Health assessment of transboundary rivers based on the PSR and matter-element extension models: A case study of Taipu River
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摘要: 以太浦河为例, 基于PSR模型构建针对水体和河岸带的多指标评价体系, 运用熵权法计算指标权重, 通过PSR模型和物元可拓模型对太浦河进行分段分类分级评价. 结果表明: 上游江苏吴江段分类结果为“高压力-较好状态-低响应能力”类型; 中游浙江嘉善段为“低压力-中等状态-低响应能力”类型; 下游上海青浦段为“低压力-中等状态-高响应能力”类型. 吴江段河流健康状况评估结果为Ⅲ级(差), 嘉善段和青浦段均为Ⅱ级(一般), 且倾向于Ⅰ级(好), 表明虽然河流目前的健康状态一般, 但由于制定的政策在一定程度上有效, 可通过进一步加大保护水源地力度逐步实现水源地健康状况恢复. 研究结果可为太浦河分区治理和河岸带生态化建设提供决策支持.Abstract: Taking Taipu River as an example, a multi-index assessment system for the water body and riparian zone is constructed based on the PSR model. Index weights are calculated with the entropy weight method, and the Taipu River is evaluated using the PSR and matter-element extension models. The results show that the Wujiang segment is classified as “high pressure-good state-low response ability”, the Jiashan segment is classified as “low pressure-medium state-low response ability”, and Qingpu segment is classified as “low pressure-medium state-high response ability”. The result of the health assessment of Wujiang is Grade Ⅲ (poor). Meanwhile, Jiashan and Qingpu are both Grade Ⅱ (medium), but leaning towards Grade I (good); this indicates that although the current health status of the river is medium, the health status of the water source area could be gradually restored by further increasing protection of the water source given that the policy is to some extent already effective. The results can provide decision support for river management and ecological construction of the riparian zone in Taipu River.
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表 1 太浦河健康评价指标体系及数据来源
Tab. 1 Comprehensive assessment index system of the Taipu River water-riparian system
目标层 准则层 指标层 变量层 数据来源 河流健康评价体系 压力 人工压力指标 农业用地比重c1(%) 2016高分一号卫星影像解译 养殖用地比重c2(%) 2016高分一号卫星影像解译 建筑用地比重c3(%) 2016高分一号卫星影像解译 道路用地比重c4(%) 2016高分一号卫星影像解译 废水排放量c5(kg/h) 水利部太湖流域管理局 化学需氧量排放量c6(kg/h) 水利部太湖流域管理局 氨氮排放量c7(kg/h) 水利部太湖流域管理局 人工干扰情况c8 现场调查 状态 河流水文形态指标 河流连通阻隔状况c9 现场调查 流量变异情况c10 太湖流域水文水资源监测中心 河岸状态指标 河岸冲刷程度c11 太湖流域水文水资源监测中心 岸坡倾角c12(rad) 现场调查 岸坡高度c13(m) 现场调查 河流水质指标 溶解氧水质状况c14(g/m3) 太湖流域水文水资源监测中心 水中耗氧有机物污染状况c15 太湖流域水文水资源监测中心 水中重金属污染状况c16 太湖流域水文水资源监测中心 河流生态指标 大型底栖无脊椎动物完整性指数c17 太湖流域水文水资源监测中心 着生硅藻营养化指数c18 太湖流域水文水资源监测中心 响应 自然功能响应指标 植被覆盖率c19(%) 2016高分一号卫星影像解译、现场调查 社会服务功能指标 河流防洪指标c20 现场调查 
