常州市河流生態(tài)用水效率評價研究.docx

1、常州市河流生態(tài)用水效率評價研究i番磊1HI何曉靜2Ht李勛單3”胡騰騰仙劉飛i寺5波付梁其1146（1常州市金壇區(qū)水利規(guī)劃服務中心江蘇常州21320012江蘇省水文水資源勘測局常州分局f江蘇常州213100P3常州市金壇區(qū)水資源管理服務中心6江蘇常州213200J4常州市金壇區(qū)水利建設管理所1江蘇常州21320015江蘇遠瀚建筑設計有限公司i江蘇常州21300016常州市金壇區(qū)人力資源服務有限公司0江蘇常州213200）摘要：根據(jù)河流生態(tài)用水的特點R選取影響常州市河流生態(tài)用水效率的5個主要因子B建立評價指標體系R確定評價等級與單因素評價標準#應用模糊綜合評價的方法對2010年2020年常州市河

2、流生態(tài)用水效率進行對比分析A評估常州市近10年來河流生態(tài)治理成效并提出改善意見N結果表明常州市的生態(tài)水系整治卓有成效K但在河道整治、綠化、污水處理、河道生態(tài)景觀化上還需加大投入n可為城市生態(tài)用水效率評價提供新的思路N關鍵詞：河流j生態(tài)用水效率P評價系統(tǒng)j模糊評判常州市StudyontheEcologies.WaterUseEfleiencyofRiverSysteminChangzhouPANLei1,HEXiaojing2,LIXunzhang3,HUTengteng4,LIUFeishi5,FULiangqi1-6(1.JintanDistrictWaterConservancyPlann

3、ingServiceCenterinChangzhouCity,Changzhou213200.Jiangsu,China;2.JiangsuProvinceHydrologyandWaterResourcesInvestigationBureau(ChangzhouSubbureau),Changzhou213100,Jiangsu,China;3.WaterResourcesManagementServiceCenterofJintanDistrictofChangzhouCity,Changzhou213200,Jiangsu,China;4.ChangzhouJintanDistric

4、tWaterConservancyConstructionManagementOffice.Changzhou213200,Jiangsu,China;5.JiangsuYuanhanArchitecturalDesignCo.,Ltd.Changzhou213000,Jiangsu.China;6.ChangzhouJintanDistrictHumanResourceServiceCo.,Ltd.,Changzhou213200,Jiangsu,China)Ab$:rjct:Accordingtothecharacteristicsofriverecologicalwateruse.fiv

5、emainfactorsaffectingtheefficiencyofriverecologicalwateruseinChangzhouareselected,andanevaluationindexsystemisestablished,thentheevaluationgradeandsinglefactorevaluationstandardaredetermined.Onthisbasis,thefuzzycomprehensiveevaluationmethodisappliedtoanalyzetheriverecologicalwateruseefficiencyofChan

6、gzhoufrom2010to2020,andthentheriverecologicalmanagementeffectofChangzhouCityinrecenttenyearsisevaluatedandtheimprovementsuggestionsareputforward.TheresultsshowthattheecologicalwatersystemremediationinChangzhouiseffective,butmoreinvestmentisneededinriverregulation,greening,sewagetreatmentandriverecol

7、ogicallandscapinginthefuture.Theproposedcalculationmodelcanprovideanewideafortheevaluationofurbanecologicalwateruseefficiency.KeyWords:river;ecologicalwateruseefficiency;evaluationsystem;fuzzyevaluation;Changzhou中圖分類號：TV2134(253)文獻標識碼：A文章編號：05599342(2021)070020040引言隨著社會經(jīng)濟和城市的快速發(fā)展i城市河流面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)p方面R工業(yè)和

