宋进喜 魏珂欣 邵创 任源鑫 程丹东 李宁

宋进喜，

男，二级教授，博士生导师，现任西北大学城市与环境学院院长，陕西省黄河研究院执行院长，西北大学秦岭研究院常务副院长，陕西省地表系统与环境承载力重点实验室副主任等职务。入选国家百千万人才工程、国家有突出贡献中青年专家、中国科学院“百人计划”、教育部“新世纪优秀人才支持计划”、 陕西省“高层次人才特殊支持计划”科技创新领军人才、陕西省中青年科技创新领军人才。主要从事水文学、水资源及水生态研究。先后主持包括6项国家自然科学基金（重点、面上、青年、专项项目课题）在内的国家及省部级科研课题20余项。发表学术论文160余篇，其中SCI论文110余篇。研究成果“基于河流健康的生态流量及其保障措施研究”荣获2012年度陕西省科学技术一等奖（第一完成人），研究成果“河流潜流带生态-水文作用机理及水生态健康评价”荣获2022年度陕西省自然科学一等奖（第一完成人）。

摘要：

为科学评价河流可持续性并识别其主要制约因子，从水安全、水资源、水生态、水环境、水经济、水文化6个方面选取22个指标构建河流可持续性评价指标体系及模型。通过AHP法赋权并识别主要表征因子，引入Fuzzy模糊数学和秩和比（RSR）法改进TOPSIS模型，提出可持续性水平评价方法，并以2010～2019年渭河陕西段为例，分析了河流可持续性水平随时间的变化情况，以敏感性指数SI探究了不同时期河流可持续性对指标变化的敏感程度。结果表明：① 渭河陕西段可持续性主要表征因子为径流调蓄能力和水生生物完整指数；② 总体来看，渭河陕西段可持续性水平整体为逐年上升趋势，等级从初步可持续（2010年）提高至较可持续（2019年）；③ 不同年份渭河陕西段可持续性的主要敏感因子有所差异，整体对堤防防洪标准达标率I2和富营养化指数I11的波动敏感程度较大。研究结果验证了河流可持续性指标评价方法的合理性，可为流域可持续发展和水资源管理提供借鉴。

关 键 词：

河流可持续性； 指标体系； TOPSIS模型； AHP； 秩和比法； 渭河陕西段

中图法分类号： TV213.4

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.005

0 引 言

水是生命的源泉，流域水體是生态系统重要的基础保障。随着经济的快速发展，人水矛盾日益突出，主要表现在水安全破坏、水资源短缺、水环境恶化、水生态退化、水经济低效、水文化弱化［1-3］。人水矛盾问题不仅影响流域居民生命安全，更严重制约经济社会持续发展。开展河流可持续性评价研究对保护流域生态环境以及促进经济社会健康持续发展具有重要意义。目前，关于流域健康的系统评价及实例研究主要集中在河流健康评价［4-6］、建设管理建议［7-10］等方面，对其可持续性和经济价值的关注较少。协调好水经济与水安全、水资源、水环境、水生态、水文化的关系，推动经济高质量发展，对中国社会可持续发展、水资源合理开发利用等具有重要作用。在评估河流可持续性水平时需考虑水资源的经济特性，将水经济发展程度纳入评价范围。

本文提出高效水经济层次，用以表征流域水经济发展程度，可较全面系统地评价河流可持续性。高效水经济是指高效利用水资源，提高水资源利用效率，进行可持续性水管理从而促进经济社会可持续发展［11］。当前河流健康评价研究多采用指标体系评价方法，对其评判标准的制定研究较少，而科学地划分标准对评价结果的准确性至关重要，需要较为合理的量化标准评价方法。因此，对河流可持续性评价指标体系方法的研究有待进一步深化。

近年来，过度干预和高强度开发渭河流域导致的流域生态系统失衡与生态安全威胁问题日渐凸显［12］。由于在水资源开发利用中缺乏有效的管理机制和保护措施，不少地方水资源供需矛盾日益尖锐，并引发了一系列环境问题，如生态流量不足、水质恶化，成为当前制约渭河流域可持续发展的重要问题［13］。本文以渭河陕西段为例，引用全过程动态水资源评价模型［14］，构建较为完善的河流可持续性评价指标体系及模型，通过指标量化及科学制定可持续性水平划分标准识别河流可持续性的主要影响因子，对2010～2019年河流可持续性水平随时间变化情况进行综合分析，以期为流域可持续发展和水资源管理提供参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 区域概况

