本發明提供了一種內河航道生態護底工程實施效果綜合評價方法，屬于水運工程生態環境保護及評價。
背景技術：
1、(1)生態護底的定義及內涵
2、護底工程作為內河航道整治工程的重要組成部分，傳統上一般采用拋石等散體式護底、排體式護底、群體式框架或構件等，以保護河床或整治工程免受水流沖刷，強調結構的穩定性和安全性，但這些護底結構人為阻隔了河流縱向的連通性和連續性，常引起大型底棲動物生物量和生物多樣性的喪失。近年來，生態護底工程的建設已成為國內外航道整治工程的發展趨勢，同時也是實現河流生物多樣性保護和水生態修復的重要實現途徑。生態護底的建設不僅滿足了航道工程設計的要求，還便于大型底棲動物定居生長，并為水生生物提供了適宜的棲息地和生境，提高了河流生態系統的穩定性。
3、綜合近年來國內外學者的研究，內河航道生態護底可以定義為采用天然或人工材料，以一定的空間布局和結構形式人工構筑于河床或整治結構基部并適應其變形，達到水流減速促淤、防止河床沖刷、穩定整治結構的效果，同時便于上覆水體和沉積物的物質交換，有利于大型底棲動物、水生植物和附著生物的定居生長，并可為水生游泳動物提供一定的棲息地，從而滿足工程設計和通航目標，達到結構穩定性、材料生態性、工程布置合理性、工程經濟性及河流生態系統服務功能相統一。因此，本發明所涉內河航道生態護底工程實施效果綜合評價包括結構穩定性、材料生態性、工程布置合理性、工程經濟性及生態系統服務功能五大內涵。
4、(2)生態護底新型結構及評價體系研究現狀
5、近些年來，長江等內河航道整治工程在實施中先后采用了系混凝土塊軟體排、d型軟體塊排、沙波式壓載塊軟體排、透水框架等一系列新型生態護底結構，在內河航道生態護底的建設方面開展了有益的探索。對相關研究現狀的跟蹤顯示，國內關于生態護底實施效果綜合評價的研究相對較少，其相應的評價指標體系也尚未建立。例如：
6、1)高志峰開展了內河航道整治工程多種護底方案的利弊分析，文中通過工程案例，分別從適用性、局限性等方面詳細論述了模袋混凝土護底、混凝土鉸鏈排護底、現澆混凝土護底或灌砌塊石護底各個方案的利弊，從而為不同內河航道整治工程項目選擇提供方案。文中只是從土質、航段、護岸性質、環保、成本、施工條件等方面簡單定性對比了各種傳統護底方案的利弊，指標較少，不適用于內河航道生態護底的工程特點和實施生態效果綜合評價(《中國水運》，2022，(1)，pp133-135)；
7、2)曹民雄、申霞和應瀚海開展了長江南京以下深水航道生態型整治建筑物結構研究，研發了空間排體、主動式鉤連體、扭雙工字透水框架等生態護底結構，并簡要分析了各種生態護底結構的作用機理，結果表明各種結構均取得顯著的經濟和生態效益，具有良好的推廣應用價值。但文中并未對長江南京以下12.5m深水航道一、二期工程中各種生態護底的實施效果開展定量綜合評價，也未建立相應的評價指標體系(《水運工程》，2018，(1)，pp1-11)；
8、3)劉奇峰、朱元章、黃偉和陳怡君探討了長江中下游航道整治護岸工程設計理念，介紹了水下生態結構包括透水框架和魚巢轉等結構形式和應用情況。但文中并未開展水下生態結構實施效果的綜合評價，也未建立相應的評價指標體系(《水利水電快報》，2017，38(11)，pp53-55+78)；
9、4)柴華峰綜述了荊江河段航道整治工程在護底(灘)、高灘守護工程和筑壩等新結構方面的創新，提出了d型連鎖排、一次成型透水框架、新型柔性水草墊等新型護底結構形式。但文中并未開展護底工程新型結構實施效果的綜合評價，同時也缺乏相應的評價指標體系(《中國水運》，2016，(1)，pp43-50)；
10、5)牛蘭花、李云中和杜林霞在原型觀測資料的基礎上分析了三峽工程壩下游河段控制節點的演變趨勢，并對控制節點之一的胭脂壩節點護底保護試驗工程進行了長期跟蹤觀測和分析研究，認為采用拋石填槽、砼系結塊軟體排護底工程對河床穩定及防沖效果明顯。文中從淤積高度和淤積量、河床糙率等方面分析了護底工程的保護作用，但未建立相應的評價指標體系并開展實施效果綜合評價(《長江科學院院報》，2014，31(6)，pp123-129)；
