第3章　城市化對(duì)南明河水系的影響

3.1　城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響

水系結(jié)構(gòu)指一個(gè)流域或區(qū)域內(nèi)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(tài)共同構(gòu)成了水文和水系生態(tài)的研究基礎(chǔ)。有關(guān)水系水網(wǎng)結(jié)構(gòu)的研究可以追溯到20世紀(jì)20年代，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)等手段獲得河流數(shù)量、長(zhǎng)度、子流域面積和比降等河流發(fā)育規(guī)律，其中美國(guó)學(xué)者霍頓提出的“霍頓定律”影響力較大，主要揭示了流域水網(wǎng)中河流級(jí)序與河流數(shù)量呈對(duì)數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與河流長(zhǎng)度呈對(duì)數(shù)正相關(guān)關(guān)系。

近年來(lái)，南明河水系結(jié)構(gòu)受城市化影響逐漸變大，南明河城區(qū)河段上建設(shè)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(guò)程中，城區(qū)河段堤岸過(guò)度固化，阻隔了河床內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)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(yè)區(qū)，支流出現(xiàn)渠道化、蓋板化的情況，水系原有結(jié)構(gòu)受到破壞，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。因此，探討城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響，解決以上問(wèn)題迫在眉睫。

由于水系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使城市化對(duì)水系結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)成為一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。因此，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該能夠準(zhǔn)確地反映水系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)狀況，以及在人類活動(dòng)作用下水系結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)，建立指標(biāo)體系應(yīng)該遵循以下原則：

（1）科學(xué)性。從水系結(jié)構(gòu)出發(fā)，指標(biāo)概念必須明確，有一定的科學(xué)內(nèi)涵，能夠客觀反映水系結(jié)構(gòu)的基本特征。

（2）系統(tǒng)性。所選指標(biāo)必須形成一個(gè)完整體系，全面地反映出水系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征，各指標(biāo)之間應(yīng)具有不可替代性，即每個(gè)指標(biāo)應(yīng)該是獨(dú)立、相對(duì)穩(wěn)定的，并且能夠反映水系結(jié)構(gòu)的組成成分以及指標(biāo)之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（3）指標(biāo)差異性。選擇的指標(biāo)應(yīng)反映水系結(jié)構(gòu)的差異，以確保選取的指標(biāo)反映水系結(jié)構(gòu)特征。

（4）可操作性。所選指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)具有易獲取性，即通過(guò)調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、遙感等手段可迅速獲得，并且易于定量計(jì)算，現(xiàn)實(shí)意義明確。

3.1.1　南明河水系主要結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)體系

針對(duì)貴陽(yáng)市典型喀斯特地貌，南明河水系山區(qū)城市河流的特點(diǎn)，結(jié)合貴陽(yáng)市城市水系歷史資料匱乏等實(shí)際情況，提出建立城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以揭示人類高強(qiáng)度活動(dòng)對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響，為城市化進(jìn)程中河流水系的保護(hù)和管理提供依據(jù)。

研究將水系結(jié)構(gòu)的河岸穩(wěn)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(hù)岸生態(tài)化狀況、濕地狀況、河流縱橫斷面形態(tài)、支流蓋板化比例以及河流支干比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

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

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

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

（4）河道渠道化。在河流形態(tài)上趨于直線，河流的橫斷面從自然河流的復(fù)雜形狀變得規(guī)則，使用硬質(zhì)材料構(gòu)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(xiàn)了彎曲的情況，通常采用河道彎曲系數(shù)，即河道實(shí)際長(zhǎng)度與河道直線距離的比值來(lái)描述。

河道彎曲狀況用彎曲系數(shù)Ka為

式中　L——研究河段實(shí)際長(zhǎng)度；

I——研究河段起點(diǎn)和終點(diǎn)的直線距離。

（6）護(hù)岸生態(tài)化狀況。河流水陸接壤處生態(tài)護(hù)岸的覆蓋狀況，通常用生態(tài)護(hù)岸長(zhǎng)與研究河段長(zhǎng)的比值來(lái)表示。

（7）濕地狀況。濕地可以為水生動(dòng)物提供生境，并且有調(diào)節(jié)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(tài)。縱斷面形態(tài)用深度比來(lái)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(tài)用寬度比來(lái)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(duì)水系結(jié)構(gòu)影響越小，營(yíng)造多樣的棲息地、提高水質(zhì)自凈化能力越強(qiáng)。

（9）支流蓋板化比例。南明河的有些大溝原來(lái)是南明河的天然支流，經(jīng)歷城市化后，現(xiàn)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(duì)支流的影響越大，對(duì)水系結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，km；