渭河流域即渭河及其支流（泾河、北洛河等）的汇水区域。渭河干流总长度为818 km［15］，流域面积134 766 km2，起于渭源鸟鼠山，于宝鸡凤阁岭附近流入陕西省，在潼关汇入黄河。其中，渭河陕西段长度为502.4 km，流域面积67 108 km2，地跨黄土高原、关中盆地和秦岭北麓山，在陕西省境内流经西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、杨凌区。渭河是陕西省农业重要的灌溉水源，具有防洪、维护生态平衡等功能。渭河陕西段概况如图1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 指标体系构建

综合考虑渭河陕西段实践条件及发展需要，参考关于幸福河［6，16-17］、河流健康［8，15］、生态文明［12］、水资源集约利用及可持续性评价［18-21］等相关文献，依据国家相关规划文件及评价导则，如SL/Z 738-2016《水生态文明城市建设评价导则》［22］、SL/Z 552-2012《用水指标评价导则》［23］、GB/T 28284-2012《节水型社会评价指标体系和评价方法》［24］、SL 429-2008《水资源供需预测分析技术规范》［25］和《黄河流域综合规划（2012～2030年）》［26］等，并听取专家意见，确定指标层指标，最终选取的指标如表1所列。

指标体系构建秉承全面考虑流域的防洪安全、有效供给、生态良好、环境宜居、经济发展、文化传承等多层次、多角度体现流域可持续发展的宗旨。综合考虑渭河陕西段实际条件及发展需要，将河流可持续性评价划分为水安全、水资源、水生态、水环境、水经济、水文化共6个方面，分别对应准则层水安全防洪能力评价（G1）、水资源供给能力评价（G2）、水生态健康状态评价（G3）、水环境良好状况评价（G4）、水经济发展程度评价（G5）、水文化传承程度评价（G6）。针对每个准则层的表征内涵，选取能够体现该准则层的指标，建立河流可持续性评价指标体系（见表1）。

1.2.3 数据来源

文章数据主要来源于2010～2019年陕西省统计年鉴、2010～2019年陕西省水资源公报、2010～2019年陕西省国民经济和社会发展统计公报、2010～2019年陕西省生态环境状况公报、2010～2019年黄河泥沙公报、2010～2019年黄河流域（片）水土保持公报、水情信息等。

2 结果与分析

2.1 指标权重及主要表征因子识别

基于建立的河流可持续性指标评价体系，对渭河陕西段进行河流可持续性水平综合评价研究。AHP法是专家学者进行指标评价时常采用的方法，其传递性好、普适性高。根据准则层权重排序可知，6个准则层中，水安全防洪能力评价的重要性最高，经标准化后赋权为0.282，这与许多学者［4-5，7，16］的观点相符合，即河流安全是保障河流可持续健康发展的基础，反映出水安全防洪能力对河流可持续性的重要性。其次是水生态健康状态评价（权重为0.199），这是因为健康的河流水生态系统对于人与自然的和谐发展具有重要作用。所得结果与其他学者结果的不同之处在于本文指出水经济发展程度具有一定的重要性（赋权结果为0.141），主要原因是水资源对经济的承载能力、流域居民经济水平等可以体现人民幸福感的指标内涵，对保障流域可持续发展具有一定的借鉴和研究价值。由指标层因子矩阵分布及综合权重计算结果可知，径流调蓄能力、水生生物完整指数、堤防防洪标准达标率、富营养化指数、万元工业增加值用水量、水文化传承载体数量、城市防洪达标率是影响河流可持续性水平的主要制约因子（见表3）。洪灾对人民安全和社会综合治理具有巨大危害，有效保障河流安全运行对河流健康及可持续发展尤为重要，因而径流调蓄能力和堤防防洪标准达标率的权重较大。渭河陕西段的水生生物物种较为丰富，但受人为干扰的影响，河流生境状况存在生态环境隐患，故水生生物完整指数和富营养化指数对河流可持续性具有重要意义。所有准则层和指标层的判断矩阵均满足一致性检验，所得权重具有一致性，方法的合理性得到验证。然而，河流可持续性水平评价是动态的、复杂的，单一采用层次分析法也存在一定的局限性，仍需完善，应结合所研究区域特色并充分考虑河流可持续性开展进一步的科学研究。

