刘兆胜

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114039)

河流萎缩演变度是河流治理规划的重要依据。当前，随着人类活动对河流影响程度的不断加剧，河流均出现不同程度的萎缩演变，为提高河流治理规划的科学依据，需要对河流萎缩演变程度进行定量评价。当前，对于河流萎缩演变度的研究逐步得到国内学者的广泛关注，并取得一定的研究成果，但是这些研究大都基于河道形态特征进行河流萎缩度的定量评价，而河流水文特征、水生态特征也是影响河流萎缩程度的两个重要环节，为此需要结合河流形态、水文特征、水生态特征构建综合改变度，对河流萎缩演变程度进行综合定量评价。

1 多要素河流综合改变

1.1 评价指标

从河流萎缩演变的全面性、代表性、资料获取的难易程度以及指标的实用和推广性出发，结合河道特征、水文特征以及水生态特征三方面构建河流萎缩演变程度综合评价指标体系。评价的指标体系见表1。

1.2 评价方法

主要采用模糊数学的概念建立综合要素改变度。首先构建要素统计变量xi，设定其取值的范围在[ai，bi]之间，若河流在天然时期的统计变量为xi，0，则其t时段的综合要素统计变量为xt，0。当该指标逐步减小时，河流呈现一定的萎缩程度，若指标增加时，其河流呈现一定的发育程度。河流综合要素改变度的计算方程为：

表1 河流萎缩演变程度评价指标体系

(1)

若该指标呈现减低变化趋势时，河流呈现整体发育程度，增加时河流出现一定程度的萎缩变化，其综合改变度的计算方程为：

(2)

在上述方程中，Di，t表示为综合要素i在t时段内的综合改变度，i表示为计算的指标；ai,bi分别表示综合要素统计变量的最大和最小值。

当Di，t小于0时，河流呈现一定的萎缩变化程度，而大于0时，河流呈现一定的发育程度。

由于河道形态、水文特征以及水生态特征均对河流演变程度产生多方面的影响，因此对河流演变进行分析，需要引入基于以上3个要素的综合改变度进行河流萎缩演变程度的分析。假定某一河流的萎缩演变程度有n个综合指标要素组成，则在t时段河段的萎缩程度可采用以下方程进行表示：

(3)

结合方程(1)和方程(2)，对各时段不同要素指标i的综合改变度Di，t进行计算，t时段河流要素综合改变度Dt的计算方程为：

(4)

在方程(4)中，ωi表示为指标要素i在整个评价改变度指标中所占据的权重值，主要采用二元比较方法进行设定。

为对河流萎缩演变程度进行定量评价，需要对其综合改变度进行指标的界定，设定的指标等级范围见表2。

表2 河流综合改变度评价标准

1.3 评价步骤

在对河流萎缩演变程度进行定量评价时，应用以下几个步骤进行。

(1)对河道形态、水文特征、水生态分析数据进行收集和整理，对各评价指标的最大、最小值的范围进行界定。

(2)采用方程(1)和(2)对评价指标进行综合改变度的定量计算。

(3)从河道形态、水文特征、水生态3个方面出发，结合二元比较方法对各指标的权重值进行设定，定量分析计算不同指标的综合改变度。

(4)对河道综合要素指标的权重进行设定，分析计算河流萎缩演变改变度。

2 实例应用

2.1 指标的选取

(1)河道形态

河道形态综合演变主要包括横向和纵向演变的指标，选取的评价指标为特征水位下对应的河道过水断面的面积、断面形态最低点的高程、特征水位下河道行洪能力。本文的基准期即天然时期为80年代以前，各选取的典型河流的形态指标见表3。

本文结合辽宁河流演变的研究成果及其辽宁省河流实际变化特征，对河道过水断面面积及特征水位下的过水能力的最低值设定为0，最大值主要采用基准值的2.5倍。河道断面的最低点高程以及最大值主要采用河道地形观测的实际数据获取。