11、6)李一兵、程小兵在調研分析了長江中下游綠色環保型航道整治建筑物基礎上，總結了現有可用于航道整治的綠色環保型材料和工藝的特點及實用性，提出了綠色環保型整治建筑物結構形式及材料，明確了這些材料和結構在護面、護底、護灘以及護岸工程中的適用部位。文中既未開展護底結構實施效果綜合評價，也未建立相應的評價指標體系(《水道港口》，2012，33(5)，pp397-404)；
12、6)吳澎、姜俊杰、曹鳳帥介紹了土工合成材料的種類和主要功能，總結了其在水運工程中的應用情況，闡述了護底軟體排、主動式鉤連體等相關方面的研究及工程實踐，并指出了土工合成材料進一步的應用及發展方向(《水運工程》，2017，(6)，pp16-22)；
13、7)彭浩、李彪、孫保虎、歐陽飛、溫國楠、周鵬、傅林公布了一種生態護底壓載結構，解決了現有技術護底結構促淤緩流效果較差，該結構可以給底棲生物提供更大的棲息空間，改善河底的生態效應(中國，cn221398844?u)；
14、8)彭浩、李彪、張宇、歐陽飛、孫保虎、溫國楠、李強、李鵬、周小超公布了一種具有促淤緩流作用的多孔混凝土的生態護底結構，該結構可以從多個方向減少護底結構附近的流速，起到保護護底結構穩定的作用(中國，cn219298114?u)；
15、9)彭浩、李彪、孫保虎、郭敏、張芹、張雯、李強、程崢、徐秀枝、王亞譞、耿磊、李鵬公布了一種促淤緩流的生態砼底板結構，該結構有利于泥沙落淤，增強護底結構的促淤緩流和護底效果，且利用分布的粗細pvc空心管束模擬簇狀植物群，能增加魚類以及底棲生物的生存空間(中國，cn218436887?u)；
16、綜上所述，內河航道生態護底工程的材料來源日益廣泛，新型結構形式不斷涌現，并日益成為國內外內河航道整治的主要趨勢和發展方向，亟需在上述背景技術基礎上，研究并建立具有指導性且操作性強的內河航道生態護底工程實施效果綜合評估指標體系和評價方法予以支持，以指導內河航道生態護底工程的結構設計、材料選擇、工程建設及實施的生態效果綜合評估，服務于河流生態系統保護及恢復狀況的長期監測，以不斷提升內河航道的生態建設水平。
技術實現思路
1、(1)發明目的
2、針對現有內河航道生態護底工程(ecological?river?bottom?protectionengineering)實施效果綜合評價方法及其生態恢復效果長期跟蹤監測的局限和不足，本發明提供了一種內河航道生態護底工程實施效果綜合評價方法。其包括內河航道生態護底工程綜合評估指標體系、基于內河航道生態護底工程綜合評估指標體系的各分項指標權重及評分準則體系、基于護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系這三個部分。本發明為內河航道生態護底工程的實施效果評價提供了清晰、完整、詳實、可定量化的評價準則體系，為指導內河航道生態護底的結構設計、材料選擇、工程建設及生態恢復效果長期跟蹤監測提供一種簡便、易行及經濟的評價方法。
3、(2)技術方案
4、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種內河航道生態護底工程實施效果綜合評價方法，其組成包括內河航道生態護底工程綜合評估指標體系、基于內河航道生態護底工程綜合評估指標體系的各分項指標權重及評分準則體系、基于護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系這三個部分。
5、所述內河航道生態護底工程綜合評估指標體系，其特征如下：由兩個層級5類指標及其所包含的14項分項指標構成，其中，第一層級包含5類指標：a1結構穩定性、a2材料生態性、a3工程布置合理性、a4工程經濟性、a5生態系統服務功能；第二層級包含14項分項指標，其分別與a1、a2、a3、a4、a5這5類指標相對應，具體對應關系如下：
6、1)a1結構穩定性指標對應：a11耐水流沖刷特性、a12緩流促淤特性這2項分項指標；
7、2)a2材料生態性指標對應：a21天然材料所占比例、a22人工有機合成材料耐久性這2項分項指標；
8、3)a3工程布置合理性指標對應：a31河床形態穩定性、a32工程擾動比例這2項分項指標；