L支——支流長(zhǎng)度，km。

（10）河流支干比。反映河網(wǎng)各級(jí)河流的構(gòu)成，河流的支干比越大，表明支流長(zhǎng)度超過(guò)干流長(zhǎng)度越多，對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用越有利。

河流支干比的公式為

式中　LW——W級(jí)支流的長(zhǎng)度，km；

L0——主干河流長(zhǎng)度，km。

3.1.2　城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響的指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建

3.1.2.1　城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在構(gòu)建城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)在全面展示南明河水系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建能夠客觀反映城市化對(duì)水系結(jié)構(gòu)影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)指標(biāo)選取的基本原則，將整個(gè)指標(biāo)體系分為三個(gè)層次，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

1.目標(biāo)層

目標(biāo)層是城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的最高層，山區(qū)城市水系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的目標(biāo)在于綜合評(píng)價(jià)水系結(jié)構(gòu)的健康狀況，反映出南明河目前出現(xiàn)的問(wèn)題，判斷出南明河的健康水平，最終作為指導(dǎo)南明河開發(fā)利用、管理及保護(hù)和維持南明河健康的依據(jù)。

2.準(zhǔn)則層

準(zhǔn)則層反映水系結(jié)構(gòu)影響評(píng)價(jià)應(yīng)該從河流形態(tài)與河流結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行，河流形態(tài)是各項(xiàng)功能發(fā)揮的基礎(chǔ)，因而評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)該考慮城市化對(duì)河流形態(tài)、結(jié)構(gòu)的影響。河流結(jié)構(gòu)的最突出特征是能夠保持長(zhǎng)期的自然流動(dòng)性，而保持流動(dòng)性有利于保持流動(dòng)的河流形態(tài)結(jié)構(gòu)。

3.指標(biāo)層

指標(biāo)層是構(gòu)成水系結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的最基本元素，是對(duì)應(yīng)目標(biāo)層內(nèi)容的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，表述各個(gè)分類指標(biāo)的不同要素，通過(guò)定量或者定性指標(biāo)直接反映河流健康狀況。南明河水系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)主要從縱橫斷面形態(tài)、河道變化、河道彎曲狀況、河岸穩(wěn)定性、護(hù)岸變化、濕地狀況、河道縱向連通性等角度進(jìn)行考慮。

3.1.2.2　評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是指應(yīng)用于水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)評(píng)價(jià)的尺度和界限，是水系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的核心部分，是人們認(rèn)識(shí)水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)價(jià)值的反映，表明了人們重視什么指標(biāo)、忽視什么指標(biāo)，具有引導(dǎo)人類活動(dòng)向維護(hù)水系結(jié)構(gòu)方面努力的作用。

結(jié)合城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響的實(shí)際情況，把城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響按照1～5分，分別代表5個(gè)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，具體見表3-1。

3.1.3　指標(biāo)體系權(quán)重確定

權(quán)重是各指標(biāo)在評(píng)價(jià)過(guò)程中重要程度的反映，指標(biāo)權(quán)重取決于兩個(gè)方面：①指標(biāo)本身在決策中的作用和指標(biāo)價(jià)值的可靠程度；②決策者對(duì)該指標(biāo)的重視程度。權(quán)重賦值合理與否，將會(huì)影響到評(píng)價(jià)結(jié)果及其可信度與有效性。因此，權(quán)重的賦值必須做到合理、客觀。從指標(biāo)權(quán)重的研究成果來(lái)看，主要有三大類確定權(quán)重的方法：①第一類權(quán)重完全由各指標(biāo)在被評(píng)價(jià)單位中的實(shí)際數(shù)據(jù)信息計(jì)算得出，被稱作客觀賦權(quán)法，簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)法、均方差法、熵權(quán)法等都是客觀賦權(quán)法，其優(yōu)點(diǎn)由“差異驅(qū)動(dòng)”原理生成，反映客觀信息，但是缺乏管理者的主動(dòng)性因素信息，容易造成評(píng)價(jià)結(jié)果或排序結(jié)果與決策者的主觀愿望相差很大甚至相反；②第二類權(quán)重?cái)?shù)據(jù)主要由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主觀判斷得到，稱為主觀賦權(quán)法，其代表為層次分析法，該類方法是由“功能驅(qū)動(dòng)”原理生成的，評(píng)價(jià)結(jié)果主觀隨意性相對(duì)客觀賦值法大；③第三類方法將主觀權(quán)重與客觀權(quán)重結(jié)合起來(lái)，稱為綜合賦權(quán)法。由于研究綜合評(píng)價(jià)對(duì)象是南明河水系結(jié)構(gòu)狀況，評(píng)價(jià)對(duì)象僅有一個(gè)，數(shù)據(jù)較少，不便采用客觀賦值法和綜合賦權(quán)法，因此，選用方法成熟、應(yīng)用廣泛的層次分析法來(lái)確定權(quán)重。

