摘要：为促进航道工程与生态保护的协调发展并推动内河航道高质量发展，文章对航道工程生态影响评估技术的研究进展与发展方向进行系统梳理。阐述了生态影响评估技术的发展历程，详细探讨了内河航道工程对河流生态系统的影响，并描述了构建包括栖息地生境影响在内的评估指标体系的过程。介

全文刊载于《前瞻科技》2025年第3期“现代运河工程科学与技术专刊”。

文章摘要

为促进航道工程与生态保护的协调发展并推动内河航道高质量发展，文章对航道工程生态影响评估技术的研究进展与发展方向进行系统梳理。阐述了生态影响评估技术的发展历程，详细探讨了内河航道工程对河流生态系统的影响，并描述了构建包括栖息地生境影响在内的评估指标体系的过程。介绍了时间序列对比法、综合指数法、层次分析法等多种评估方法。提出完善评估方法与指标体系、加强数据收集与监测工作、推动技术创新与应用等发展建议，以期推动中国内河航道向高质量发展迈进。

随着加快内河水运发展和交通强国等国家战略的深入推进，加强航道治理已成为目前各流域发展的重点工作。然而，在满足船舶安全、高效通航的同时，航道工程的施工可能会对河流生态环境造成不利影响。为了推动中国内河航道向高质量发展迈进，航道工程的生态化建设已成为行业发展的必然方向。重视生态保护，推动生态化航道建设，已成为谋求航道工程可持续发展的必然选择。在此背景下，探究内河航道工程对河流生态系统的影响机制和作用过程具有重要意义。

1 生态影响评估技术研究进展

关于生态影响评估的研究最早始于国外。早在1972年，美国《清洁水法》中就提出了生物完整性指数（Index of Biological Integrity, IBI）的概念，并在1981年召集美国鱼类及野生动植物管理局、水生生态学界专家进一步完善定义并确定关键指标，用来定量测量生物完整性，同时提出了评估方法，确定应使用多个点位来确定环境情况。为了量化评估系统和完善生物完整性指数的指标体系，Karr在1981年制定了IBI。该系统使用一系列与物种组成和生态结构相关的鱼类群落属性来评估水生生物群落的质量，可以准确反映鱼类群落及生存环境的状况。相对于航道工程等涉水工程生态影响的评价，国内外学者多是结合河流健康评价进行研究。在评价指标方面，1992年，澳大利亚政府发起了一个全国性的河流生态评价计划，构建了19个评价指标的体系，主要包含河流水文学、形态特征、河岸特征、水质及水体中的生物五大方面，以维多利亚河流域为例开展了评价研究。1994年，南非政府也发起了河流评价计划，将河流无脊椎动物、鱼类、河岸植被带、河流植被带及河流生境状况作为河流生态的评价指标。1997年，英国开展了河流栖息地调查（River Habitat Survey, RHS）。该方法是较为完善的河流栖息地评价体系和方法，通过对沉积物特征、植被类型、河道数据及土地利用等指标的调查分析来判断河流的自然特征和质量，且可以衡量河流的生态环境现状与天然状态之间的差距。2000年，欧盟颁布了水框架指令（Water Framework Directive, WFD）。该指令强调，对生态状况的全面评估需涵盖生物群落、水文条件及化学特性3个维度，并主张采取以流域为基本单位的水资源综合管理方式。

国内关于生态影响的研究起步较晚。2005年，蔡其华归纳和阐述了长江流域的健康及生态系统状态，主要从水能、水质、水量和水生物4方面建立了基于长江淡水生态系统评价指标体系。2010年，张晶等基于生物因素、生境条件及人类活动对河流生态系统的影响构建了一个全面的河流健康评价指标体系，该体系涵盖了水文特征、水质状况、河流地形特征、生物群落特征及社会经济属性5个维度，共计包含36项具体指标。2013年，居晓青和陈虎综合重庆市河流的特点，选取了21个指标对重庆市河流生态状况进行评价。2016年，李瑶瑶等从水文特征、水质状况、地貌特征和生物状况4个方面，筛选得到17项指标作为健康评价指标体系，并创新性地采用Takagi-Sugeno模糊神经网络法评判淮河流域（河南段）河流生态系统的健康状况。2020年，张杰等选取了45个候选指标，构建了具有生物完整性、物理完整性及化学完整性在内浑太河河流生态系统评价体系。2023年，任文畅和孔晓露结合嘉兴市长水塘平原河网的特殊性，从水文、水质、形态、生物和社会服务5个方面10个指标对河流水生态健康状态进行综合评价。