9、4)a4工程經濟性指標對應：a41工程造價經濟性、a42工程施工難易程度、a43工程運維難易程度這3項分項指標；
10、5)a5生態系統服務功能指標對應：a51縱向連通性、a52有利于水生植物根系穿透或附著生物生長、a53大型底棲動物物種數量及密度、a54有利于營造多樣化生境及棲息地、a55外來入侵生物這5項分項指標。
11、用于描述上述內河航道生態護底工程綜合評估指標體系的示意圖參見圖1。
12、所述基于內河航道生態護底工程綜合評估指標體系的各分項指標權重及評分準則體系，包括上述兩個層級5類指標及其所包含的14項分項指標的權重取值及5個檔次的定性或定量評定準則，其中14項分項各指標不同檔次的狀況劃分為5個等級，其賦予的分值遞減，依次為5分(優)、4分(良)、3分(中)、2分(較差)、1分(差)，評定準則具體如下：
13、1)a11耐水流沖刷特性(權重0.13)：非常穩定(無侵蝕痕跡，生態護底工程區域結構完好率≥85％)、較為穩定(偶發侵蝕痕跡，工程區域結構完好率70-85％)、一般穩定(中度侵蝕，工程區域結構完好率50-70％)、較不穩定(較多侵蝕，工程區域結構完好率30-50％)、不穩定(大量侵蝕，工程區域結構完好率＜30％)；
14、2)a12緩流促淤特性(權重0.13)：很好(生態護底工程區域沉積物淤積顯著，平均淤積高度0.3m以上)、較好(工程區域沉積物淤積較為明顯，平均淤積高度0.1-0.3m)、中等(工程區域出現沉積物，平均淤積高度0-0.1m)、較差(工程區域未出現明顯的沉積物淤積)、很差(工程區域未現淤積，且存在明顯沖刷痕跡)；
15、3)a21天然材料所占比例(權重0.08)：80-100％(單位面積生態護底工程采用天然材料的質量占比確定，混凝土和石塊可認為天然材料)、60％-80％、40％-60％、20％-40％、＜20％；
16、4)a22人工有機合成材料耐久性(權重0.08)：無人工有機合成材料、人工有機合成材料耐久性50年以上、人工有機合成材料耐久性20-50年、人工有機合成材料耐久性10-20年、人工有機合成材料耐久性5-10年、；
17、5)a31河床形態穩定性(權重0.08)：生態護底工程實施后，工程區域河床形態和沖淤保持穩定、工程區域河床形態和沖淤保持基本穩定、工程區域河床形態和沖淤變化較小、工程區域河床形態和沖淤發生明顯變化、工程區域河床形態和沖淤發生較大調整；
18、6)a32工程擾動比例(權重0.08)：＜20％(生態護底工程區擾動面積占所在河段全部河床面積比例)、20％-40％、40％-60％、60％-80％、80-100％；
19、7)a41工程造價經濟性(權重0.05)：很好(從工程造價衡量，生態護底工程與傳統護底工程的比值≤1.0)、較好(1.0-1.5)、中等(1.5-2)、較差(2-3)、很差(3及以上)；
20、8)a42工程施工難易程度(權重0.05)：很好(從工程施工難易程度衡量，生態護底工程與傳統護底工程的比值≤1.0)、較好(1.0-1.5)、中等(1.5-2)、較差(2-3)、難度很大(3及以上)；
21、9)a43工程運維難易程度(權重0.05)：簡單(基本不需要維護)、較好(簡單少量維護)、中等(3-5年需維護一次)、較差(1-2年需維護一次)、復雜(需要每年不斷維護)；
22、10)a51縱向連通性(權重0.06)：縱向連通性維持自然狀態，生態護底的結構不影響上覆水體和沉積物物質交換、縱向連通性較好，上覆水體和沉積物物質交換影響較小、縱向連通性一般，上覆水體和沉積物物質交換影響中等、縱向連通性較差，上覆水體和沉積物物質交換困難、縱向連通性完全阻斷，上覆水體和沉積物物質完全隔離；
23、11)a52有利于水生植物根系穿透或附著生物生長(權重0.06)：生態護底的結構和工程布置非常有利于水生植物根系穿透及附著生物生長、結構和工程布置利于水生植物根系穿透及附著生物生長、結構和工程布置便于水生植物根系穿透及附著生物生長、結構和工程布置不利于水生植物根系穿透及附著生物生長、結構和工程布置極其不利于水生植物根系穿透及附著生物生長；
