CN103390092A - 一种城市河道生态评测模型及评测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市河道生态评测模型及方法，该方法包括：步骤一，根据城市河道生态建设的特点、城市河道的生态特征以及生态整治预期目标，确定一套包含一级指标、二级指标的评价指标体系；步骤二，建立城市河道生态评测模型，将所述指标体系参数输入城市河道生态评测模型进行处理，获得城市河道生态符合指数；步骤三，根据获得的城市河道生态符合指数URECI进行城市河道生态符合度的分析比较。本发明为城市河道生态建设效果评价提供了一种非常有效的技术管理工具，可输出河道生态符合程度评价结果，并在迅速确定河道生态优良等级的同时，快速、准确地识别出制约河道生态的主要因素，模型简便应用、输出结果表达直观。
Description
技术领域
本发明属于水生态领域，涉及一种城市河道生态评测模型及评测方法。
背景技术
城市河流生态系统为人类社会提供了供水、航运、渔业和景观等多种资源与服务，是人们赖以生存和发展的重要载体。近年来，随着社会的发展与进步以及城市河流生态系统的退化后果日益显现，我国水利建设正逐步从传统水利向环境水利、生态水利转化，在江苏、上海等地区纷纷兴起了河道生态建设的热潮。由于河道生态建设尚处于起步阶段，人们对生态河道的概念缺乏系统的认识。准确定义生态河道并建立生态河道的评价指标体系，将对生态河道建设具有十分重要的指导意义与科学价值。
美国环保署于1989年提出了包含多个评价系统的快速生物监测协议（RBP），其中HABSCORE评分系统被广泛应用；瑞典的河岸带与河道环境评估方法（RCE）包括滨岸带，河道形态以及生境指标等，主要用于评价农业区域小型河流的物理和生物特征，适用于欧洲农业区域的溪流健康评价；澳大利亚为了增强河流法规管理和修复，提出了包含河流水文学、形态特征、滨岸带状况、水质及水生生物5方面指标河流健康指数法（ISC）；英国河流生境调查法（RHS）通过调查背景信息、河道数据、沉积物特征、植被类型、河岸侵蚀、河岸带特征以及土地利用等指标来评价河流生境的自然特征和质量。
国内方面，学者夏继红（2005）诠释了生态河岸带的涵义，并建立了一套河岸带生态系统综合评价指标体系，从结构稳定性、景观适宜性、生态健康性和安全性四个角度出发阐述了生态河岸带的评价方法；杨亭（2006）从机能性、自然性、美观性及安全性四个方面出发建立了河岸空间工程的后评估评价方法；熊斯顿（2007）通过层次分析法（AHP）对苏州河东风港滨岸带进行了生态景观综合评价，以景观质量指标、景观功能指标和景观管理指标为一级指标，从生态学角度研究了滨岸带生态景观的评价方法，构建了一套城市河流滨岸带景观评价指标体系；此外，吴阿娜（2007）、曾小瑱（2007）等也在其河流评价体系探讨中，着重提出了有关河流滨岸带的评价内容。
虽然目前国内外已有许多关于河道评价的研究，然而却主要是针对自然河流，或者仅关注于滨岸带景观效果，并没有一套完整地针对城市河道治理后的生态符合程度的判定与评价标准。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种城市河道生态评测模型及评测方法，该评测模型和方法可以快速地对河道生态的符合程度评价出结果。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种城市河道生态评测模型及评测方法。
一种城市河道生态评测模型，所述城市河道生态评测模型包括用以将城市河道不同的生态要素进行无量纲化的数据录入及处理模块和城市河道生态符合指数计算模块；所述城市河道生态符合指数计算模块包括等级分数转换单元、等权平均单元、加法单元；所述等级分数转换单元与所述数据录入及处理模块相连，用以将数据录入及处理模块输出的无量纲化的数据转换成对应的等级分数值；所述等权平均单元与所述等级分数转换单元相连，用以将等级分数转换单元输出的等级分数值进行等权平均计算获得一级标准得分值；所述加法单元与所述等权平均单元相连，用以将等权平均单元输出的一级标准得分值相加得出城市河道生态符合指数。