8、生活用水量的不斷增加n大大減少了城市河流的徑流量1水閘和水壩等水利設施導致河流長期干涸口2j此外！工業(yè)和生活廢水的過量排放s對河流造成了嚴重污染n破壞了城市生態(tài)系統(tǒng)*有的還形成了新的生態(tài)環(huán)境問題n另一方面*要改善城市的生活條件就必須恢復城市河流的環(huán)境健康i滿足人們的生態(tài)和景觀要求E因此*城市河流生態(tài)用水的需求量以及生態(tài)修復日標的制定至關重要N收稿日期：2021'0309基金項目：水利部水科學與水工程重點實驗室開放研究基金項目（丫K914012）!水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201401083'2）作者簡介：潘磊Q989）i男i江蘇常州人i工程師i從事水利工程和水利規(guī)劃的工

9、作i何曉靜（通訊作者）.大量研究者從水文循環(huán)、水環(huán)境保護、水資源開發(fā)利用等方面給出了城市河流生態(tài)用水的定義月最初的定義是由Covich（1993）提出的i認為城市河流生態(tài)用水量是確?；謴秃途S持河流健康生態(tài)系統(tǒng)所需的水;隨后Gleick"】提出了基本城市河流生態(tài)用水的概念框架認為提供一定數(shù)量和質量的徑流對于維持生態(tài)系統(tǒng)健康、保護物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)完整性非常重要；劉昌明總結了城市河流生態(tài)用水的3種定量方法二防止現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)進一步退化的“最小”用水量1基于生態(tài)系統(tǒng)水文條件最佳匹配的“合適”用水量j“最大”區(qū)域缺水量或氣候學定義的區(qū)域性缺水量#包括該區(qū)域的生態(tài)缺水N城市河流生態(tài)用水的定義和

10、計算方法以及河流功能的實現(xiàn)不能有效地解決時間目標和恢復標準問題J因此n針對不同的功能日標和標準B需要用城市河流生態(tài)用水效率來評估"IJ如對于些城市河流&就水生生境目標而言*當前河流的許多部分己經(jīng)干涸H水生功能早己不復存在u因此i根據(jù)目前的標準*水生生境的生態(tài)需水量幾乎為0H無法提供科學合理的生態(tài)參考值導致水資源短缺與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾口益凸顯，基于此本文探討用模糊綜合評判的方法評估城市河流生態(tài)用水效率9應用數(shù)據(jù)包絡分析的手段檢驗評估是否有效i再根據(jù)加權平均法得到各指標的總評價值n最終建立一套對于城市生態(tài)用水效率評價較為適用的指標體系和評價方法，本研究的具體目標是二確定常州市城

11、市河流生態(tài)用水效率的評價指標和標準n提出一種改進的河流生態(tài)用水效率計算模型少根據(jù)常州市2010年2020年城市河流生態(tài)用水效率變化情況j計算該市河流生態(tài)用水效率的分類等級將研究結果用于分析常州市河流生態(tài)用水狀況的合理性彳并提出建設性意見f1材料與方法11城市河流生態(tài)用水效率評價指標體系及其評價等級標準城市生態(tài)用水主要包括公園湖泊用水、風景觀賞河流用水、城市綠化與園林建設用水以及污水稀釋用水6f本文選取了河道疏浚頻率、透水表面率、植被覆蓋率、污水處理率、河道未渠化率等5個指標為評價城市河流生態(tài)用水效率的指標！I首先R河道疏浚和底泥處理可以使水系疏通*從而提高河流生態(tài)用水效率h本文為了簡化指標n用

12、水面率表征河道疏浚頻率mi并根據(jù)資料查得常州市最優(yōu)水面率為02叫其次，城市高速發(fā)展使不透水的表面積越來越大*造成植被覆蓋率不斷減小n從而使得“滲透量減少一徑流的增加一河流基流的減少”網(wǎng)（影響河流生態(tài)用水效率i透水表面率可查閱年鑒獲得P再次K河道渠化率的增加導致水體與土壤的物質交換減弱H“四水平衡”無法得到有效滿足口°F同樣彳污水處理得不到重視i偷排、亂排現(xiàn)象時有發(fā)生。也干擾了河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡n致使城市生態(tài)用水的效果不能體現(xiàn)因此i植被覆蓋率、污水處理率、河道未渠化率均是本文研究的重點#根據(jù)以上選取的指標及其解釋彳本文還需對城市河流生態(tài)用水效率進行劃分i共有5個評價等級f分別對應了生態(tài)