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表 2 指标的正负向关系及权重
Tab. 2 Positive and negative relationships of indicators and weights
变量 正/负向关系 权重 c1 正向 0.040 c2 正向 0.060 c3 正向 0.056 c4 正向 0.031 c5 正向 0.107 c6 正向 0.108 c7 正向 0.106 c8 负向 0.029 c9 正向 0.033 c10 正向 0.026 c11 负向 0.028 c12 正向 0.035 c13 负向 0.110 c14 负向 0.036 c15 负向 0.034 c16 负向 0.029 c17 负向 0.032 c18 正向 0.044 c19 负向 0.026 c20 负向 0.029
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表 3 准则层权重
Tab. 3 Weights of criterion layer
压力指标 状态指标 响应指标 变量 权重 变量 权重 变量 权重 c1 0.074 c9 0.270 c19 0.477 c2 0.111 c10 0.087 c20 0.522 c3 0.104 c11 0.069 c4 0.058 c12 0.082 c5 0.199 c13 0.064 c6 0.201 c14 0.071 c7 0.197 c15 0.087 c8 0.055 c16 0.083 c17 0.078 c18 0.108
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表 4 评价标准
Tab. 4 Evaluation criteria
层级 G1 G2 G3 Gp c1 (0.00,0.22) (0.22,0.34) (0.34,1.00) (0.00,1.00) c2 (0.00,0.10) (0.10,0.15) (0.15,1.00) (0.00,1.00) c3 (0.00,0.08) (0.08,0.25) (0.25,1.00) (0.00,1.00) c4 (0.00,0.02) (0.02,0.07) (0.07,1.00) (0.00,1.00) c5 (0.00,0.00) (0.00,4.15×104) (4.15×104,7.88×105) (0.00,7.88×105) c6 (0.00,0.00) (0.00,25.28) (25.28,54.84) (0.00,54.84) c7 (0.00,0.00) (0.00,1.43) (1.43,3.10) (0.00,3.10) c8 (38.02,100.00) (–131.36,38.02) (–279.00,–131.36) (100,–279.00) c9 (0.00,0.07) (0.07,0.12) (0.12,0.17) (0.12,0.17) c10 (0.00,0.84) (0.84,0.92) (0.92,1.20) (0.00,1.20) c11 (97.71,100.00) (84.63,97.71) (0.00,97.71) (0.00,100.00) c12 (0.00,2.06) (2.06,4.28) (4.28,7.00) (0.00,7.00) c13 (89.23,100.00) (77.44,89.23) (0.00,77.44) (0.00,100.00) c14 (94.69,100.00) (92.29,94.69) (0.00,92.29) (0.00,100.00) c15 (98.53,100.00) (96.57,98.53) (0.00,96.57) (0.00,100.00) c16 (6.47,8.00) (5.73,6.47) (0.00,5.73) (0.00,8.00) c17 (38.29,60.00) (24.51,38.29) (0.00,24.51) (0.00,600.00) c18 (0.00,2.61) (2.61,3.04) (3.04,5.00) (0.00,5.00) c19 (0.25,1.00) (0.09,0.25) (0.00,0.09) (0.00,1.00) c20 (88.91,100.00) (22.46,88.91) (0.00,100.00) (0.00,100.00)
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表 5 各区域指标的物元评估计算和评级结果
Tab. 5 Calculation results and grades of the matter-element evaluated by region