一种城市河道生态评测方法，包括以下步骤：
步骤一，根据城市河道生态建设的特点、城市河道的生态特征以及生态整治预期目标，确定一套包含一级指标、二级指标的评价指标体系；
步骤二，建立城市河道生态评测模型，将所述指标体系参数输入城市河道生态评测模型进行处理，获得城市河道生态符合指数；所述城市河道生态评测模型包括用以将城市河道不同的生态要素进行无量纲化的数据录入及处理模块和城市河道生态符合指数计算模块；所述城市河道生态符合指数计算模块包括等级分数转换单元、等权平均单元、加法单元；所述等级分数转换单元与所述数据录入及处理模块相连，用以将数据录入及处理模块输出的无量纲化的数据转换成对应的等级分数值；所述等权平均单元与所述等级分数转换单元相连，用以将等级分数转换单元输出的等级分数值进行等权平均计算获得一级标准得分值；所述加法单元与所述等权平均单元相连，用以将等权平均单元输出的一级标准得分值相加得出城市河道生态符合指数URECI；
步骤三，根据获得的城市河道生态符合指数URECI进行城市河道生态符合度的分析比较。
作为本发明的一种优选方案，所述一级指标分别为反映河道自然属性的滨岸带生物一级指标、滨岸带生境一级指标、河床生物一级指标、河床生境一级指标，以及反映河道社会属性的特征指标群；其中，所述滨岸带生境一级指标包括滨岸带宽度、坡度、护岸类型、纵向联通性、横向联通性5个二级指标；滨岸带生物一级指标包括物种丰富度、生活型结构、植被连续性、植被覆盖率、自我更新率5个二级指标；河床生境一级指标包括基底类型、地形复杂性、水动力条件、水体透明度4个二级指标；河床生物一级指标包括水生植物种类、水生植物生活型、底栖动物类群、两栖及鱼类4个二级指标；特征指标群一级指标包括能源清洁度、养护难易度、河道亲水性、水面清洁度、滨岸带景观5个二级指标。
作为本发明的另一种优选方案，步骤三中，分析比较的过程为：当URECI>15分时，说明该河道生态符合程度很高；当10<URECI<15时，反映为生态符合程度较高；当5<URECI<10时，反映为生态符合程度一般；当URECI<5分时，说明该河道生态特征几乎完全丧失。
如上所述，本发明所述的城市河道生态评测方法，具有以下有益效果：
本发明为城市河道生态建设效果评价提供了一种非常有效的技术管理工具，可输出河道生态符合程度评价结果，并在迅速确定河道生态优良等级的同时，快速、准确地识别出制约河道生态的主要因素，模型简便应用、输出结果表达直观。
附图说明
图1为本发明所述的城市河道生态评测方法的流程示意图。
图2为城市河道的生态的评价指标体系示意图。
图3为本发明所述的城市河道生态评测模型的结构框图。
图4为实施例二所述的9条河道的城市河道生态符合指数的直方图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
城市河道通常是指流经城市区域的自然或人工河道，具有社会性与自然性两方面属性，然而什么样的城市河道可以被称为生态河道，目前尚无统一的界定与判定标准。城市河道的生态治理影响因素多、涉及范围广、综合决策较为困难。本发明针对当前河道生态评价研究大多集中自然河道，缺少针对城市河道治理后的生态符合程度的判定与评价标准的现状，提出了一种城市河道生态符合程度的评价方法。该方法根据城市河道生态建设的需求，确定了一套包含反映河道自然属性的滨岸带生物、生境，以及河床生物、生境指标群，以及反映河道社会属性的特征指标群的指标体系；依据上述指标体系建立评价模型，包括数据录入及处理模块，和通过层次分析原理建立城市河道生态符合指数（Urban River EcologicalConformance Index，URECI）的计算模块；通过录入基础数据输出城市河道生态符合度的评价结果。本发明可在迅速确定城市河道生态符合程度的同时，快速、准确识别出城市河道生态化建设中的的主要制约因素。