13、用水效率的很差（一級）、較差（二級）、普通（三級）、好（四級）、很好（五級）N各指標相對于5個等級的評價標準臨界值見表12城市河流生態(tài)用水效率的模糊綜合評價模型模糊物元評價法是蔡文教授1986年提出的一種評價決策方法S己成功應用于許多工程領域口幻；該方法推理過程嚴格N計算工作量小1且項目描述機制不受項目特征的限制F能有效地解決大量的問題，適用于各類多指標因子問題的綜合評價彳基于這一思想r物元分析包括以下基本步驟：首先n將系統(tǒng)劃分為物元（對象）N其次*選擇分析或評估因素并定義類別B然后定義每個因素的分類區(qū)間R對于每個類。區(qū)間的范圍稱為經(jīng)典域,而所有類的整個值范圍稱為分段域H最后。計算每個因素的相

14、關度（每個因素與類別標準的匹配程度）H通過加權平均法等模型積分方法。計算出各類物元的綜合關聯(lián)度P類（包括最大綜合相關度）定義了物元屬于什么表1常州市-河流生態(tài)用水單因索評價標準評價指標水面率Ri透水表面率r2植被覆蓋率R3污水處理率R4河道未渠化率Rs-級000004040045000002000000300000020二級004008450550520035033005505020040三級008012506506550450455075075040060四級012016080080055055090090060080五級016020100060100080100樣的等級m-W<物元分

15、析法結合事物的特性和價值4建立它們之間的函數(shù)關系彳具體公式如下R=MiciX1）式中*R為物元jM為物（本文中表示生態(tài)用水效率）1c為物的特征0X為C的價值H對于已經(jīng)選取的常州市河流生態(tài)用水效率表征指標i本文根據(jù)各指標的特征值f需要確定出每個指標相對于5個評價等級的模糊隸屬度矩陣R即ici&11if*1222i2Cm式中i1（2（模糊物元的量值jm為評價等級個數(shù)Rtn為模糊隸屬度矩陣jn>?C為第j項特征G=112（ilJ0為第i個事物（i=m）jLj為m=5，n為指標個數(shù)in=5J上式中每一行元素指的是指標對5個等級的隸屬度i求和為U因此，需將每行元素按下式進行歸一化處理i即3

16、)式中in為第i個事物第j項特征對應的模糊量值f即隸屬度口3U處理后i可得到常州市城市生態(tài)用水效率評價的模糊物元矩陣彳|5|0,、|。21112-21*22On4)也U仙式中iR”n為n個事物m維復合模糊物元J為了判別模糊綜合評價是否有效*本文引入數(shù)據(jù)包絡分析方法質i形成-種改進的模糊綜合評價#目的是為了在保證評估有效的同時R還可以找出河流生態(tài)用水效率較差的原因川從而給出改善的建議和要%求具體的技術路線見圖仍2實證分析江蘇奢泌蘇皆掣'抻律咿象*筱峋您絳經(jīng)119*08120：12之間i北倚氏江天塹1南與安徽省交界彳東瀕太湖與無錫市相連*西與南京、鎮(zhèn)江兩市接壤口町常州市境內河流縱橫交織彳湖

17、塘星羅棋布i著名的有泊沸湖（長蕩湖）、涌湖、太湖三大天然湖泊*并有沙河（天目湖）、大溪兩大人圖1改進的模糊綜合評價技術路線脈脈相連比形成江河相通。三湖相連的水系網(wǎng)常州市河流生態(tài)用水主要通過換水所得彳根據(jù)常州市水利局提供的有關數(shù)據(jù)斤以及歷年統(tǒng)計年鑒及水資源公報£統(tǒng)計得到2010年2020年常州市生態(tài)用水效率評價指標值見表2H年份水I出率透水衣1出華«2卒«3巧水處坪畢«4沖迫木采1五竿«520100020870210690102011003085021073014201200406805307601820130040610520800222014