综上所述，不同河流所处地理位置、地貌特征及生态系统状况等均存在显著差异，因而采用的河流生态系统健康评价体系也不尽相同。如何针对河流特性选择合适的评估方法和评价指标需在后续研究中进一步完善。但多指标综合评价仍是国内外河流生态完整性评价的发展趋势，内河航道工程生态影响评价指标体系的构建需要结合中国内河航道工程生态影响实际特征，并从内河航道工程实际特点出发，选择合适的评估方法和评估指标。

2 航道工程生态影响评估指标体系构建

2.1 航道工程施工的生态影响

1）对水环境的影响

在航道工程施工期间，炸礁工程、航道开挖、疏浚土抛卸都可能对水环境造成一定的影响。例如，有些船舶操作人员会直接将采用挖泥船进行疏浚时产生的大量油污水和废弃物排入航道，对水体环境造成了污染。炸礁时礁石碎片可能四处飞逸，但由于颗粒粒径较大，水中阻力也较大，碎片应主要散布在工程区域周边且迅速落淤，而炸礁区域附近的细颗粒河床，也可能受振动影响产生小范围泥沙起悬。此外，疏浚过程中的主要污染因子是悬浮物，污染物产生量与疏浚方式以及底泥的颗粒成分均有关系。疏浚工程产生的悬浮泥沙属于无组织形式排放，因此极易对水环境造成影响。

2）对水生生物的影响

在进行护岸与护滩的施工过程中，部分河道空间将占用，这不可避免地会对施工区域的鱼类资源及其产卵、索饵活动产生干扰。而在航道疏浚作业中，机械或水力工具对底部泥土的扰动会导致水体中悬浮泥沙浓度显著上升，当悬浮泥沙浓度过高时，会缩减水体真光带的深度，进而削弱水体的初级生产力，严重削弱浮游生物的存活能力，并对整个水生生态系统产生连锁影响。此外，若悬浮固体浓度过高，还会造成鱼类腮部沉积物颗粒积聚，阻碍鱼类的正常呼吸功能，极端情况下甚至会导致鱼类窒息死亡。

3）对栖息地生境的影响

航道整治工程涉水作业一般包括沉排、抛石、抛投透水框架等。由于水下建筑物的形成，将导致水生生境发生变化或局部区域生境消失。一方面，河岸衬砌的过度硬化可能导致土体与水体的自然联系被割裂，进而阻碍河道水域内的生物、微生物与陆地接触，致使它们的自然栖息环境趋于恶化，并相应地削弱了河流本身具备的天然净化能力。另一方面，工程项目竣工后，部分区域河床的地形地貌将发生变化。例如，抛石与沉排等措施的实施会增大河床的粗糙程度，进而形成水下的障碍物。这些障碍物下方会产生局部的湍流尾流现象，从而引发人工鱼礁的生态效应。这可以为洄游性鱼类提供临时避让场所，也为一些底栖鱼类（如黄颡鱼等）提供适宜栖息活动的环境。此外，炸礁工程施工时，由于原有岩性礁石的爆破，工程区域底质的瞬间变化较大，原有底栖生物的栖息地会突然部分消失。

2.2 生态影响评估指标的遴选

选取指标时需综合考虑施工过程中及项目完工后对河段生态环境方面的一系列影响，反映航道工程总体与影响因素间的内在联系。在选取指标时，需遵循综合性、独立性、可操作性和简明科学性的原则，从大量的原始数据与评价信息中筛选出易于量化且全面的关键性指标，作为构建评价体系的基础指标。