本发明可迅速将城市河道生态建设所关注的各类繁杂要素进行无量纲化，通过整合归一处理，输出的结果可对城市河道的生态建设水平的某一方面特征或综合状态进行定量描述，为城市河道生态建设管理者提供了一种非常有效的评价管理工具。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种城市河道生态评测方法，如图1所示，包括以下步骤：
第一步：根据我国城市河道生态建设的特点、城市河道的生态特征以及生态整治预期目标，确定了一套包含5个一级指标、23个二级指标的评价指标体系，参见图2所示。5个一级指标分别为反映河道自然属性的滨岸带生物、生境、河床生物、生境指标群，以及反映河道社会属性的特征指标群的指标体系。其中，滨岸带生境一级自然属性指标包括：滨岸带宽度、坡度、护岸类型、纵向联通性、横向联通性等5个二级指标；滨岸带生物一级指标包括：物种丰富度、生活型结构、植被连续性、植被覆盖率、自我更新率等5个二级指标；河床生境一级指标包括：基底类型、地形复杂性、水动力条件、水体透明度等4个二级指标；河床生物一级指标包括：水生植物种类、水生植物生活型、底栖动物类群、两栖及鱼类等4个二级指标；特征指标群一级指标包括：能源清洁度、养护难易度、河道亲水性、水面清洁度、滨岸带景观等5个二级指标。
第二步：依据上述指标体系，建立城市河道生态评价模型，该评价模型包括数据录入及处理模块，和通过层次分析原理建立城市河道生态符合指数（Urban River EcologicalConformance Index，URECI）的计算模块。各模块通过以下不同的步骤实现：
1）数据录入及处理模块
数据录入及处理模块的作用主要是将城市河道不同的生态要素进行无量纲化，同时根据表1所设定的条件，将城市河道各生态要素对应不同等级转化为相应的分数（0～4分），分数越高表明状况越好，反之则越差。
表1：城市河道生态要素等级分数表
2）URECI计算模块
URECI计算模块的详细过程为：1、对应上述数据录入及处理模块，将涉及23个二级标准的河道实际状况分别转化为等级分数值（0～4分）；2、将5个一级标准下的二级标准进行等权平均，得出每个一级标准的得分值（0～4分）；3、将5个一级标准的得分值相加，得出城市河道生态符合指数（Urban River Ecological Conformance Index，URECI）。
第三步：将城市河道生态基础数据输入评价模型，根据输出的结果进行城市河道生态符合度的分析比较。当：1）URECI>15分时，说明该河道生态符合程度很高；2）10<URECI<15时，反映为生态符合程度较高，3）5<URECI<10时，反映为生态符合程度一般；4、URECI<5分时，则说明该河道生态特征几乎完全丧失。
本实施例还提供一种城市河道生态评测模型，如图3所示，所述城市河道生态评测模型包括用以将城市河道不同的生态要素进行无量纲化的数据录入及处理模块和城市河道生态符合指数计算模块；所述城市河道生态符合指数计算模块包括等级分数转换单元、等权平均单元、加法单元；所述等级分数转换单元与所述数据录入及处理模块相连，用以将数据录入及处理模块输出的无量纲化的数据转换成对应的等级分数值；所述等权平均单元与所述等级分数转换单元相连，用以将等级分数转换单元输出的等级分数值进行等权平均计算获得一级标准得分值；所述加法单元与所述等权平均单元相连，用以将等权平均单元输出的一级标准得分值相加得出城市河道生态符合指数。
本发明公开的城市河道生态评测方法是城市河道治理后生态恢复效果的评价方法，包括以下内容：1、根据我国城市河道生态建设的特点、城市河道的生态特征以及生态整治预期目标，确定了一套包含反映河道自然属性的滨岸带生物、生境、以及河床生物、生境指标群，以及反映河道社会属性的特征指标群的指标体系。2、依据上述指标体系建立评价模型，该评价模型包括数据录入与处理模块，通过层次分析原理建立城市河道生态符合指数（UrbanRiver Ecological Conformance Index，URECI）的计算模块。3、将城市河道生态基础数据输入评价模型，根据输出的结果进行城市河道生态符合度的分析比较。