層次分析法（簡(jiǎn)稱AHP）是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty等人于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，其基本過(guò)程是：根據(jù)問(wèn)題的總目標(biāo)，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)，把問(wèn)題分解成若干因素（或元素），并按其支配關(guān)系構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型，然后應(yīng)用兩兩比較的方法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于上一層次要素之間的相對(duì)重要性，得到比較判斷矩陣，計(jì)算判斷矩陣對(duì)應(yīng)特征方程的最大特征值及特征向量，進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)，依次進(jìn)行下去后，利用同一層次中所有層次單排序結(jié)果，計(jì)算針對(duì)最高層次而言本層次所有元素重要性的權(quán)值，即層次總排序及一致性檢驗(yàn)，最后確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重。該方法將評(píng)價(jià)者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)思維過(guò)程數(shù)字化，具有較強(qiáng)的邏輯性、實(shí)用性和系統(tǒng)性。

根據(jù)南明河水系結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，通過(guò)專家咨詢并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)與實(shí)地考察，確定各個(gè)指標(biāo)的重要性，按照層次結(jié)構(gòu)關(guān)系的重要性進(jìn)行判別并構(gòu)造與之對(duì)應(yīng)的判斷矩陣，計(jì)算出南明河水系結(jié)構(gòu)各指標(biāo)權(quán)重，其中南明河水系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)總矩陣及權(quán)重見表3-2，南明河河流形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)矩陣及權(quán)重分別見表3-3、表3-4。

表3-2說(shuō)明，在水系結(jié)構(gòu)中河流結(jié)構(gòu)特征最重要，其次才是河流形態(tài)特征。各具體指標(biāo)的權(quán)重仍采用層次分析法確定，權(quán)重見表3-3、表3-4。

為了得出城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)影響的評(píng)價(jià)值，考慮到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，提出水系結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（S）的計(jì)算公式為

式中　S——綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；

kj——第j個(gè)準(zhǔn)則層的權(quán)重；

ki——某準(zhǔn)則層選取的第i個(gè)指標(biāo)在該準(zhǔn)則層所占的權(quán)重；

Z——各指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果；

n、m——評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。

河流水系結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)越高，說(shuō)明水系結(jié)構(gòu)受城市化影響越小，否則相反，總共分為五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，具體見表3-5。

3.1.4　南明河水系結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)結(jié)果

按照南明河水系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)體系的評(píng)分方法，由多位專家對(duì)南明河城區(qū)段的水系結(jié)構(gòu)進(jìn)行打分，將評(píng)分結(jié)果匯總，針對(duì)個(gè)別有爭(zhēng)議的得分，多次召開專家會(huì)進(jìn)行討論，最終確定了南明河水系結(jié)構(gòu)各個(gè)指標(biāo)的得分，其結(jié)果見表3-6。

由表3-2～表3-4中所得權(quán)重，結(jié)合表3-6專家對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的評(píng)分結(jié)果，利用式（3-4）得出南明河水系結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為2.94。研究結(jié)果表明南明河的水系結(jié)構(gòu)受城市化中度影響，水系結(jié)構(gòu)原有形態(tài)破壞相對(duì)嚴(yán)重。結(jié)合南明河的實(shí)際情況，河道彎曲狀況較好，所設(shè)置的翻板壩與攔水壩，通過(guò)攔蓄河水、形成景觀水面，營(yíng)造梯級(jí)水面景觀，起到了美化市區(qū)的作用，對(duì)河流縱向連通性并未造成較大影響。貴陽(yáng)市城市化發(fā)展進(jìn)程中，水系面積被侵占，中心城區(qū)中小河流以及泉塘等水系末級(jí)水體大量消失，被城市化發(fā)展所湮沒(méi)，水系結(jié)構(gòu)遭到破壞，主干化明顯，嚴(yán)重干擾城市水系結(jié)構(gòu)自然演變。大量支流經(jīng)過(guò)渠道化轉(zhuǎn)變?yōu)樯w板大溝，渠道化比較普遍，對(duì)水系結(jié)構(gòu)的影響較大。作為河流水體與陸地生態(tài)的緩沖地帶，南明河河岸帶多固化成為了生活區(qū)和商業(yè)區(qū)，對(duì)河岸帶有一定的影響。

綜上所述，南明河的水系結(jié)構(gòu)受城市化的影響相對(duì)嚴(yán)重，其中河道渠道化、支流蓋板化、河岸帶固化等給水系結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響尤為嚴(yán)重；本節(jié)提出的水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，有助于合理地判斷城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響狀況，為南明河的綜合管理與消除城市化對(duì)南明河水系結(jié)構(gòu)的影響提供了科學(xué)參考。