河流岸線生態服務功能評價指標體系與評價方法研究

張登成，王中敏，李亞俊，樊皓，劉揚揚

長江水資源保護科學研究所

河流岸線作為構成河流自然生態空間的組成部分，通常是指河流兩側周圍一定范圍內水陸相交的帶狀區域[1-3]。隨著我國經濟社會快速發展，河流及周邊土地資源開發強度、范圍不斷擴大，取排水設施、道路橋梁、水利水電工程建設以及外來物種入侵等造成河流岸線形態和生物群落結構改變[2,4-5]，導致岸線生態服務功能退化，對區域生態安全與經濟社會持續發展造成嚴重威脅。近年來，隨著河長制的全面落實，河流岸線保護與利用專項檢查行動、重點水域監督執法等的開展，河流岸線生態狀況總體趨好[6]。但目前河流岸線修復研究和實踐聚焦于岸線功能區劃[7-9]、岸線利用影響因素[1,10]、生態修復方案[11-15]等，對岸線生態服務功能評價指標和評價方法的研究較少，導致河流岸線具體如何修復、修復到何種程度以及修復效果如何衡量等存在盲區[2,16]，直接影響到河流岸線修復成效[17]。

《河湖健康評價指南（試行）》[18]基于河流健康概念，從“盆”“水”“生物”“社會服務功能”4 個方面建立了河流健康評價指標體系與評價方法，其中與河流岸線相關的評價指標包括岸線自然狀況、河岸帶寬度指數、違規開發利用水域岸線程度、岸線利用管理指數、防洪達標率等；《河湖生態緩沖帶保護修復技術指南》[19]提出可用生態修復面積作為河湖生態緩沖帶修復效果的評價指標，有條件的地區也可將植被覆蓋率、生物多樣性指數等作為評價指標；DB33/T 2368—2021《海岸線整治修復評估技術規程》[20]根據海岸線整治修復工程類型，分類制定了海岸線整治修復的評估指標體系與評價方法，與海岸線相關的指標包括海岸自然形態、植被覆蓋率、沿岸鳥類活動、近岸污染治理、自然景觀風貌、人文景觀風貌等；廖迎娣等[2]針對江蘇省長江岸線修復面臨的問題，構建了岸線修復評價體系，包括4 項主要指標（植被覆蓋率、水土保持度、原生植物恢復度、植物物種多樣性）以及2 項附加指標（護岸型式多樣性、岸線曲折度）。上述規范和文獻提出的評價指標均從不同側面反映了河流岸線的生態服務功能，但均無法全面反映河流岸線所具備的各項生態服務功能，且部分評價指標對基礎數據要求高，計算過程復雜，在實際河流管理工作中難以推廣。2021 年3 月1 日施行的《中華人民共和國長江保護法》（簡稱《長江保護法》）提出制定長江流域河流岸線修復規范，確定岸線修復指標，保障自然岸線比例，恢復河流岸線生態服務功能。因此，制定覆蓋面全、操作性強的河流岸線生態服務功能評價指標體系，對于精準識別河流岸線存在的生態問題、科學評估河流岸線修復工程的實施效果極為必要，也是落實《長江保護法》的客觀要求。

筆者在調研國內相關研究成果以及水利、生態環境、海洋等行業有關的技術規范的基礎上，依據科學性、全面性、獨立性和可操作性原則，結合河流岸線具備的防洪、控制侵蝕、保護水質、生物棲息和景觀功能，構建河流岸線生態服務功能評價指標體系與評價方法，以期為識別河流岸線生態問題、修復河流岸線生態服務功能、健全河流岸線管理長效機制提供依據和參考。

1 河流岸線的類型、結構和生態服務功能

1.1 河流岸線的類型

根據人為活動對河流岸線的干擾程度、河流岸線土地利用方式、生態退化特征等因素，可將河流岸線分為生態保護型與生態修復型兩大類[19]。其中，生態保護型河流岸線指生態環境現狀較好或無人為干擾或僅有輕度干擾的類型，可細分為植被良好型、沙漠型（河流水體直接與沙漠、戈壁相鄰的岸線）和巖石型（從多年平均最高水位線向陸域延伸有自然存在的寬度不小于10 m 巖石區的岸線）3 類。生態修復型河流岸線指受人為干擾而存在不同程度生態退化，需要采取生態修復措施的類型，根據堤防有無和土地利用類型，生態修復型河流岸線可細分為堤防型、農田型、村落型、養殖塘型、城鎮型、河口型以及復合型（具有上述2 種及以上類型的河流岸線）7 類。