本发明的有益效果在于：本发明为城市河道生态建设效果评价提供了一种非常有效的技术管理工具，可输出河道生态符合程度评价结果，并在迅速确定河道生态优良等级的同时，快速、准确地识别出制约河道生态的主要因素，模型简便应用、输出结果表达直观。本发明结合了城市生态河道的特征，根据我国城市河道生态建设的特点提出了一套生态评价体系，并首次提出城市河道生态符合指数（URECI）的概念，可为今后的生态河道建设与评价工作提供思路与参考借鉴。
实施例二
本实施例选取上海市浦东白莲泾（浦东南路至白莲泾老水闸段）、普陀曹杨环浜、杨浦新江湾城水系、嘉定大裕村河、青浦淀浦河（朱家角段）、松江龙兴港以及闵行正义村河等7处已整治城市河道，以及青浦环城河、界泾港等2条未经整治的城市河道作为研究对象，对城市河道生态评测方法的应用进行实例描述。
表2：9条城市河道的信息
按本发明提出的城市河道生态评测方法对上述9条河道进行评价。结果表明受试城市河道的URECI界于6.85～17.25之间，未整治的河道的URECI界于5.60～6.00之间，其生态符合程度排序为：新江湾城水系＞正义村河＞淀浦河（朱家角段）≈大裕村河＞龙兴港＞白莲泾＞曹杨环浜＞环城河＞界泾港。其中，新江湾城水系URECI为17.25为最高，评价为生态符合程度很高水平；正义村河、淀浦河（朱家角段）、大裕村河、龙兴港URECI界于10~15之间，评价为生态符合程度较高水平；白莲泾、曹杨环浜URECI界于5～10之间，评价为生态符合程度一般水平；两条未经整治的河道环城河、界泾港URECI界于5～10之间，评价为生态符合程度一般水平；上述评测结果如图4所示。可以看出，上海市区的河道的URECI普遍低于郊区河道，未经整治的河道的URECI普遍低于整治河道。
进一步对5类一级指标作具体分析。对于滨岸带生境一级指标，新江湾城水系、淀浦河（朱家角段）、大裕村河的得分相对较高，其中新江湾城水系得分为4分为最高；位于市区的曹杨环浜、白莲泾得分最低，分别为0.4、0.6分；未整治河道该项得分为0.5分左右。这反映了在人类活动强烈的区域，对河流滨岸带土地的挤占与改造现象较为突出，直接导致了其面积的减少与几何形态的改变。在人群密集的区域，护坡多为砌石或混凝土形式，护岸硬质化有利于河道稳定，却与自然属性相悖。
对于滨岸带生物一级指标，新江湾城水系、大裕村河、正义村河的得分较高，其中新江湾城水系得分为3.8分为最高；已整治河道中，位于市区的曹杨环浜滨岸带完全没有植物，得分为0分；未整治河道该项得分为1.8～2.0分。这反映了在对周边已是水泥森林密布的市区，对河道滨岸带的生态改造的空间限制较大，需要人们通过新理念、新方法来合理利用有限空间。
所调查的9条生态河道在河床生境一级指标上得分均不高。其中新江湾城水系为2.5分、曹杨环浜2.25分为最高水平；已整治河道中，大裕村河得分为1.25分得分最低，未整治河道该项得分为1.2～1.4分。这与城市河道水质总体上均较差、河床淤积现象比较普遍有关。另外需要指出的是，在以往河道生态改造工作中，人们往往注重水面上或陆地上的可见部分，而忽视了对河床的修复。河床作为水生植物与底栖动物的重要生境，其的优劣程度会直接影响水生态系统的合理性。
对于河床生物一级指标，新江湾城水系得分为3.75分为最高，已整治河道中，白莲泾得分为1.75分为最低，其它河道得分相差不大，未整治河道该项得分平均仅为1分。新江湾城水系在生态工程建设前是一片自然湿地，由于受人类影响较少，本身水生生物资源就十分丰富。虽然其它河道相比没有该天然优势，但也从另一方面说明，以往的生态河道工程对水生生物群落的构建与完善有所欠缺，在将来需进一步加强。
特征指标群是本文针对城市生态河道的社会属性提出，反映了河道的对外力的依赖水平与生态景观水平。供调查的7条已整治河道在这一项上的得分除新江湾城水系在3分以上外，其它6条河道得分均在2.2～2.8分之间，反映为中等水平；未整治河道该项得分平均仅为1.1分左右，反映为较低水平。这说明生态河道在景观构建上，以及人工、能源的输入上还有待改进，才能进一步体现出城市河道的真正生态内涵；未经整治的河道缺乏自我稳定性与维持能力，需要长期大量的外界人力物力投入。