为确保评价结果的可靠性，在量化指标时，必须全面考虑各级别河流的自然构造与生态机能，明确主要的干扰因素，并据此适当调整影响河流生态的各项因素。当前，针对内河航道工程的生态影响已开展的评估和探讨多停留在定性层面或只针对某一个特定的指标进行量化，较为完善的评估指标体系还较为罕见。刘怀湘和朱明成利用矩阵方法对炸礁工程、疏浚工程、守护工程、筑坝工程4项长江航道工程典型影响类型的生态影响情况进行了评价，提取出水动力条件（流速、水深、紊流强度）、泥沙条件（含沙量、输沙量、底质）、水环境因子（水质）7项基本环境因子，将工程对生态的影响范围划分为“局部”“不定”2个梯度，将影响程度划分为“较小”“不定”“中等”“较大”4个梯度，将6项影响类型与7项基本环境因子组合，构建了基本环境因子影响评价矩阵，并使用该矩阵针对航道工程对生物栖息地的影响范围和影响程度开展了评价。该指标体系具体分析了航道工程各阶段对生态环境产生的影响，这一细致的划分有利于开展更为标准化的工程综合对策研究，但该体系缺少对整治后生态效果的评估。陈玥如通过筛选施工情况、生态影响、整治效果、经济效果4个一级指标及大气污染程度、水污染程度、噪声污染程度、水土流失情况、河道生态影响程度等18项二级指标构建了生态影响评估指标体系，并使用模糊综合评价模型对长江莲沱段航道整治工程的生态影响进行了探讨。该指标体系较为全面地考虑了航道整治工程方案的各影响因素，不仅考虑了施工阶段对生态环境产生的影响，还评估了项目完工后航道条件的变化，从而得出更为适宜的航道整治方案。杨琳等构建了包括河势条件、航道条件、通航条件、生物、生境、绿色施工、涉水功能、设计建设、运维管理等9个方面的南槽航道治理工程评价指标体系，并且采用模糊综合评价法对航道健康水平进行评价。该体系中的指标在借鉴其他航道生态健康评价研究的基础上，增加了“绿色施工技术”等体现航道生态健康水平的指标，指标体系完整且具有专业性。另外，各个指标具有明确的计算方法及评价细则，相互之间不存在包含及对立关系，具有相对独立性。

2.3 生态影响评估指标权重的分配

指标权重是衡量各评价指标在航道工程生态影响评价中隶属程度的关键，对评价结果的客观性和精确性具有重要影响。确定指标权重应当基于对现状的深入调研，包括收集历史数据，广泛吸纳专家及公众的意见，并综合考虑河流生态系统的垂向与横向结构特征，同时结合当地经济发展状况，科学合理地设定各指标的权重。指标权重的确定方法主要分为主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法3类。主观赋权法是一种依据决策者个人主观价值来确定权重的方法，它具备清晰的分析思路，能够将定性问题量化处理。然而，由于专家们在知识背景和经验上的差异，可能会导致指标权重出现较大的偏差，从而使得这类方法在权重分配上不可避免地带有一定的主观色彩。客观赋权法是基于原始数据间的相互关系，通过各指标所含信息量来确定其权重的一种方法。该方法避免了主观随机性，但其有效实施需依赖充足的数据支持。当前，组合赋权法占据主导地位。该方法不仅不局限于单一途径，而且实现了主观判断与客观计算的有机结合。但是影响航道工程方案的因素具有变量多而庞杂、不确定指标作用显著等特点，组合赋权法的计算结果并不能完全满足航道生态影响的评估要求。因此，模糊综合评价法更适用于航道工程。该方法在航道评价中能够实现多个定量、定性指标的综合评价，并在评价结果中得出各指标对于航道整体生态满足程度的影响。这一方法在汉江航道评价中的应用效果良好。

3 生态影响评估方法

内河航道工程生态影响评估方法众多，根据评价指标主要分为以下几种。

3.1 时间序列对比法

时间序列对比法主要是利用工程前后的多期监测数据进行对比，反映生态系统的变化。廖炜在定位观测、野外调查等常规手段的基础上，运用了遥感（Remote Sensing, RS）、地理信息系统（Geographic Information System, GIS）和全球定位系统（Global Positioning System, GPS）等技术手段，研究生态恢复实施前后的生物多样性、植被覆盖、土地利用、土壤侵蚀强度、水源涵养能力等变化。郝媛媛以民勤盆地为研究区域，基于RS及GIS技术对治理前、治理工程一期及治理工程二期3个时期生态因子的恢复情况进行对比分析。徐剑春等以通渭县牛谷河研究区为例，采用现场调查结合遥感影响对工程实施前后研究区域水土流失敏感性指数进行了对比分析。