1.2 河流岸線的時空結構

河流岸線作為河流生態系統和陸地生態系統的過渡帶[21]，是一個較復雜的地理景觀單元。河流岸線生態系統在結構上與其他生態系統具有顯著的區別，其在空間和時間尺度具備典型的四維結構特征，即從上游到下游的縱向結構、從河床到泛濫平原的橫向結構、從河川徑流到地下水的垂向結構以及周期性岸線形態變化與生物群落演替的時間變化特征[22]。

從縱向來看，河流岸線主要由自然保護岸線（如重要濕地、水產種質資源保護區、人文歷史景觀區等）、治理修復岸線（防護林帶、禁采區等）、開發利用岸線（港口碼頭、橋梁、取排水設施等）以及特定功能岸線（蓄洪排澇區、排污區等）等不同的景觀斑塊組成。

從橫向來看，河流岸線主要由水相輻射帶、水位變幅帶、陸相輻射帶3 個區域組成[23]，其特征植物類群分別為沉水植物和浮葉植物、挺水植物、濕生植物（圖1）。其中水位變幅帶是河流高水位到低水位之間的區域，是河流岸線生態服務功能發揮的核心區域，其范圍取決于周期性的水位變幅、風浪作用的強度和持續時間等[24]。

圖1 典型河流岸線垂直剖面結構示意Fig.1 Schematic diagram of vertical profile structure of typical river shorelines

1.3 河流岸線的生態服務功能

河流岸線生境的特殊性、復雜性與空間高度異質性，決定了其生態服務功能多樣性，河岸帶植被對水域和陸域生態系統之間的物質流動、能量流動、信息流動和生物流動具備廊道、過濾器和屏障功能，有助于增加動植物的種類、數量與分布，提高生態系統生產力，治理水土和保護穩定河岸，調節微氣候和美化環境[4,24]。同時，河流岸線生態系統具有明顯的邊緣效應，導致其生態系統結構脆弱，成為生物多樣性喪失的重災區之一[4,22]。近年來我國經濟社會快速發展，河流周邊區域人口不斷聚集，取排水設施、道路橋梁、水利水電工程建設等人為活動對河岸帶生態系統造成破壞，導致出現河岸帶生境退化、生物多樣性下降、面源污染加劇等問題[5,25]。

綜合國內外相關研究進展[4,21-22,24,26-27]，河流岸線生態服務功能可以歸納為防洪、控制侵蝕、保護水質、生物棲息、景觀功能5 項：1）防洪功能。河岸帶尤其是大型河流的河濱帶，具有大量持水性能良好的土壤和植被，對洪水的耐受性強，洪水期間能夠在短時間內阻滯、蓄積洪水，然后在較長時間內慢慢向下游釋放，有效降低洪峰流量[21-22]。2）控制侵蝕功能。河岸帶植物根系通過增強土壤表層的強度，以提高河岸帶的穩定性，從而降低河水的侵蝕速度，此外河岸帶植被還具備減緩水面漂浮物和冰塊產生的沖刷影響[22]。3）保護水質功能。河岸帶植被對農田等面源污染具有較強的過濾和緩沖作用，通過植被帶對污染物的過濾、滲透、吸收、滯留、沉積等作用，實現污染物入河濃度和入河量下降，達到維護河流水質的目的[27]。4）生物棲息功能。河岸帶生態系統結構為水陸交錯的過渡帶，從水相輻射帶到陸相輻射帶，溫度、濕度、光照強度、水流流速等生境因子具有高度異質性，可為兩棲動物、鳥類、爬行動物等野生動物提供多樣性場所，滿足其棲息、攝食、繁殖等需求[11]。5）景觀功能。河流岸線具有眾多的自然景觀和人文景觀，其良好的生態環境對于提升城市景觀層次具有重要作用[1]，在保護河岸帶生態環境的基礎上，適度開發岸線景觀功能，是實現人與自然和諧相處、提高濱水環境水平的重要舉措。

2 河流岸線生態服務功能評價指標與方法

2.1 評價指標選取原則與篩選步驟

評價指標的選取需要客觀反映河流岸線生態服務功能，各項評價指標應從不同方面體現河流岸線生態服務功能，此外還應考慮相關數據獲取的難易程度以及計算過程的規范性等方面。因此，評價指標選取主要遵循以下原則：1）科學性。選取的評價指標以及構建的評價指標體系層次結構必須客觀真實反映河流岸線生態服務功能特點。2）全面性。選取的評價指標能夠全面反映河流岸線的防洪、控制侵蝕、保護水質、生物棲息、景觀等生態服務功能，且具有指示性。3）獨立性。評價指標之間應相互獨立，其含義不重疊，各自發揮效用。4）可操作性。評價指標的含義明確，統計計算方法規范且較為簡便，立足于較易獲取的可收集、監測或統計數據，便于操作與實踐。

