季香华

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124100)

1 区域概况

辽河流域盘锦段起始于辽宁西南部台安县附近，流经台安、盘山、大洼等区县后注入辽东湾。辽河干流盘锦段总长124.3 km，主要有清水河、螃蟹沟、一统河、太平河、绕阳河等支流，河网水系密布，大小河流共21条，总流域面积3 570 km2，除西北部隶属凌河水系其他大部分都属于辽河水系。该河段为温带大陆性半湿润季风气候，平均气温8.4℃，每年冰封期为3个月，水产品资源丰富，历来盛产刀鲚、乌鳢、鲶鱼、鲈鱼、梭鱼、黄颡鱼、河蟹等水产品，属于盘锦市重要的渔业水域。然而，化工生产以及城市生活排污严重威胁着渔业资源产量，梭鱼、刀、鲈鱼频临绝产，鱼、蟹、虾产量逐年下降。因此，本文结合土地利用类型、人类活动和河道闸坝情况，通过实地监测调查沿河流走向布设25个采样点，及时了解和掌握该河段物理栖息地完整性状况，旨在为辽河盘锦段渔业资源保护和水域污染治理提供决策依据。

2 评价方法

2.1 评价指标

根据辽河流域的自然特征和城市河流强人为干扰的特点，借鉴Tavzes等相关文献资料选择10项代表性指标[1-3]，其计算方法与特征如表1。基于完整性特点，将各指标归结为纵向、垂向和横向3个维度，其中纵向完整性包括河流蜿蜒度(RM)、纵向连通性(LC)、生态流量满足率(EF)；垂向完整性包括栖境复杂性指数(HCI)和底质构成指数(SCI)；横向完整性包括土地利用类型指数(LUI)、人类活动强度指数(AFI)、植被缓冲带宽度(RVW)、植被覆盖率(RVC)、横向连通性(TC)。

由表1可知，各指标(除RM)取值处于0～1范围，其取值越接近于1则河流物理栖息地完整性越好[4]。参考文献[5]采用分级方法划分栖息地质量等级，各指标得分大于等于所有点中该指标最高得分的80%、60%～80%、40%～60%、20%～40%、小于20%依次为好、较好、一般、较差、差等级。

表1 河流物理栖息地完整性评价体系

2.2 计算方法

本文拟利用改进的灰色聚类法评价河流物理栖息地完整性，其主要步骤如下：

步骤1：设m个监测点的n个监测指标构成的白化矩阵为C=m×n，元素ckj代表监测点k的聚类指标j的白化值。

步骤2：标准化处理。标准化处理监测指标的白化值，其表达式为：

(1)

式中：dkj代表监测点k中监测指标j的标准化值；c0j代表监测指标j的参考标准。然后利用以下公式标准化处理灰类，即：

(2)

式中：rji代表监测指标j中灰类i的标准化值；sji代表监测指标j中第i个灰类值；h为灰类总数。

步骤3：白化函数。聚类指标对灰类的亲疏关系利用白化函数反映，监测指标j中灰类1、灰类i、灰类h的白化函数如下：

(3)

(4)

(5)

步骤4：求解聚类权。一般地，各监测指标对同一灰类的权重可以利用聚类权来衡量，鉴于不同指标对评价结果的贡献率存在明显差异，拟运用信息熵原理确定各指标熵权，最终聚类权等于信息熵权与传统聚类权的乘积，信息熵计算公式为：

(6)

(7)

聚类权值ωji的数学计算公式如下：

(8)

步骤5：求解聚类系数。隶属于不同灰类的程度可以利用聚类系数来描述，监测点k中灰类i的聚类系数εki拟利用以下公式进行求解，具体如下：

(9)

式中：fji(dkj)代表监测点k中监测指标j的灰类i的白化函数。采用隶属于各个灰类的聚类系数构造聚类行向量，各监测点所属的类别即为聚类系数最大值所对应的灰类。

3 结果与分析

3.1 灰色聚类分析

结合辽河盘锦段生物栖息地野外调查结果和监测指标最高得分，遵循等级划分原则确定各项指标分级标准，如表2。采用信息熵改进后的灰色聚类法计算各个监测点聚类系数及其所属等级，如表3。