3.2 综合指数法

综合指数法也称为加权综合评分法，通过建立指标体系，确定评价标准，最后得出综合评价指数值。综合指数法能够考虑多种影响因素，并通过给不同因素赋予权重来反映各因素的重要性，适用性较为广泛。但该方法指标的设定和权重的分配易受到主观因素的影响，导致评分结果偏向某个选项。华国春等结合拉鲁河的退化现状和环境特征，构造了包含湿地非生物环境特征、湿地生物特征以及湿地系统特征3个综合指标和16个评价因子在内的一整套较为系统、完整且操作性强的湿地评价指标体系，并采用层次分析法进行了初步评价。符蓉等利用状态-压力-响应（Pressure-State-Response, PSR）模型和综合指数法，结合土地利用及景观格局指数，从时空变化的角度对2001—2020年汉江流域生态安全状况进行了评估。雷彩秀等从绿色经济科技、绿色工业生产、绿色生态环境、绿色生活4个层面构建江西省绿色发展评价指标体系，运用熵权法和综合指数法对江西省水资源开发保护和绿色发展水平进行了评价，采用耦合协调度模型和障碍度诊断模型探讨了两系统的耦合协调程度及其主要影响因素。

3.3 层次分析法

层次分析法的特点之一是运用定性与定量结合的方法对整个体系进行分析评价。通过所建立的层次结构关系，来解决复杂问题的各个因子。各个因素权重的重要性确立后，通过一定的分析方法并结合人为判断，对每个组成因素的重要性按照一定的方法进行排序。

层次分析法构建方法主要分4个步骤，第一，建立层次结构模型；第二，针对上一层的每个因素，采用比较法对其下属的同一层诸因素进行两两成对分析，并依据1~9比较尺度（即萨蒂1~9标度法）量化因素间的重要程度差异，进而构造出对应于该上层因素的 “成对比较矩阵”，此过程需逐层推进，直至完成最下层因素的成对比较与矩阵构建，这一步骤统称为“构建成对比较矩阵”；第三，计算权向量并做一致性检验，如果没有通过检验，则需要重复第2步，对比较阵进行重新构建；第四，对组合权向量进行估计，并对组合的一致性进行检验。层次分析法能够将定性和定量分析很好地结合起来。传统的技术偏向于定量分析，而层次分析法可以将最优化技术里的定量分析与定性分析相结合，能够很好地应用于比选各个方案，对资源进行合理配置和规划。但是，层次分析法有一个必要条件，即必须建立在合理的层次结构基础上。在这个过程中人的主观意识起主要作用，会影响对数据准确性的推断。同时，层次分析法的弊端是数据量过大，各个数据的权重分析有一定困难，每个特征值和特征向量的具体计算方法也相对困难。因此，判断分析和比较结果通常会让研究者不够满意。

宋为威等基于层次分析法-熵权法，以水环境健康、生态健康、社会服务健康为目标，分别选取了22项可以代表蠡湖健康状况的评价指标，构建了蠡湖健康评价体系。张扬等提出了包含防洪减灾、水资源保护和开发利用、水管理、水环境改善、水生态修复、景观协调、水文化弘扬和水经济发展等多方面的中小河流幸福指数评价体系，并基于层次分析法对典型中小河流幸福度开展评价，验证评价体系的可靠性和实用性。李晋鹏等以长江深水航道整治生态护岸工程为例，基于层次分析法选取结构稳定性、材料生态性、工程布置合理性、工程经济性、生态系统服务功能5类共计16个指标构建了内河航道生态护岸工程实施效果综合评估指标体系。