2.2 渭河陕西段可持续性水平评价

以RSR值为自变量，各组平均秩次经修正后的向下累计频数所对应概率单位P值为因变量，进行线性回归。从F检验结果分析可知：差异性水平呈现显著性，变量之间存在回归关系，模型的拟合程度R2=0.949，模型表现较为优秀，模型构建良好且基本满足要求。模型公式为RSR=-0.183+0.135P。

TOPSIS法、RSR法、TOPSIS-RSR联合法这三种方法下的河流可持续性水平评价结果存在差异，主要原因是TOPSIS容易受极端值影响。将TOPSIS与RSR联合进行综合评价，既改良了TOPSIS受离散程度较大值的影响，又弥补了RSR未充分利用指标数据的不足，提高了评价结果的科学性。研究结果表明：经改进后建立的TOPSIS-RSR-Fuzzy综合评价模型，具有一定的可行性，可使评价结果更加准确合理。

依据择多原则，渭河陕西段可持续性水平综合评价结果从高到低的相应年份依次为2019，2018，2017，2016，2015，2010，2011，2013，2012年以及2014年，排序结果与0.9Ci+0.1RSR趋势的一致性最好（见表4）。因此，最终的综合评价排序集为0.9Ci+0.1RSR。2014年渭河陕西段可持续性水平最低为0.347，处于初步可持续等级，2010～2013年可持续性水平虽各有小幅度上升但仍处于初步可持续阶段。随着水利改革朝着人水和谐方向发展，2015～2017年渭河陕西段可持续性水平有所提升，整体提升至接近可持续等级，这表明渭河陕西段可持续性水平整体呈上升趋势，并具有良好的发展态势。其中，2016年渭河陕西段可持续性水平大于0.5，为0.520，提升较明显，属于接近可持续；2018～2019年渭河陕西段可持续性水平稳步上升至较可持续等级，说明渭河陕西段水安全、水资源、水环境、水经济、水生态、水文化整体状况有所改善，人民幸福感不断提升。拟合预测值证明渭河陕西段可持续性水平有向好发展的趋势，从而有效验证了2010～2019年的可持续性水平评价结果，但2016～2019年渭河陕西段可持续性水平数值仍然较低，且最高为0.638，距可持续水平（0.730～1）存在较大提升空间。因此，为实现河流可持续发展，陕西省应积极响应黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略，开展改善渭河水生态环境、提高防洪能力、缓解水资源供需矛盾、助推水文化传承等一系列措施，不断提升人民幸福感和河流可持续性水平。可持续性水平评价结果较符合渭河陕西段整体发展状况，表明该评价方法及结果具有一定的可靠性。

2.3 敏感性分析

以敏感性指数探究2010～2019年渭河陕西段河流可持续性水平与主要表征因子间的响应关系（见图2）。渭河陕西段整体敏感度最高的因子是堤防防洪标准达标率I2，其次是富营养化指数I11、城市防洪达标率I3和水生生物完整指数I10。因此，为实现河流可持续发展，需保障流域的防洪安全，确保供水总量充足，合理调配水资源，完成健康水生态保护，守住生态红线，防治水体富营养化。2014～2016年渭河陕西段可持续性水平对水生生物完整指数I10的敏感度有所增加，2015年渭河陕西段可持续性水平主要敏感因子为富营养化指数I11，原因是从2009年开始，陕西省利用6 a时间提高水生生物资源养护水平，以初步改善水生生态环境、维护水生生物多样性。2011年万元工业增加值用水量I16的波动对河流可持续性水平的影响比其他因子大，这与2011年陕西省将万元工业增加值用水量I16指标纳入政府工作考核体系、拟定用水效率红线有一定关联。因此，为提高河流可持续性水平，应首先提高用水效率，调整产业结构，持续降低万元工业增加值用水量。随着先进水文化的传承与保护力度的加大，2013年、2016～2018年水文化传承载体数量I20的变化也对河流可持续性水平产生一定的影响。2010～2019年间，受指标变化影响最大的年份为2017年，主要原因是2017年陕西省汛雨提前，防洪形勢严峻，导致堤防防洪标准达标率I2指标波动增大，进而影响河流可持续性水平。2010～2012年和2019年敏感性指数整体较低，需综合考虑主要表征因子，加大河流建设力度。