評價指標篩選主要包括指標梳理和指標遴選2 個步驟：1）指標梳理。查閱了2013—2023 年發表的與岸線修復、岸線資源評估、岸線生態完整性評價、河流健康評估等直接相關的參考文獻45 篇，以及水利、海洋、生態環境等行業技術規范6 項，梳理出與岸線功能相關的評價指標68 個。2）指標遴選。按照構建的準則層將上述評價指標進行分類，將采用次數不少于3 次的指標作為候選指標，在此基礎上結合指標篩選的原則，綜合確定各準則層對應的評價指標2～3 項。

2.2 評價指標體系

根據評價指標選取的原則，構建了河流岸線生態服務功能評價的指標體系（圖2）。該指標體系包括目標層、準則層和指標層，其中目標層為河流岸線生態服務功能，準則層對應河流岸線的防洪、控制侵蝕、保護水質、生物棲息、景觀功能5 項生態服務功能，指標層包括防洪達標率、堤防安全、植被覆蓋率、岸坡穩定性、排污口布局合理程度、生態緩沖帶狀況、生物多樣性指數、植物群落狀況、水鳥狀況、景觀生態價值、景觀舒適度11 項評價指標。

圖2 河流岸線生態服務功能評價指標層次結構Fig.2 Hierarchy structure of ecological service function evaluation indicators for river shorelines

2.3 評價指標分析

2.3.1 防洪功能指標

防洪功能反映河流岸線抵抗洪水、保障堤防安全的能力，包括防洪達標率、堤防安全2 項指標。

防洪達標率用于評價河流堤防及沿河口門建筑物防洪達標情況。防洪達標率統計達到防洪標準的堤防長度占堤防總長度的比例，有堤防交叉建筑物的，須考慮堤防交叉建筑物防洪標準達標比例。防洪達標率計算公式如下：

式中：RFDRI為河流防洪達標率，%；LRDA為河流達到防洪標準的堤防長度，m；LRD為河流堤防總長度，m；nSL為河流堤防交叉建筑物達標數量，個；nSSL為河流堤防交叉建筑物總數，個。

堤防安全評價應根據堤防的級別、類型、歷史和保護區經濟發展狀況等進行安全評價，包括堤防工程質量復核、防洪標準復核、滲流安全性復核、結構安全性復核等。根據SL/Z 679—2015《堤防工程安全評價導則》，得出堤防各項計算結果以及堤防運行管理和工程質量評價結果等級（如一類、二類、三類等），并進行評價，據此綜合判斷堤防安全程度。

2.3.2 控制侵蝕指標

控制侵蝕反映河流岸線抵抗侵蝕的能力，包括植被覆蓋率、岸坡穩定性2 項指標。

植被覆蓋率指自然或人工植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占管理范圍總面積的比例，是反映河流岸線綠化程度的指標。計算公式如下：

式中：rpc為植被覆蓋率，%；Aci為岸段i的植被覆蓋面積，km2；Aai為岸段i的岸帶面積，km2；Lvci為岸段i的長度，km；L為所評價河流岸線的總長度，km。

岸坡穩定性是反映河流岸線發生變形破壞的程度指標，與岸坡傾角、岸坡高度、植被覆蓋率、河岸基質、坡腳沖刷強度等因素相關。計算公式如下：

式中：VBS為河流岸線穩定性賦分；VSA為岸坡傾角賦分；VSC為岸坡植被覆蓋率賦分；VSH為岸坡高度賦分；VSM為河岸基質賦分；VST為坡腳沖刷強度賦分。

2.3.3 保護水質指標

保護水質是反映河流岸線阻控外源污染、防止水質惡化的生態服務功能，包括排污口布局合理程度、生態緩沖帶狀況2 項指標。

2.3.3.1 排污口布局合理程度

排污口布局合理程度是反映河流岸線點源污染控制的功能指標，主要考慮飲用水源保護區內排污口設置情況、排污形成的影響程度、單位河流岸線長度排污口分布密度3 個指標，并進行賦分。每個賦分標準判別條件均不重復，當涉及不同賦分標準的判別條件時，采用各等級賦分標準加權平均計算得到綜合賦分值。綜合賦分值越高，表明河流岸線排污口布局越合理，越利于保護水質。