24、12)a53大型底棲動物物種數量及密度(權重0.06)：生態護底工程區域大型底棲動物物種數量或密度與無護底區域的比值達80％及以上、工程區域大型底棲動物物種數量或密度與無護底區域的比值60-80％、工程區域大型底棲動物物種數量或密度與無護底區域的比值40-60％、工程區域大型底棲動物物種數量或密度與無護底區域的比值20-40％、工程區域大型底棲動物物種數量或密度與無護底區域的比值＜20％；
25、13)a54有利于營造多樣化生境及棲息地(權重0.05)：生態護底的結構和工程布置非常有利于營造多樣化生境及棲息地、結構和工程布置利于營造多樣化生境及棲息地、結構和工程布置便于生物定居及棲息、結構和工程布置不利于生物定居及棲息、結構和工程布置極其不利于生物定居及棲息；
26、14)a55外來入侵生物(權重0.04)：無外來入侵生物、偶現外來入侵生物物種，危害不大、外來入侵生物較為常見，尚未對生態環境造成危害、外來入侵生物較為普遍，形成穩定種群并對生態環境造成危害、外來入侵生物占據優勢，對本地物種和生態環境造成嚴重危害。
27、所述基于護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系包括護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)、內河航道生態護底工程生態符合性程度的評價準則體系，具體內容包括：
28、1)所述護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的計算方法為：所述14項分項各指標的權重與所得分值乘積后加和后，得到待評價的護底工程生態符合性指數；
29、2)所述內河航道生態護底工程生態符合性程度的評價準則體系為：依據所計算的護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)分值按照以下評價準則判斷內河航道生態護底工程實施效果，當ecir-rbpe≥4分，評價等級為優，表示該種生態護底生態符合性很高、當3分≤ecir-rbpe＜4分，評價等級為良，表示該種生態護底生態符合性較好、當2分≤ecir-rbpe＜3分，評價等級為中、表示該種生態護底生態符合性中等，當1分≤ecir-rbpe＜2分，評價等級為較差、表示該種生態護底生態符合性較差，當ecir-rbpe＜1分，評價等級為差，表示該種生態護底生態符合性差。
30、(3)優點和功效
31、本發明的優點是創建了一種內河航道生態護底工程實施效果綜合評價方法，包括內河航道生態護底工程綜合評估指標體系、基于內河航道生態護底工程綜合評估指標體系的各分項指標權重及評分準則體系、基于護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系這三個部分組成。其優點和功效體現在如下幾個方面：
32、1)所構建的內河航道生態護底工程綜合評估指標體系包含了兩個層級5類指標包括結構穩定性、材料生態性、工程布置合理性、工程經濟性、生態系統服務功能指標及其所包含的14項分項指標，為內河航道生態護底工程的實施效果評價提供了清晰、完整的評價指標體系；
33、2)所構建的基于內河航道生態護岸工程綜合評估指標體系的各分項指標權重及評分準則體系，包含兩個層級5類指標及其所包含的14項分項各指標的權重取值及5個檔次的定性或定量評定準則，為內河航道生態護底工程的實施效果評價提供了詳實、可定量化的評價準則體系；
34、3)所構建的基于護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系，包括護底工程生態符合性指數(ecir-rbpe)及其5個分值等級的內河航道生態護底工程實施效果評價準則體系，為定量評價生態護底工程的生態恢復效果，為指導內河航道生態護底工程的結構設計、材料選擇、工程建設及生態恢復效果長期跟蹤監測提供一種簡便、易行及經濟的評價方法。
35、本發明彌補了內河航道生態護底工程的生態恢復效果長期跟蹤監測技術缺憾，填補了內河航道生態護底工程實施效果綜合評價方法的空白，為內河生態航道建設評價提供了技術支持。