生态河道建设是融合了现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、园林学等多个学科为一体的工程，具有其复杂性。来自不同专业的工作者对生态河道的认识水平与角度并不相同。本发明根据我国城市河道生态建设的特点，从河流滨岸带及河床的生境与生物群落的提出了一套较为全面的生态评价体系，通过对城市河道生态符合指数（URECI）的计算，可定量地描述城市河道的生态水平，为今后生态河道的设计、施工、管理者提供了一定的指导与参考。
城市河道的生态评价涉及因素较多且相互关联，本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以纳入其他形式、结构、布置、比例的指标及权重来实现，使其更具合理性、针对性与可操作性。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种城市河道生态评测模型，其特征在于：所述城市河道生态评测模型包括用以将城市河道不同的生态要素进行无量纲化的数据录入及处理模块和城市河道生态符合指数计算模块；所述城市河道生态符合指数计算模块包括等级分数转换单元、等权平均单元、加法单元；所述等级分数转换单元与所述数据录入及处理模块相连，用以将数据录入及处理模块输出的无量纲化的数据转换成对应的等级分数值；所述等权平均单元与所述等级分数转换单元相连，用以将等级分数转换单元输出的等级分数值进行等权平均计算获得一级标准得分值；所述加法单元与所述等权平均单元相连，用以将等权平均单元输出的一级标准得分值相加得出城市河道生态符合指数。
2.一种城市河道生态评测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据城市河道生态建设的特点、城市河道的生态特征以及生态整治预期目标，确定一套包含一级指标、二级指标的评价指标体系；
步骤二，建立城市河道生态评测模型，将所述指标体系参数输入城市河道生态评测模型进行处理，获得城市河道生态符合指数；所述城市河道生态评测模型包括用以将城市河道不同的生态要素进行无量纲化的数据录入及处理模块和城市河道生态符合指数计算模块；所述城市河道生态符合指数计算模块包括等级分数转换单元、等权平均单元、加法单元；所述等级分数转换单元与所述数据录入及处理模块相连，用以将数据录入及处理模块输出的无量纲化的数据转换成对应的等级分数值；所述等权平均单元与所述等级分数转换单元相连，用以将等级分数转换单元输出的等级分数值进行等权平均计算获得一级标准得分值；所述加法单元与所述等权平均单元相连，用以将等权平均单元输出的一级标准得分值相加得出城市河道生态符合指数URECI；
步骤三，根据获得的城市河道生态符合指数URECI进行城市河道生态符合度的分析比较。
3.根据权利要求2所述的城市河道生态评测方法，其特征在于：所述一级指标分别为反映河道自然属性的滨岸带生物一级指标、滨岸带生境一级指标、河床生物一级指标、河床生境一级指标，以及反映河道社会属性的特征指标群；其中，所述滨岸带生境一级指标包括滨岸带宽度、坡度、护岸类型、纵向联通性、横向联通性5个二级指标；滨岸带生物一级指标包括物种丰富度、生活型结构、植被连续性、植被覆盖率、自我更新率5个二级指标；河床生境一级指标包括基底类型、地形复杂性、水动力条件、水体透明度4个二级指标；河床生物一级指标包括水生植物种类、水生植物生活型、底栖动物类群、两栖及鱼类4个二级指标；特征指标群一级指标包括能源清洁度、养护难易度、河道亲水性、水面清洁度、滨岸带景观5个二级指标。
4.根据权利要求3所述的城市河道生态评测方法，其特征在于：步骤三中，分析比较的过程为：当URECI>15分时，说明该河道生态符合程度很高；当10<URECI<15时，反映为生态符合程度较高；当5<URECI<10时，反映为生态符合程度一般；当URECI<5分时，说明该河道生态特征几乎完全丧失。
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