3.4 模糊综合评价法

模糊综合评价法主要是应用模糊数学的基本理论，借助模糊数学的一些基本概念并结合模糊关系合成的原理，对不确定性的问题进行划分，对实际的综合评价问题提供评价方案。

模糊综合评价法是目前国内学者应用得比较广泛的一种方法，在不断的实际操作中，该方法的适用性得到了很好的验证。相比传统评价方法，模糊评判法的优点在于能够科学合理地将定性指标与定量指标结合，并整合作用于评价体系中。另外，该方法可以对每个指标进行单独评价。整体集合的结果对个体评价的独立性影响较小，最终评价结果比较直观，便于观察与应用。使用该方法进行评价可以得出直观的综合评价结果，尤其适用于有层次、复杂的生态系统评价。

廖志敏基于改进模糊综合评价法，从工程效果、工程施工、管理维护3个维度出发，建立了包括10个一级指标的曹家沟河道整治工程评价指标体系。张洋从工程成效、生态成效、社会成效3个方面选取12个因素层评价指标，构建适用于城市河道的综合治理效果评价指标体系，然后采用模糊层次综合评价法作为城市河道综合整治效果评价模型。张航飞等采用模糊综合评价法，选取岸前水深、岸线稳定性、工程地质条件、后方陆域条件、城市依托条件、交通便捷度和生态环境保护条件作为适宜性评价因子，对海南澄迈湾5个岸段的岸线资源开展了港口开发适宜性评价。

3.5 主成分分析法

主成分分析法作为一种经典统计学方法被经常应用于各个领域。其核心优势在于对数据集合的简化能力，相比其他方法，它能在最大程度保留原始数据信息的前提下，先对高维度的指标数据进行降维分析（即通过提取主成分，将多维度指标转化为少数几个综合指标），同时基于降维后的核心信息，对样本数据进行系统性归纳与全面简化；在此基础上，还能大幅减少因决策分析者个人主观臆断所导致的偏差。此外，它可以客观地确定各个指标的权重，科学性较强，在环保统计领域得到了越来越广泛的应用。

刘阳等运用河流伦理思想和主成分分析法，分析了卫河流域水安全、水资源、水经济、水管理、水文化、水环境、水生态、水景观８个维度所蕴含的河流伦理思想，并初步探索了基于河流伦理思想的生态流域主成分指标体系。田高强和汪爱霞采用主成分分析法，选取了近10年经济、人口、水资源、环境和效益5个系统的15个指标作为评价体系，分析了甘肃省近年来水资源承载力的发展趋势。王珍选取了节能环保支出、化学需氧量排放量、氨氮排放量、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量、地级及以上城市空气质量优良天数比率、地表水达到或好于Ⅲ类水体比例和全省化肥实物量8个指标构建了黄河流域生态环境质量评价指标体系，采用SPSS 24.0软件对黄河流域9省区生态环境质量进行主成分分析。

3.6 结构方程模型法

结构方程模型法（Structural Equation Model, SEM）作为一种多变量统计方法，近年来为生态学家所认识和理解，并大范围应用于实际操作。这种模型为生态学中的很多研究提供了一种新的方法和思路，也为研究人员在解决复杂的生态学问题上提供一个新的启发。结构方程模型法也称联立方程模型法、因果建模法等，其原理是构建模型的假设，通过一定的方法来寻找变量间内在的结构关系，进而对假设模型的正确性和合理性进行验证。如果模型的假设有一定问题，该方法可以提出修改意见，并根据意见加以修改。结构方程模型的拟合原理，其核心就是尽量缩小样本。它在处理包含潜变量、测量误差以及复杂变量间关系等问题上，展现出优于传统数理统计方法的优势，在统计学领域逐渐被广泛认可。许多世界知名的研究人员称它为“第二代多元统计”方法。

肖科沂选取湿地健康、湿地结构、气候因素和人类活动因素4个方面12个指标变量构建评价指标体系，在此基础上使用结构方程模型法对张家港湿地生态效能的影响因素和路径系数开展了研究。云晋等运用结构方程模型法对望虞河西岸湖荡群水生态系统的健康状况进行评价和分析，研究评价模型对望虞河西岸湖荡群水生态系统健康评价的可行性，并分析总结其生态系统的健康状况及存在的生态环境问题。叶晶通过社会经济、土地利用、水质指标的分析建立模型后，使用SEM对其进行验证、优化，对该地区水质状况有了更为全面的了解，这对改善当地水体富营养化具有重要指导意义。