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表2 监测指标分级标准

表3 基于灰色聚类法的各监测点所属类别

3.2 物理栖息地完整性评价

由图1可知，LUI、LC、EF、RVC和RM等指标对辽河盘锦段物理栖息地完整性影响较大。结果表明，参与评价的25个监测点中评价等级为较差、一般、较好、好的监测点所占比例为24%、36%、20%、20%，其中PJ1、PJ3、PJ8、PJ11、PJ12、PJ23六个监测点的评价结果为较差。

图1 各监测指标熵权

图2表明，6个监测点的RM、LC、EF监测指标灰类均达到较差等级，监测点PJ1的RVC、LUI、TC监测指标也较差，这是由于PJ1监测点附近的闸坝阻断了河流纵向连通性，并且监测点位于住宅与路网较密集的城市核心区。监测点PJ3、PJ8、PJ12的垂向完整性与纵向完整性均较差，其中监测点PJ3的上游建有卵形硝化池，出水水质较差且周边河床淤泥沉积，HCI值和SCI值较低；监测点PJ8的水质较差，水体微臭且河床有淤泥沉积，河岸住宅密集且人口密度大；监测点PJ12、PJ23上游建有污水处理厂，出水水质较差且河岸有垃圾堆放，林草覆盖率较低；监测点PJ11地处灌渠内，灌渠筑坝取水降低了河流来水量及其纵向连通性。

图2 部分监测点的指标灰类等级

采用MATLAB软件绘制辽河盘锦段物理栖息地完整性评价指标热图，结果显示SCI、LUI、LC、EF等指标对评价结果造成较大的负面影响。实际上，EF反映了水质与水量状况。从水量的角度上，水资源严重短缺是辽河流域面临的最突出的矛盾，这在很大程度上限制了盘锦段来水量；从水质的角度上，辽河干流接纳了盘锦市污水处理厂来水以及沿河部分小区直接排放的生活污水，小流量河流直接接纳污水处理厂出水将严重影响河流的生态环境。

从防洪与城市景观的层面上，城市河段修建的闸坝破坏了水生生物直接生活的栖息地完整性和河岸植被完整性，辽河干流盘锦段现有闸坝将河流割裂成独立的小单元，严重影响LC值。此外，随着城市化进程的加快和经济社会的快速发展，城市土地和河岸带土地利用类型剧烈变化，在一定程度上影响河流生态。辽河盘锦段的LUI值较低，但LUI权重最大产生的负面效应也最大，加之城市周边地区的ULI小于核心区，即城市周边的土地利用类型等级稍劣于城市核心区，这是由于城市周边缺乏比较完善的规划，对河流物理栖息完整性破坏较城市核心区更高。

河流底质提供了供水生动植物、栖息生物栖息的环境，闸坝的修建以及水量不足限制了河流对沉积物的输送，河道内各种沉积物淤积并产生大量的淤泥，致使栖息地的多样性逐渐丧失，所以河道SCI较差。

在空间尺度上辽河盘锦段物理栖息地完整性变化特征如图3，从图3可以看出各监测点灰度等级表现出周习性特征，并且闸坝出现与完整性变化具有相同的周期性。监测点PJ1-PJ13之间的物理栖息地完整性波杜要大于监测点PJ13以后的波动，即从上游到下游的波动变化中物理栖息地完整性有所改善，这是由于城市核心区的上游河段受人为干扰程度相对较大。

图3 栖息地完整性空间变化特征

4 结语

(1)将辽河盘锦段物理栖息地完整性利用信息熵改进的灰色聚类法评价，结果显示参与评价的25个监测点中评价等级为较差、一般、较好、好的监测点所占比例为24%、36%、20%、20%，PJ1、PJ3、PJ8、PJ11、PJ12、PJ23六个监测点的评价结果较差。

(2)EF、LC、LUI监测指标对评价结果的贡献率依次为26%、20%、18%，从空间上自然河流的完整性变异低于城市河流，通过改变底质和纵向连通性闸坝降低了辽河盘锦段物理栖息地完整性，通过影响EF污水处理厂降低了栖息地完整性。

(3)LUI、LC、EF监测指标对物理栖息地完整性评价的贡献率较大，信息熵权能够保证指标赋权和评价结果的科学合理性，研究成果可为辽河盘锦段渔业资源保护和水域污染治理提供一定指导。