2.4 建 议

为建设健康、可持续的河湖，应首先确保河湖水安全，保障良好的生态环境；其次，应注重水资源供需平衡，保证居民用水，提高用水效率；此外，社会经济发展及水文化的传承与普及也不可忽视。实现流域内水-生态-经济-文化高质量发展有助于提升人民幸福感，当前应以供定需保证居民用水，提高生态系统服务功能，改善流域水环境质量，推动经济社会高质量发展。同时，应实现宜居的水环境治理，保证流域内水资源高效供给、流域外有序调水。此外，洪水等自然灾害会对社会人民生命财产安全造成不可估量的损失，为牢固基础保障，应防止河水泛滥，加强河道整治，提高河段上游流域供沙条件。总之，建设可持续河流，应以提升人民幸福感和满足感为目标，因地制宜地全力推进生态文明建设。

3 结 论

本文从河流安全、资源、生态、环境、经济、文化等多层次综合管理视角，建立更为科学客观的河流可持续性评价指标体系，通过定性定量分析方法研究选取指标的重要程度，提出敏感性指数探究其响应关系；建立改进后的TOPSIS-RSR-Fuzzy综合评价模型，选取渭河陕西段作为研究对象进行应用实例研究，从时间尺度上评估河流整体可持续性水平。基于上述评价体系方法，实证开展了渭河陕西段可持续性水平综合评价，以期为相关指标体系构建和管理政策制定提供理论支撑。所得研究结果如下。

（1） 渭河陕西段可持续性水平主要表征因子为径流调蓄能力、水生生物完整指数、堤防防洪标准达标率和富营养化指数。建设渭河陕西段健康河湖应注重调节径流，增强径流调蓄能力，持续提升堤防防洪能力。同时，应加强水体富营养化治理，保护水生生物完整性。

（2） TOPSIS-RSR-Fuzzy综合评价模型的验证结果表明该模型构建良好，符合要求。TOPSIS-RSR联合评价方法可以将两种方法的优势充分利用，并规避单一使用TOPSIS或RSR方法的缺陷，有效提高指标综合分析的准确性。渭河陕西段可持续性水平综合评价结果排序前三名的年份分别是2019年（0.638）、2018年（0.593）和2016年（0.520），后三名分别是2013年（0.372）、2012年（0.352）和2014年（0.347）。

（3） 不同年份渭河陕西段可持续性水平的主要敏感因子有所差异。2010～2019年渭河陕西段可持续性水平整体受堤防防洪标准达标率I2和富营养化指数I11的波动影响较大，其中2017年渭河陜西段可持续性水平受指标变化影响最大，对堤防防洪标准达标率I2变化最为敏感。7个主要表征因子数值的年际变化对2019年渭河陕西段可持续性水平影响较小，在评价时需对主要表征因子综合考虑，以提升河流可持续性水平。

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（编辑：高小雲）

Abstract：

In order to scientifically evaluate the river sustainability and identify its main restrictive factors，22 indicators were selected from 6 aspects：water security，water resources，water ecology，water environment，water economy and water culture，so as to construct an evaluation index system and model for river sustainability evaluation.Through weighting and identifying the main characterization factors by AHP method，introducing Fuzzy mathematics and Rank-sum ratio（RSR）method to improve TOPSIS model，weput forward the evaluation method of sustainability level.Taking Shaanxi section of Weihe River from 2010 to 2019 as an example，this paper analyzed the change of river sustainability level with time，and explored the sensitivity of river sustainability to index change in different periods with sensitivity index SI.The results showed that：① The main characterization factors of the sustainability of Weihe River in Shaanxi Province were runoff storage capacity and aquatic organism integrity index；② The overall sustainability level of the Shaanxi section of Weihe River had an upward trend year by year，and the grade has increased from preliminary sustainability（2010）to relatively sustainability（2019）；③ The main sensitive factors of sustainability in the Shaanxi section of Weihe River were different in different years，and the overall sensitivity to the fluctuation of flood control standard compliance rate I2 and eutrophication index I11 were relatively large.The research results verified the rationality of the evaluation method of river sustainability index which can provide reference for the sustainable development of river basins and water resources management.

Key words：

river sustainability；index system；TOPSIS model；AHP；RSR；Shaanxi section of Weihe River