以下原則：

（1）科學性。從水系結構出發，指標概念必須明確，有一定的科學內涵，能夠客觀反映水系結構的基本特征。

（2）系統性。所選指標必須形成一個完整體系，全面地反映出水系結構的本質特征，各指標之間應具有不可替代性，即每個指標應該是獨立、相對穩定的，并且能夠反映水系結構的組成成分以及指標之間的相互關聯關系。

（3）指標差異性。選擇的指標應反映水系結構的差異，以確保選取的指標反映水系結構特征。

（4）可操作性。所選指標的原始數據具有易獲取性，即通過調查、統計、遙感等手段可迅速獲得，并且易于定量計算，現實意義明確。

3.1.1　南明河水系主要結構特征指標體系

針對貴陽市典型喀斯特地貌，南明河水系山區城市河流的特點，結合貴陽市城市水系歷史資料匱乏等實際情況，提出建立城市化對南明河水系結構影響的評價指標體系，以揭示人類高強度活動對南明河水系結構的影響，為城市化進程中河流水系的保護和管理提供依據。

研究將水系結構的河岸穩定性、河道縱向連通性、河道豎向連通性、河道渠道化、河道彎曲狀況、護岸生態化狀況、濕地狀況、河流縱橫斷面形態、支流蓋板化比例以及河流支干比作為評價指標。

（1）河岸穩定性。河岸受到水流沖刷侵蝕后能否維持河岸穩定的能力，以河岸受侵蝕程度來判斷。

（2）河流縱向連通性。河流是否連續，與湖泊、濕地是否相連通，是體現河流連續性與水系連通狀況的重要指標。

（3）河流豎向連通性。反映河流與地下水的溝通度，表現在河床的透水性上，用透水河床所占百分比來表示。

（4）河道渠道化。在河流形態上趨于直線，河流的橫斷面從自然河流的復雜形狀變得規則，使用硬質材料構造河床和邊坡。

（5）河道彎曲狀況。河道在自然條件的影響下，出現了彎曲的情況，通常采用河道彎曲系數，即河道實際長度與河道直線距離的比值來描述。

河道彎曲狀況用彎曲系數Ka為

式中　L——研究河段實際長度；

I——研究河段起點和終點的直線距離。

（6）護岸生態化狀況。河流水陸接壤處生態護岸的覆蓋狀況，通常用生態護岸長與研究河段長的比值來表示。

（7）濕地狀況。濕地可以為水生動物提供生境，并且有調節水文與氣候的重要作用，研究主要指的是濕地增減狀況。

（8）河流縱橫斷面形態?？v斷面形態用深度比來表示，深度比為主河道的最大深度與最小深度之比；橫斷面形態用寬度比來表示，寬度比為河道的最大寬度與最小寬度之比。深度比與寬度比越大，受城市化影響越小，對水系結構影響越小，營造多樣的棲息地、提高水質自凈化能力越強。

（9）支流蓋板化比例。南明河的有些大溝原來是南明河的天然支流，經歷城市化后，現在大都渠道化，并在上面加上蓋板，蓋板化比例越高，表明城市化對支流的影響越大，對水系結構越不利。

支流蓋板化比例的公式為

式中　L蓋——加上蓋板支流的長度，km；

L支——支流長度，km。

（10）河流支干比。反映河網各級河流的構成，河流的支干比越大，表明支流長度超過干流長度越多，對徑流的調節作用越有利。

河流支干比的公式為

式中　LW——W級支流的長度，km；

L0——主干河流長度，km。

3.1.2　城市化對南明河水系結構影響的指標體系與評價標準構建

3.1.2.1　城市化對南明河水系結構影響評價指標體系

在構建城市化對南明河水系結構影響評價指標體系時，應在全面展示南明河水系結構的基礎上，構建能夠客觀反映城市化對水系結構影響的評價指標體系。根據指標選取的基本原則，將整個指標體系分為三個層次，分別為目標層、準則層和指標層。

1.目標層

目標層是城市化對南明河水系結構影響評價指標體系的最高層，山區城市水系結構評價的目標在于綜合評價水系結構的健康狀況，反映出南明河目前出現的問題，判斷出南明河的健康水平，最終作為指導南明河開發利用、管理及保護和維持南明河健康的依據。

2.準則層

準則層反映水系結構影響評價應該從河流形態與河流結構兩方面進行，河流形態是各項功能發揮的基礎，因而評價時應該考慮城市化對河流形態、結構的影響。河流結構的最突出特征是能夠保持長期的自然流動性，而保持流動性有利于保持流動的河流形態結構。

3.指標層

指標層是構成水系結構綜合評價指標體系的最基本元素，是對應目標層內容的具體評價指標，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健康狀況。南明河水系結構評價主要從縱橫斷面形態、河道變化、河道彎曲狀況、河岸穩定性、護岸變化、濕地狀況、河道縱向連通性等角度進行考慮。

3.1.2.2　評價標準構建

評價標準是指應用于水系結構指標評價的尺度和界限，是水系結構評價的核心部分，是人們認識水系結構指標價值的反映，表明了人們重視什么指標、忽視什么指標，具有引導人類活動向維護水系結構方面努力的作用。

