第3章　城市化对南明河水系的影响

3.1　城市化对南明河水系结构的影响

水系结构指一个流域或区域内河流湖泊等水体的空间分布形式，与水系空间分布特征的水体形态共同构成了水文和水系生态的研究基础。有关水系水网结构的研究可以追溯到20世纪20年代，通过经验观测和实验等手段获得河流数量、长度、子流域面积和比降等河流发育规律，其中美国学者霍顿提出的“霍顿定律”影响力较大，主要揭示了流域水网中河流级序与河流数量呈对数负相关关系，与河流长度呈对数正相关关系。

近年来，南明河水系结构受城市化影响逐渐变大，南明河城区河段上建设有各类建筑物，如坝、桥等，一定程度上影响了河流的连通性。在城市化过程中，城区河段堤岸过度固化，阻隔了河床内生态系统各要素间交换与平衡，河岸带逐渐接受硬化改造，固化成为生活和商业区，支流出现渠道化、盖板化的情况，水系原有结构受到破坏，对生态环境产生较大影响。因此，探讨城市化对南明河水系结构的影响，解决以上问题迫在眉睫。

由于水系结构的复杂性，使城市化对水系结构的评价成为一个极其复杂的过程。因此，选取的评价指标应该能够准确地反映水系结构的现实状况，以及在人类活动作用下水系结构的具体表现，建立指标体系应该遵循以下原则：

（1）科学性。从水系结构出发，指标概念必须明确，有一定的科学内涵，能够客观反映水系结构的基本特征。

（2）系统性。所选指标必须形成一个完整体系，全面地反映出水系结构的本质特征，各指标之间应具有不可替代性，即每个指标应该是独立、相对稳定的，并且能够反映水系结构的组成成分以及指标之间的相互关联关系。

（3）指标差异性。选择的指标应反映水系结构的差异，以确保选取的指标反映水系结构特征。

（4）可操作性。所选指标的原始数据具有易获取性，即通过调查、统计、遥感等手段可迅速获得，并且易于定量计算，现实意义明确。

3.1.1　南明河水系主要结构特征指标体系

针对贵阳市典型喀斯特地貌，南明河水系山区城市河流的特点，结合贵阳市城市水系历史资料匮乏等实际情况，提出建立城市化对南明河水系结构影响的评价指标体系，以揭示人类高强度活动对南明河水系结构的影响，为城市化进程中河流水系的保护和管理提供依据。

研究将水系结构的河岸稳定性、河道纵向连通性、河道竖向连通性、河道渠道化、河道弯曲状况、护岸生态化状况、湿地状况、河流纵横断面形态、支流盖板化比例以及河流支干比作为评价指标。

（1）河岸稳定性。河岸受到水流冲刷侵蚀后能否维持河岸稳定的能力，以河岸受侵蚀程度来判断。

（2）河流纵向连通性。河流是否连续，与湖泊、湿地是否相连通，是体现河流连续性与水系连通状况的重要指标。

（3）河流竖向连通性。反映河流与地下水的沟通度，表现在河床的透水性上，用透水河床所占百分比来表示。

（4）河道渠道化。在河流形态上趋于直线，河流的横断面从自然河流的复杂形状变得规则，使用硬质材料构造河床和边坡。

（5）河道弯曲状况。河道在自然条件的影响下，出现了弯曲的情况，通常采用河道弯曲系数，即河道实际长度与河道直线距离的比值来描述。

河道弯曲状况用弯曲系数Ka为

式中　L——研究河段实际长度；

I——研究河段起点和终点的直线距离。

（6）护岸生态化状况。河流水陆接壤处生态护岸的覆盖状况，通常用生态护岸长与研究河段长的比值来表示。

（7）湿地状况。湿地可以为水生动物提供生境，并且有调节水文与气候的重要作用，研究主要指的是湿地增减状况。

（8）河流纵横断面形态。纵断面形态用深度比来表示，深度比为主河道的最大深度与最小深度之比；横断面形态用宽度比来表示，宽度比为河道的最大宽度与最小宽度之比。深度比与宽度比越大，受城市化影响越小，对水系结构影响越小，营造多样的栖息地、提高水质自净化能力越强。

（9）支流盖板化比例。南明河的有些大沟原来是南明河的天然支流，经历城市化后，现在大都渠道化，并在上面加上盖板，盖板化比例越高，表明城市化对支流的影响越大，对水系结构越不利。

支流盖板化比例的公式为

式中　L盖——加上盖板支流的长度，km；

L支——支流长度，km。

（10）河流支干比。反映河网各级河流的构成，河流的支干比越大，表明支流长度超过干流长度越多，对径流的调节作用越有利。

河流支干比的公式为

式中　LW——W级支流的长度，km；

L0——主干河流长度，km。

3.1.2　城市化对南明河水系结构影响的指标体系与评价标准构建

3.1.2.1　城市化对南明河水系结构影响评价指标体系

在构建城市化对南明河水系结构影响评价指标体系时，应在全面展示南明河水系结构的基础上，构建能够客观反映城市化对水系结构影响的评价指标体系。根据指标选取的基本原则，将整个指标体系分为三个层次，分别为目标层、准则层和指标层。

1.目标层

目标层是城市化对南明河水系结构影响评价指标体系的最高层，山区城市水系结构评价的目标在于综合评价水系结构的健康状况，反映出南明河目前出现的问题，判断出南明河的健康水平，最终作为指导南明河开发利用、管理及保护和维持南明河健康的依据。

2.准则层

准则层反映水系结构影响评价应该从河流形态与河流结构两方面进行，河流形态是各项功能发挥的基础，因而评价时应该考虑城市化对河流形态、结构的影响。河流结构的最突出特征是能够保持长期的自然流动性，而保持流动性有利于保持流动的河流形态结构。