综上所述，针对航道工程生态影响评估的不同需求，各类方法各具特点：时间序列对比法擅长揭示工程前后生态系统状态的动态变化，但高度依赖长期、连续的监测数据。综合指数法通过权重整合多指标，结果直观、易于理解，但指标选取与权重分配易受主观性影响。层次分析法等主观赋权法在构建指标体系时系统性强、灵活性高，能有效整合专家经验，但易受主观判断干扰。主成分分析法等客观赋权法基于数据内在结构降维赋权，客观性强、误差较小，但权重结果可能缺乏生态学专业解释性，且对数据量要求高。模糊综合评价法能有效处理生态影响因子的模糊性和不确定性，将定性描述定量化，结果直观且特别适合复杂、多层次的系统，因此在航道生态评估中应用广泛。结构方程模型法能够揭示复杂变量间的因果关系（含潜变量），理论验证能力强、精度高，但模型构建复杂、对数据质量（如样本量、正态性）要求严苛，应用门槛较高。

4 发展建议

1）完善评估方法与评估指标体系

当前，针对内河航道工程的生态影响已开展的评估和探讨多停留在定性层面或只针对某一个特定的指标进行量化，较为完善的评估指标体系还较为少见。这种单一视角的评价方法容易导致对生态系统复杂性和动态性的忽视，从而影响评估结果的准确性和可靠性。因此，研究时需要引入多学科交叉的评估方法，综合考虑施工情况、水环境条件、水生生物等多个方面的影响，以全面评估生态系统的复杂性和动态性。此外，采用定性和定量相结合的方法，可以提高评估结果的准确性和可靠性。例如，可以将多种评估方法结合，采用层次分析法确定指标权重，利用模糊综合评价法对确定好的权重进行计算分析。

2）加强数据收集与监测工作

对于许多航道工程的监测数据来说，其质量和准确性参差不齐。尤其是对于偏远地区的河流生态系统来说，获取详细的生态数据可能非常困难。这种数据质量和可用性的限制不仅影响了评估的精度和可靠性，还可能对评估结果的科学性和合理性产生负面影响。因此，加强对偏远地区和其他重要河流生态系统的监测工作至关重要。此外，研究人员应采用先进的监测技术和设备，提高数据的质量和精度，建立全国性的河流生态系统监测网络，实现数据的共享和互通。

3）推动技术创新与应用

随着遥感、无人机及物联网等技术的进步，生态影响评估正朝着更加高效、准确和智能化的方向发展。卫星遥感技术在生态影响评估中发挥着越来越重要的作用，特别是在大尺度、长时间序列的生态环境监测方面。此外，大数据分析技术通过对不同来源和类型的数据进行整合、挖掘，可以发现隐藏在数据背后的规律和关系，为生态影响评估提供更有力的支持。例如，通过大数据分析技术可以识别河流生态系统中的关键物种和敏感区域，从而制定更利于生态恢复的功能措施。此外，通过对历史数据的学习和训练，建立可以预测未来水环境质量的变化趋势的算法。深度学习算法则可以用于图像识别和分类，如创新采用“机器学习+专家知识”相结合的方式，建立主要目标水生生物分类索引数据库。依托分类索引库及标注预处理信息，研发针对内河航道水域典型水生生物的深度神经网络模型。

5 结束语

随着内河航道工程在国家水运发展战略中的地位日益凸显，其生态影响评估技术的研究与实践已成为实现航道高质量发展的重要保障。文章系统梳理了生态影响评估技术的发展历程，从评估指标体系的构建到多方法融合的应用，揭示了当前技术在定量化、动态化及综合性方面的不足。未来，需进一步完善多学科交叉的评估框架，强化遥感、大数据等新兴技术的深度融合，推动评估方法向智能化、精准化方向升级。同时，应加快构建覆盖全国的河流生态监测网络，实现数据的高效共享与动态更新，为生态影响的全周期管理提供支撑。通过技术创新与制度保障的双轮驱动，中国航道工程有望在保障通航效率的同时，实现生态保护与工程建设的协同优化，为交通强国与生态文明建设提供坚实的技术范式与实践路径。

来源：前瞻科技杂志