結合城市化對南明河水系結構影響的實際情況，把城市化對南明河水系結構的影響按照1～5分，分別代表5個級別標準，具體見表3-1。

3.1.3　指標體系權重確定

權重是各指標在評價過程中重要程度的反映，指標權重取決于兩個方面：①指標本身在決策中的作用和指標價值的可靠程度；②決策者對該指標的重視程度。權重賦值合理與否，將會影響到評價結果及其可信度與有效性。因此，權重的賦值必須做到合理、客觀。從指標權重的研究成果來看，主要有三大類確定權重的方法：①第一類權重完全由各指標在被評價單位中的實際數據信息計算得出，被稱作客觀賦權法，簡單關聯函數法、均方差法、熵權法等都是客觀賦權法，其優點由“差異驅動”原理生成，反映客觀信息，但是缺乏管理者的主動性因素信息，容易造成評價結果或排序結果與決策者的主觀愿望相差很大甚至相反；②第二類權重數據主要由專家根據經驗主觀判斷得到，稱為主觀賦權法，其代表為層次分析法，該類方法是由“功能驅動”原理生成的，評價結果主觀隨意性相對客觀賦值法大；③第三類方法將主觀權重與客觀權重結合起來，稱為綜合賦權法。由于研究綜合評價對象是南明河水系結構狀況，評價對象僅有一個，數據較少，不便采用客觀賦值法和綜合賦權法，因此，選用方法成熟、應用廣泛的層次分析法來確定權重。

層次分析法（簡稱AHP）是美國運籌學家T.L.Saaty等人于20世紀70年代提出的一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法，其基本過程是：根據問題的總目標，以系統的觀點，把問題分解成若干因素（或元素），并按其支配關系構建遞階層次結構模型，然后應用兩兩比較的方法，確定評價指標相對于上一層次要素之間的相對重要性，得到比較判斷矩陣，計算判斷矩陣對應特征方程的最大特征值及特征向量，進行層次單排序及一致性檢驗，依次進行下去后，利用同一層次中所有層次單排序結果，計算針對最高層次而言本層次所有元素重要性的權值，即層次總排序及一致性檢驗，最后確定各評價指標相對于總目標的權重。該方法將評價者對復雜系統的評價思維過程數字化，具有較強的邏輯性、實用性和系統性。

根據南明河水系結構現狀，通過專家咨詢并結合經驗與實地考察，確定各個指標的重要性，按照層次結構關系的重要性進行判別并構造與之對應的判斷矩陣，計算出南明河水系結構各指標權重，其中南明河水系結構評價總矩陣及權重見表3-2，南明河河流形態特征及結構特征評價矩陣及權重分別見表3-3、表3-4。

表3-2說明，在水系結構中河流結構特征最重要，其次才是河流形態特征。各具體指標的權重仍采用層次分析法確定，權重見表3-3、表3-4。

為了得出城市化對南明河水系結構影響的評價值，考慮到各個指標的權重，提出水系結構的綜合評價指數（S）的計算公式為

式中　S——綜合評價指數；

kj——第j個準則層的權重；

ki——某準則層選取的第i個指標在該準則層所占的權重；

Z——各指標評價結果；

n、m——評價因子個數。

河流水系結構綜合評價指數越高，說明水系結構受城市化影響越小，否則相反，總共分為五個標準，具體見表3-5。

3.1.4　南明河水系結構特征評價結果

按照南明河水系結構評價體系的評分方法，由多位專家對南明河城區段的水系結構進行打分，將評分結果匯總，針對個別有爭議的得分，多次召開專家會進行討論，最終確定了南明河水系結構各個指標的得分，其結果見表3-6。

由表3-2～表3-4中所得權重，結合表3-6專家對南明河水系結構的評分結果，利用式（3-4）得出南明河水系結構綜合評價指數為2.94。研究結果表明南明河的水系結構受城市化中度影響，水系結構原有形態破壞相對嚴重。結合南明河的實際情況，河道彎曲狀況較好，所設置的翻板壩與攔水壩，通過攔蓄河水、形成景觀水面，營造梯級水面景觀，起到了美化市區的作用，對河流縱向連通性并未造成較大影響。貴陽市城市化發展進程中，水系面積被侵占，中心城區中小河流以及泉塘等水系末級水體大量消失，被城市化發展所湮沒，水系結構遭到破壞，主干化明顯，嚴重干擾城市水系結構自然演變。大量支流經過渠道化轉變為蓋板大溝，渠道化比較普遍，對水系結構的影響較大。作為河流水體與陸地生態的緩沖地帶，南明河河岸帶多固化成為了生活區和商業區，對河岸帶有一定的影響。

綜上所述，南明河的水系結構受城市化的影響相對嚴重，其中河道渠道化、支流蓋板化、河岸帶固化等給水系結構帶來的影響尤為嚴重；本節提出的水系結構指標體系，有助于合理地判斷城市化對南明河水系結構的影響狀況，為南明河的綜合管理與消除城市化對南明河水系結構的影響提供了科學參考。