18、005062053083026201500606205308703020160080800380870502017009080054088055201801007805408906020190110790510890652020012080047090070表2常州市.生態(tài)用水效率評價指標值以2020年為例計算常州市生態(tài)用水效率等級*分別計算出2020年各指標相對于5個等級的用水效率評價的模糊物元矩陣為級二級00016I0|0000一R.058R,50,0級四級五級I001904688mn2020RIR.3761651(5)式中£Rmn2020為2020年的殳臺頗物朝另加工水庫j貫通

19、全境的京杭大運河更是支流密布2020年對應的各評價指標取值為22Wa：erPowtrVol.47No.7III1R2O2O)=ZW乏儼=乏嚴)j-1k-1j-1J-1i=li2i56)式中iu<2020)w0i1(表示2020年城市河流生態(tài)用水效率的第i個因素相對于第j個評價結果的程度j叭為評價集合由此可得2020年決策單元的第i個指標(因素)對評價集中各種結果大致分布情況普然后根據(jù)加權得到指標i的總評價值R2020)為p<2020)=(R(2020iR(2020jjr(2020)T(7)125計算可知。2020年城市河流生態(tài)用水效率各指標的基本狀態(tài)為_358014500r2

20、76;2o)=3692(8)|4361I11116J根據(jù)計算結果K2020年各指標的評價值均在35以上i即均高于中等效率，生態(tài)用水效果良好；同理可求其他各年度的常州市河流生態(tài)用水效率等級1計算結果見表3S表32010年20?0年對應的R3)的取值情況年份水叮率Ki透水衣叩卒k2植彼覆而瀉水處埋半«4內迫禾采9A1A1HAQ4ona1氏ma1nAQ2011119348231560344611932012139440004213365613942013160332394112385316032014176133214213402817612015188433214213420118842

21、01624194500267942313000201727754500434042623225201830004385434042973580201932254440403243293921202035804500369243614116引入數(shù)據(jù)包絡分析對模糊綜合評價結果進行檢驗I然后通過ling。線性規(guī)劃軟件i對R。)在決策單元可能集上達到有效的情況進行計算H計算結果見表4其通過常州市的實證研究#對2010年2020年11個決策單元進行對比計算可以得到B2010年、2017年、2018年、2019年、2020年5個決策單元通過了數(shù)據(jù)包絡分析的檢驗。即這5個決策單元相對于11個同類單元已經(jīng)是最

22、優(yōu)單元.希而2011年2016年則還存在上升空間R在某些方面有所欠缺N表！2010年'2020年對應的R的檢驗情況年份僚驗菜柄驗身12良檢驗集檢驗集借驗果計算的取優(yōu)5舊FDD34104040000044800380517139720121670040800000654232750592013156411870000046822305449201413321087000002821960466120151209108700000109183742422016116100001013013011163420201700000000000000000000000020180000000000

23、00000000000000201900000000000000000000000020200000000000000000000000003討論與建議1)數(shù)學模型計算結果基本符合事實i以2011年為例S常州市在2011年的河道整治、綠化、污水處理、河道生態(tài)景觀化上確實做得還不到位R需要加大投入#但是*計算結果也表明了常州市的生態(tài)水系整治卓有成效耍從2016年開始汁常州市形成了一套水資源安全供給與生態(tài)環(huán)境保護相協(xié)調的水環(huán)境保護體系川實現(xiàn)了水功能區(qū)水質改善的階段目標*建成了水質潔凈、河道景觀優(yōu)美、城市綠化率高的生態(tài)城區(qū)J完善了防洪除澇工程體系保障了水系安全N實現(xiàn)了人、水和諧共處N促進了經(jīng)濟社會可

24、持續(xù)發(fā)展完成了區(qū)內水系調整工程R骨干水系拓浚、溝通工作區(qū)內配套建筑物工程建設了活水工程、生態(tài)河流與景觀河道1制定了新北高鐵片區(qū)活水工程方案、河道建設和管理條例等N(2)根據(jù)常州市城市水系管理的客觀需求i建議選擇水安全、水資源、水環(huán)境、水景觀、水經(jīng)濟、水文化作為未來城市水系治理的主要研究目標X其中K水安全目標主要針對城市水系的蓄水功能和滯洪功能V水資源目標主要針對城市長期生活和生產(chǎn)活動中所需要的兼具數(shù)量要求和質量前提的水的功能J水景觀目標主要針對城市水系的土地升值功能和旅游增收功能0水生態(tài)目標主要針對城市水系的水質凈化功能和大氣調節(jié)功能水經(jīng)濟目標主要針對水產(chǎn)品功能和水運功能j水文化目標主要針對科