吴江区 嘉善县 青浦区 吴江评级 嘉善评级 青浦评级 G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 c1 0.001 1 –0.001 1 –0.007 3 –0.023 9 –0.003 1 0.001 1 –0.006 9 0.015 6 –0.009 7 Ⅰ Ⅲ Ⅱ c2 –0.005 8 0.014 9 –0.014 6 –0.001 3 0.003 1 –0.017 3 –0.020 3 –0.004 7 0.000 7 Ⅱ Ⅱ Ⅲ c3 –0.023 2 –0.005 8 0.007 3 –0.001 2 0.002 1 –0.020 3 –0.007 6 0.015 0 –0.016 9 Ⅲ Ⅱ Ⅱ c4 –0.012 4 0.014 3 –0.011 1 0.005 9 –0.004 3 –0.018 0 –0.017 7 –0.003 0 0.000 2 Ⅱ Ⅰ Ⅲ c5 –0.105 9 –0.103 1 –0.110 5 0.000 0 0.000 0 –0.105 8 –0.043 7 0.000 6 –0.105 8 Ⅱ Ⅰ Ⅱ c6 –0.013 2 –0.002 9 0.003 0 0.000 0 0.000 0 –0.010 9 0.000 0 0.000 4 –0.010 9 Ⅲ Ⅰ Ⅱ c7 –0.011 6 –0.002 5 0.002 6 0.000 0 0.000 0 –0.009 5 –0.000 1 0.000 8 –0.009 5 Ⅲ Ⅰ Ⅱ c8 –0.018 6 –0.016 5 0.027 6 –0.015 9 0.017 9 –0.017 8 0.016 6 –0.183 8 –0.041 9 Ⅲ Ⅱ Ⅰ c9 –0.000 2 0.016 5 –0.016 8 –0.000 4 0.000 0 0.003 8 0.002 6 0.000 0 –0.000 4 Ⅱ Ⅲ Ⅰ c10 0.000 5 –0.001 1 –0.005 5 –0.002 2 0.003 9 –0.000 8 –0.004 2 0.003 9 –0.000 8 Ⅰ Ⅱ Ⅱ c11 –0.014 1 0.018 5 –0.025 2 –0.016 7 –0.015 6 0.028 2 0.028 3 0.027 8 –0.032 6 Ⅱ Ⅲ Ⅰ c12 –0.018 0 –0.003 8 0.004 9 –0.010 4 0.016 2 –0.011 7 0.003 4 –0.002 7 –0.017 6 Ⅲ Ⅱ Ⅰ c13 –0.055 1 –0.040 0 0.106 8 –0.036 8 0.094 1 –0.085 8 –0.055 1 0.094 1 –0.124 6 Ⅲ Ⅱ Ⅱ c14 –0.017 8 –0.009 0 0.035 6 –0.015 8 0.019 6 –0.032 9 0.034 3 0.024 6 –0.036 2 Ⅲ Ⅱ Ⅰ c15 0.029 3 –0.021 4 –0.033 5 –0.022 3 0.017 5 –0.033 5 –0.098 2 0.339 7 0.033 9 Ⅰ Ⅱ Ⅱ c16 0.026 8 –0.011 0 –0.023 9 –0.017 0 0.018 1 –0.023 5 –0.047 2 0.018 3 0.028 9 Ⅰ Ⅱ Ⅲ c17 0.029 3 –0.013 9 –0.021 3 –0.018 9 0.016 9 –0.019 4 –0.058 8 0.034 6 0.030 1 Ⅰ Ⅱ Ⅱ c18 –0.002 8 0.015 3 –0.006 4 –0.008 2 –0.001 4 0.001 7 0.000 2 –0.000 2 –0.007 3 Ⅱ Ⅲ Ⅰ c19 –0.023 3 0.022 2 –0.013 2 –0.023 3 0.022 5 –0.013 0 0.025 1 0.007 4 –0.050 6 Ⅱ Ⅱ Ⅰ c20 –0.023 1 –0.022 3 0.025 7 –0.020 9 0.018 2 –0.020 2 0.028 8 –0.090 9 –0.049 6 Ⅲ Ⅱ Ⅰ Kj (V) –0.258 0 –0.090 7 0.080 9 –0.229 2 0.225 4 –0.405 7 –0.220 7 0.297 5 –0.420 7 Ⅲ Ⅱ Ⅱ
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表 6 各区域指标准则层的物元评估计算和评级结果
Tab. 6 Calculation results and grades of the matter-element evaluated by criterion layer
准则层 G1 G2 G3 评级 评估结果 吴江区 压力 –0.353 5 –0.191 6 –0.191 6 Ⅲ 高压力 状态 –0.048 8 –0.108 8 0.017 4 Ⅰ 较好状态 响应 –0.839 7 –0.002 6 0.226 3 Ⅲ 低响应能力 嘉善县 压力 –0.082 3 0.037 1 –0.423 0 Ⅱ 中等压力 状态 –0.403 7 0.370 7 –0.393 2 Ⅱ 中等状态 响应 –0.803 4 0.739 2 –0.601 4 Ⅱ 中等响应能力 青浦区 压力 –0.073 6 –0.404 2 –0.420 6 Ⅰ 低压力 状态 –0.481 1 1.356 2 –0.272 0 Ⅱ 中等状态 响应 0.977 6 –1.478 6 –1.819 7 Ⅰ 高响应能力 注: 吴江区 G2 值为 -0.191 63, G3 值为 -0.191 61, G3＞G2, 评级为 Ⅲ 级
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