排污所形成的影響程度可依據河流岸線單個排污口排污形成的混合區長度和寬度綜合確定。在岸邊點源穩定排放情況下，不考慮岸邊反射影響，平面二維水質數學模型的解析解為：

式中：x和y分別為笛卡爾坐標系X向和Y向的坐標，m；C(x,y)為x、y點的污染物濃度，mg/L；m為污染物排放速率，g/s；C0為河流排放口初始斷面混合濃度，mg/L；h為斷面水深，m；Ey為污染物橫向擴散系數，m2/s；u為縱向平均流速，m/s；k為污染物綜合衰減系數，s?1。

污染混合區縱向最大長度（Lsmax）采用下式計算：

污染混合區橫向最大長度（Ltmax）采用下式計算：

式中：Ca為污染物允許升高濃度，mg/L。Ca=Cs－Ch，Cs為水功能區所執行的污染物濃度標準限值，mg/L；Ch為河流上游污染物濃度，mg/L。

單位河流岸線長度排污口分布密度用于評價河流岸線范圍內排污口數量與岸線長度的比值，計算公式如下：

式中：D為排污口分布密度，個/km；Ns為排污口數量，個。

2.3.3.2 生態緩沖帶狀況

生態緩沖帶狀況是反映河流岸線面源污染阻控能力的指標，可通過岸邊植被攔截降水和減少地表徑流、土壤和沉淀物吸附、植物吸收、微生物吸收、反硝化作用等過濾掉大量污染物，因此該指標主要考慮植被類型、植被帶寬度等條件進行賦分。當評價岸線涉及到不同賦分標準的判別條件時，采用各等級賦分標準加權平均計算得到綜合賦分值。綜合賦分值越高，表明河流岸線生態緩沖帶攔截污染物的效果越好，越利于保護水質。

2.3.4 生物棲息指標

生物棲息是反映河流岸線提供生物棲息環境的生態服務功能，采用生物多樣性指數、植物群落狀況、水鳥狀況等指標進行評價。

生物多樣性指數是綜合考慮區域內生物物種數和種群數量，用以反映河流岸線生物多樣性水平的指標。計算公式如下：

式中：H'為生物多樣性指數；S為樣品中生物種類總數；N為樣品中的個體總數量；nj為樣品中第j種的個體數量。

植物群落狀況是反映河流岸線植被為生物提供棲息環境、食物來源等的指標，岸線植物群落包括喬木植物、灌木植物、濕生植物、挺水植物、沉水植物等，根據植物種類和數量的多寡以及分布情況進行分級判斷。評價河流岸線植物群落狀況時，每5～10 km 選取1 個評價斷面，取各斷面賦分的平均值作為植物群落狀況得分。對斷面區域內岸線植物種類、數量、外來物種入侵狀況等進行調查，結合現場驗證，按照豐富、較豐富、一般、較少、無5 個等級分析河流岸線植物群落狀況。

水鳥狀況是反映河流岸線范圍內生物棲息狀況的指標，包括鳥類的種類、數量等。結合現場觀測記錄作為賦分依據，也可采用參考點倍數法，以河流水域岸線形態重大變化前的歷史參考時段的監測數據為基點，宜采用20 世紀80 年代或以前的監測數據。

2.3.5 景觀功能指標

景觀功能指河流岸線與水域相互搭配、融合形成的珍貴自然和人文景觀，具有觀賞、游憩、審美等價值，以滿足人們對高品質親水生活的需求。采用景觀生態價值、景觀舒適度2 項指標進行評價。

景觀生態價值是反映岸線景觀觀賞性、景觀價值和景觀連通性的指標。采用自然或人文景觀價值、景觀連通性、區域代表性等進行分級評價。

景觀舒適度是反映岸線景觀游憩、服務和管理設施的完備程度在觀賞、游憩和審美等方面給人帶來的主觀感受。采用公眾滿意度、游憩服務設施等進行分級評價。

2.4 評價標準與評價方法

2.4.1 評價標準

綜合相關技術規范以及該領域研究現狀[2,3,26,28]，確定各評價指標的賦分標準和效用賦值（表1）。

表1 各評價指標賦分標準和效用賦值Table 1 Scoring standards and utility values for each evaluation indicator

2.4.2 綜合評價方法

2.4.2.1 評價指標權重

參考國內外研究成果[26,29-30]，采用層次分析法，通過決策打分確定評價指標的權重。根據各評價指標對河流岸線生態服務功能影響的相對程度，通過評價值指標之間的兩兩比較確定每個評價指標的相對重要性。