25、學治水方法之外的K由文化治水方法所帶來社會、經(jīng)濟進步的功能N4結語本文運用基于模糊綜合評判方法的數(shù)學模型r對常州市河流生態(tài)用水效率進行研究f(下轉第38頁)2017：17(6):23.3 陳舒陽.對水利信息化建設的一些思考C探索“智慧水利”推動科技創(chuàng)新-2017(第五屆)中國水利信息化技術論壇論文集n2017.4 李郁俠(張江濱1汪妮.決策支持系統(tǒng)在水資源領域中的應用JL西北水電12003(1):911.5 羅鳳曼？周新志i古鐘璧i等.水資源規(guī)劃智能決策支持系統(tǒng)的結構設計J1.人民黃河i2005(27(8):30_31.6 賀琛，陳禁雄i黃河燕.Web緩存技術綜述J.小型微型計算機系統(tǒng)i200

26、4(5):5258.7 翁美珍.Web服務中緩存機制的研究與實現(xiàn)D.北京：北京郵電大學，2014.L8許麗花.內存數(shù)據(jù)庫的關鍵技術研究J.電腦知識與技術i2011-7(36):9326_9327.9 CARLSONJL.RedisinactionM.Greenwich:ManningPublicationsCo2013.10 白鑫.基于Redis的信息存儲優(yōu)化技術研究與應用D.北京:北方工業(yè)大學f2014.11 PAKSULAM.PersistingobjectsinrediskeyvaluedatabaseLDj.UniversityofHelsinki-2010.口2張容周建中肖舸，等.金

27、沙江下游梯級和三峽梯級水電站群聯(lián)合調度補償效益分析J.電網(wǎng)技術F2013(37(10):27382744.(責任編輯陳萍)(上接第23頁)引入數(shù)據(jù)包絡分析進行結果檢驗小得到的結論基本符合實際情況'彳此外1本文還從水安全、水資源、水環(huán)境、水景觀、水經(jīng)濟、水文化等角度提出了改善意見*為未來城市生態(tài)用水效率的評價找到新思路、新方法；本文還有許多不足之處f需要進一步研究：1)指標的選取1涉及生態(tài)環(huán)境的指標i需要指示一個確定的區(qū)域上#最近的以及(或)預期的生態(tài)或自然質量f這些參數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)自身的特性彳并且至少包含部分生物參數(shù)(物種、存在性、組成豐富性、物種數(shù)量等)N因此n生態(tài)用水效率的指標應該是

28、包括生態(tài)系統(tǒng)的方方面面的R未來還需深入研究。進一步完善指標體系f(2)數(shù)據(jù)包絡分析模型的改進：本文所使用的數(shù)據(jù)包絡分析模型雖然對各個決策單元做了很好的比較B找出了最優(yōu)單元N但不足之處是1在同類單元之中最優(yōu)并不能說明就是優(yōu)秀單元彳還需要有參照標準M未來可致力于引入最優(yōu)單元R修正生產(chǎn)可能集B從而評價每個決策單元是否是優(yōu)秀單元使城市生態(tài)用水效率評價體系更加可靠N參考文獻：1 張雪梅.城市河流生態(tài)需水研究LDJ.成都：西南交通大學R2005.2 WANGYimin,YANGJie.CHANGJianxia.Developmentofacoupledquantityqualityenvironmentw

29、aterallocationmodelapplyingtheoptimizationsimulationmethodEJj.JournalofCleanerProduction2019(213:944955.3 COVICHAP.WaterandecosystemsMGLEICKPH.WaterincrisisAguidetotheworldsfreshwaterresources.OxfordUniversityPress.NewYcrki1993:40_55.4 GLEICKPH.WaterincrisisPathstosustainablewateruseJ.EcologicalApplic