(2)水文特性

河道水文特征主要选用径流、泥沙以及洪水等3项要素，即年径流量、年河道输沙量以及河道的最大洪峰流量。河道形态的基准期同样选用80年代，各个时段的水文特征值见表4。

表4中年最大流量、年最大洪峰流量以及年输沙量主要以实测年径流系列中的最大值以及最大值作为设定的阈值。

(3)水生态

选取高锰酸盐指数、氨氮含量和鱼类物种数作为河流水生态演变指标，基准期依然采用80年代。各个时段的水生态统计指标见表5。

从表5中可看出，两个水质指标高锰酸盐指数和氨氮含量以水质I类和V类作为其评价阈值的上限和下限。对于河流鱼类的种群数量，其最小值为0，考虑典型河道调查的鱼类数量显现较为明显的递减变化趋势，结合河湖健康评价的相关标准，设定典型河段鱼类数量的上限值为80年前的鱼类种群的数目。

2.2 各要素改变度的计算结果

(1)水文特征改变度的计算

表3 河道形态演变指标及其阈值的设定结果

从表中可看出，小凌河上、下游相对于基准期，其改变度在-0.121～-0.454之间，水文特征属于低度～中度的萎缩演变程度；兴城河上、中、下三段的水文特征改变度相对于基准期在-0.413～0.018之间，总体属于低度萎缩～基本稳定的演变状态；六股河、大清河、登沙河以及碧流河的水文特征改变度总体呈现低度萎缩的演变状态。

(2)河道形态改变度的计算

结合河道形态的特征指标，应用河道形态改变度计算方法，对河道形态特征改变度进行计算。计算结果见表7。

从表中计算结果可看出，对于河道形态演变而言，小凌河上、下游相对于基准期的改变度在-0.052～-0.543之间变化，总体呈现中度萎缩的演变状态；兴城河上、中、下游三段的河道形态改变度在-0.454～0.648之间变化，总体呈现中度发育的演变状态；六股河、大清河、登沙河以及碧流河的河道形态改变度总体呈现低度萎缩～中等发育程度的演变状态。

(3)河道生态要素改变度的计算

表4 河流水文特征指标及其阈值设定结果

结合河道生态的特征指标，应用水生态改变度计算方法，对河流水生态改变度进行计算。计算结果见表8。

从表中计算结果可看出，对于水生态演变而言，小凌河上、下游其相对于基准期的改变度在-0.832～0.092之间变化，水生态总体呈现低度萎缩的演变状态；兴城河上、中、下游3段的河道形态改变度在-0.105～-0.848之间变化，总体呈现中度～高度萎缩的演变状态，可见近些年来人类活动对河流生态影响较大；六股河、大清河、登沙河以及碧流河的河道形态改变度总体呈现中度萎缩～高度萎缩的演变状态。

2.3 综合改变度的计算结果

在水文特征、河道形态、水生态要素改变度计算的基础上，对河道综合改变度进行计算，计算结果见表9。

从计算结果可看出，小凌河上、下游河道综合改变度在-0.125～-0.657之间，总体属于低度～中度萎缩演变的程度，而兴城河上、中、下游河道综合改变度在-0.148～-0.495之间变化，属于低度～中度萎缩演变的程度，六股河综合改变度在-0.427～-0.690之间变化，属于中度萎缩的演变程度，总体上看辽东湾西部小凌河、兴城河以及六股河的综合改变度在-0.69～0.125之间，总体处于中度萎缩的演变状态。辽东湾东部的大清河、登沙河、大清河的综合改变度在-0.007～-0.689之间，总体属于低度萎缩。

表5 河流生态指标选定及其阈值设定结果

表6 水文特征综改变度计算结果

表7 河道形态特征改变度的计算结果

表8 河道水生态要素改变度的计算结果

表9 河道综合改变度的计算结果

3 结论

(1)采用河流综合改变度的方法可实现河流萎缩演变程度的定量分析，对于河流治理规划设计、河长制“一河一策”方案制定等具有重要的应用和推广价值。

(2)从各典型河段各指标改变度分析结果可看出，各河段不同时期水生态改变度明显高于水文特征及河道形态的改变度，可见，受人类活动的影响，河流水生态萎缩演变状态加剧。

(3)本文在河道形态中未考虑其断面泥沙淤积变化对河流综合演变的影响，在以后的研究中还需要加入冲淤变化指标分析其河道形态的综合改变度。