為檢驗判別矩陣的一致性，計算一致性指標（CI）。根據CI 計算隨機一致性比值（CR），即CR=CI/RI（RI 為隨機一致性指標，可通過查表獲?。?。當CR＜0.1 時，認為判斷矩陣滿足一致性要求[26]。

式中：λmax為判斷矩陣最大特征值；n為矩陣的維數。

2.4.2.2 綜合評價

選擇河流岸線生態服務功能綜合指數（ESI）作為綜合評價指標，該指標以各項具體評價指標為基礎，按照目標層、準則層及指標層逐層加權的方法，計算得到河流岸線生態服務功能綜合指數。其中各項具體評價指標采用多屬性效用理論進行綜合評價[29]，在[?1，1]進行效用賦值。ESI 計算公式如下：

式中：Iiw為指標層第i個指標的權重（各指標權重之和為1）；Iir為指標層第i個指標的賦分，賦分范圍為[?1，1]；Cjw為準則層第j個準則的權重（各準則權重之和為1）。

在綜合評價指數的取值范圍內劃分不同的等級標準，詳見表2。

表2 河流岸線生態服務功能綜合指數的評價標準Table 2 Evaluation criteria for ecological service function comprehensive index of river shorelines

3 討論

本文構建了以防洪功能、控制侵蝕、保護水質、生物棲息、景觀功能5 項生態服務功能為準則層的綜合評價體系，在此基礎上對應各項準則層分別選取典型評價指標，以全面反映河流岸線生態服務功能。選取的評價指標均能夠從某個方面反映河流岸線生態服務功能，各指標之間存在較好的獨立性，且指標的概念意義明確，對基礎數據的要求不高，計算過程簡便，在實際工作中具有廣泛的應用前景。

國內外關于岸線生態服務功能評價的指標較多，為本次評價指標梳理提供了基礎和參考，但在指標梳理過程中發現如下問題：1）部分指標概念意義不明確，如自然岸線保有率[3]，何為自然岸線本身就難以認定，導致該指標計算過程中存在較大人為偏差；2）部分指標可操作性不強，如原生植物恢復度[2]，首先需要對研究區域開展實地調查、走訪和歷史資料查閱等基礎工作，形成該區域的原生植物名錄，完成該項工作需要較高專業儲備和大量時間與精力，實際工作中完成難度較大；3）部分指標不屬于河流岸線關注的指標，如濱岸帶水質優劣程度[3]，河流岸線重點關注生態緩沖帶對非點源污染的攔截、稀釋和降解等作用，以實現保護河流水質的目標，而不是河流水域本身的水質狀況；4）部分指標評價主觀性較強，如岸線人為干擾類型[31]、岸線直接承受自然因素作用的程度[31]、環境衛生狀況[31]等，岸線人為干擾類型根據岸線受到人為改造或干擾的情況進行主觀判斷，環境衛生狀況根據評價范圍內生活、建筑、工業垃圾的定性分布情況進行判斷?；诖?，本文盡可能選用了概念意義明確、操作性強的評價指標，同時又能從不同維度較好地反映河流岸線生態服務功能狀況。

4 展望

依據科學性、全面性、獨立性和可操作性原則，針對河流岸線生態服務功能篩選評價指標，采用層次分析法和多屬性分析法，構建了河流岸線生態服務功能評價指標體系，該評價指標體系和評價方法可為精準識別河流岸線生態問題、評估河流岸線修復工程效果等提供指導和依據。今后在河流岸線修復具體評價過程中，仍有大量需要深入研究的工作。

（1）同一河流的上下游、左右岸、干支流的岸線形態和生態服務功能差異顯著，因此在實際操作中宜采取分段進行河流岸線生態服務功能評價，不同河段評價指標的權重也應有所側重，故需深入研究評價河段分段劃分的原則和方法，以及不同類型岸線評價指標權重的確定方法。下階段可選取典型河流進行河流岸線生態服務功能評估試點，最終形成適用于河流岸線生態服務功能評價的技術規范或操作指南。

（2）自然岸線通常包括天然未開發岸線或通過生態修復基本達到岸線生態服務功能的河流岸線?！堕L江保護法》提出“保障自然岸線比例，恢復河流岸線生態服務功能”。本研究提出了河流岸線生態服務功能綜合指數與自然岸線之間的對應關系，但是否將經生態修復后處于“良”及以上等級的河流岸線判定為自然岸線，尚需要開展進一步研究。