3.指标层

指标层是构成水系结构综合评价指标体系的最基本元素，是对应目标层内容的具体评价指标，表述各个分类指标的不同要素，通过定量或者定性指标直接反映河流健康状况。南明河水系结构评价主要从纵横断面形态、河道变化、河道弯曲状况、河岸稳定性、护岸变化、湿地状况、河道纵向连通性等角度进行考虑。

3.1.2.2　评价标准构建

评价标准是指应用于水系结构指标评价的尺度和界限，是水系结构评价的核心部分，是人们认识水系结构指标价值的反映，表明了人们重视什么指标、忽视什么指标，具有引导人类活动向维护水系结构方面努力的作用。

结合城市化对南明河水系结构影响的实际情况，把城市化对南明河水系结构的影响按照1～5分，分别代表5个级别标准，具体见表3-1。

3.1.3　指标体系权重确定

权重是各指标在评价过程中重要程度的反映，指标权重取决于两个方面：①指标本身在决策中的作用和指标价值的可靠程度；②决策者对该指标的重视程度。权重赋值合理与否，将会影响到评价结果及其可信度与有效性。因此，权重的赋值必须做到合理、客观。从指标权重的研究成果来看，主要有三大类确定权重的方法：①第一类权重完全由各指标在被评价单位中的实际数据信息计算得出，被称作客观赋权法，简单关联函数法、均方差法、熵权法等都是客观赋权法，其优点由“差异驱动”原理生成，反映客观信息，但是缺乏管理者的主动性因素信息，容易造成评价结果或排序结果与决策者的主观愿望相差很大甚至相反；②第二类权重数据主要由专家根据经验主观判断得到，称为主观赋权法，其代表为层次分析法，该类方法是由“功能驱动”原理生成的，评价结果主观随意性相对客观赋值法大；③第三类方法将主观权重与客观权重结合起来，称为综合赋权法。由于研究综合评价对象是南明河水系结构状况，评价对象仅有一个，数据较少，不便采用客观赋值法和综合赋权法，因此，选用方法成熟、应用广泛的层次分析法来确定权重。

层次分析法（简称AHP）是美国运筹学家T.L.Saaty等人于20世纪70年代提出的一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法，其基本过程是：根据问题的总目标，以系统的观点，把问题分解成若干因素（或元素），并按其支配关系构建递阶层次结构模型，然后应用两两比较的方法，确定评价指标相对于上一层次要素之间的相对重要性，得到比较判断矩阵，计算判断矩阵对应特征方程的最大特征值及特征向量，进行层次单排序及一致性检验，依次进行下去后，利用同一层次中所有层次单排序结果，计算针对最高层次而言本层次所有元素重要性的权值，即层次总排序及一致性检验，最后确定各评价指标相对于总目标的权重。该方法将评价者对复杂系统的评价思维过程数字化，具有较强的逻辑性、实用性和系统性。

根据南明河水系结构现状，通过专家咨询并结合经验与实地考察，确定各个指标的重要性，按照层次结构关系的重要性进行判别并构造与之对应的判断矩阵，计算出南明河水系结构各指标权重，其中南明河水系结构评价总矩阵及权重见表3-2，南明河河流形态特征及结构特征评价矩阵及权重分别见表3-3、表3-4。

表3-2说明，在水系结构中河流结构特征最重要，其次才是河流形态特征。各具体指标的权重仍采用层次分析法确定，权重见表3-3、表3-4。

为了得出城市化对南明河水系结构影响的评价值，考虑到各个指标的权重，提出水系结构的综合评价指数（S）的计算公式为

式中　S——综合评价指数；

kj——第j个准则层的权重；

ki——某准则层选取的第i个指标在该准则层所占的权重；

Z——各指标评价结果；

n、m——评价因子个数。

河流水系结构综合评价指数越高，说明水系结构受城市化影响越小，否则相反，总共分为五个标准，具体见表3-5。

3.1.4　南明河水系结构特征评价结果

按照南明河水系结构评价体系的评分方法，由多位专家对南明河城区段的水系结构进行打分，将评分结果汇总，针对个别有争议的得分，多次召开专家会进行讨论，最终确定了南明河水系结构各个指标的得分，其结果见表3-6。

由表3-2～表3-4中所得权重，结合表3-6专家对南明河水系结构的评分结果，利用式（3-4）得出南明河水系结构综合评价指数为2.94。研究结果表明南明河的水系结构受城市化中度影响，水系结构原有形态破坏相对严重。结合南明河的实际情况，河道弯曲状况较好，所设置的翻板坝与拦水坝，通过拦蓄河水、形成景观水面，营造梯级水面景观，起到了美化市区的作用，对河流纵向连通性并未造成较大影响。贵阳市城市化发展进程中，水系面积被侵占，中心城区中小河流以及泉塘等水系末级水体大量消失，被城市化发展所湮没，水系结构遭到破坏，主干化明显，严重干扰城市水系结构自然演变。大量支流经过渠道化转变为盖板大沟，渠道化比较普遍，对水系结构的影响较大。作为河流水体与陆地生态的缓冲地带，南明河河岸带多固化成为了生活区和商业区，对河岸带有一定的影响。

综上所述，南明河的水系结构受城市化的影响相对严重，其中河道渠道化、支流盖板化、河岸带固化等给水系结构带来的影响尤为严重；本节提出的水系结构指标体系，有助于合理地判断城市化对南明河水系结构的影响状况，为南明河的综合管理与消除城市化对南明河水系结构的影响提供了科学参考。