水庫健康狀況綜合評價的初步研究

任子綱，高永勝

（1.朔州市水務局，山西朔州 036002；2.浙江同濟科技職業學院，浙江杭州 311231）

水是生命之源，水資源是人類得以生存和發展的基礎性資源之一。水庫作為水資源開發利用的主要工程形式之一，不僅是有效集控水資源、實現水資源再分配的工具，更是維護社會穩定、保障和促進社會經濟持續發展的重要基礎設施。隨著社會經濟的快速發展、人口和經濟增長用水需求急劇增長，水資源的無序和低效率開發利用導致地下水枯竭、地表水水質惡化和水量減少等現象不斷加劇，使人類對水庫功能有了新的認識和提升。據統計，我國現有水庫約8.72萬座，其中8萬余座興建于20世紀五六十年代，由于當時缺乏對水庫生態功能的認識，加之水庫工程運行多年、日常維修養護不到位、生態恢復歷史欠賬太多等原因，許多水庫出現程度不同的工程隱患和工程效益衰減問題。目前，這些水庫雖通過除險加固在工程隱患方面有所改善，但多數水庫淤泥嚴重、效益衰減和生態影響等問題未能從根本上得以改變。同時，由于對水庫生態影響的忽視和水庫生態效益的片面理解與曲解，近幾年全國各地出現以水庫模式為主的引蓄水生態景觀工程爭相上馬，在加劇水資源無序開發利用的同時加重了水庫對生態環境的影響，特別是這些水庫由于片面追求景觀效益存在工程設計防洪標準相對較低和對水庫淤積、水質考慮不足等問題，如何全面評價水庫的健康問題成為我們亟需解決的課題。

1 健康水庫的內涵

人類筑壩建庫已有上千年的歷史，修建水庫目的從最初單一滿足灌溉需求逐步發展到防洪、灌溉、發電等多目標需求，水庫成為當前最重要的水資源管理工具之一，更是水資源短缺地區經濟社會發展的重要基礎設施和組成部分。隨著人們對水庫績效和影響后果的了解，20世紀70年代以來以生態文明為核心的人與自然和諧發展理念逐步為人們所認知并接受，人們在考慮水庫滿足經濟社會需求的同時，逐步開始考慮水庫生態系統的穩定和生物多樣性等問題。近些年來，人們試圖以水庫生態系統健康和工程績效等指標為基礎，綜合評價和判定水庫的健康狀況，使水庫真正可持續地促進人類福利的提高，更好地促進經濟社會的發展。

研究表明，水庫在滿足農業灌溉、生活和工業用水、發電或者控制洪水的同時，因其改變了所在河流及流域內水資源的既有權力和分配方式，繼而不同程度影響著流域內社會、經濟和環境原有形態，其中以生態系統的影響尤為廣泛，而大型水庫對生態系統的影響更多是負面的，如大西海子水庫的攔截引起塔里木河下游河道斷流干涸、三門峽水庫泥沙淤積帶來生態環境退化等。因此，評價和判定水庫健康狀況時，應在水庫滿足工程績效和水庫生態系統自動調節能力的基礎上，對水庫所在河流和流域生態環境的影響予以充分考慮，并將其納入水庫健康程度的評價和判定體系中。基于以上考慮，健康水庫應具有以下四方面屬性：①水庫的安全保障，泛指水庫結構和工程質量上的安全，這是水庫健康的首要條件，具體體現在水庫的各項工程技術指標是否達到設計要求；②水庫在經濟社會系統中具體的績效體現，主要是指水庫的防洪減災、供水、發電等社會效益和經濟效益，這是修建水庫最終目的所在，也是人類維護水庫健康目的所在；③水庫生態系統的自動調節能力，主要是指水庫維持淹沒區和周邊陸地生態系統及生物多樣性的相對穩定的動態平衡能力，這是水庫健康的基本體現，也是生態系統的重要特點之一；④水庫對河流、流域生態環境的影響，水庫作為一種物理障礙，不僅會擾亂水壩上下游物種成分的變化，甚至會使河流的上下游乃至整個流域的生態環境受到影響，這是影響流域可持續發展的重要內容之一。所以，一個健康的水庫應至少具有以下幾方面的特征：①具有一定的自身安全性，主要體現在水庫工程結構和質量的安全性以及與水庫控制流域面積相對應的防洪能力，以保證水庫具有較高安全性；②具有一定的排沙能力，一方面緩解水庫因泥沙淤積而造成的可利用庫容不斷萎縮和庫區內營養鹽不斷累積，另一方面緩解水庫因減少了泥沙和營養成分向下游輸送而造成對下游河道、洪泛區及淤積區形態和生態上的影響；③具有一定的績效，水庫的防洪減災、工農業及生活供水、發電等既定效益目標應基本實現；④水庫生態系統應具有基本的自動調節能力，能夠基本維持系統內生物數量和比例的相對穩定和動態平衡；⑤水庫對河流、流域和水生生態系統的影響應有一定的閾值，確保河流及流域內各類生態系統的相對穩定性，避免生態系統內出現物種滅絕等不可逆轉的損失發生。

2 評價指標體系的構建

2.1 評價指標選擇的原則

根據我國社會發展水平和現有水庫狀況，遵循水庫利用的可持續應滿足流域經濟的可持續發展要求，健康水庫評價指標應在力求反映水庫健康面臨的共性問題基礎上，明確反映出水庫健康的差異性，要求評價指標具有通用性、科學性、可操作性和代表性。鑒于水庫功能的多樣性和影響范圍的廣泛性、多樣性、復雜性以及水庫運行時間較長的特點，著重考慮以下幾個方面：①指標的系統性和層次性。健康水庫要在包含社會、經濟、生態等大系統的基礎上，涵蓋防洪、發電、灌溉、水環境等子系統，確定指標時要按不同層次和不同要素分級別、分層次確定，指標既要反映出水庫整體健康水平，又要反映出水庫不同方面的健康狀況。②指標的動態性和靜態性。健康水庫評價指標及其權重的確定不是固定不變的，是與水庫功能、地理位置以及水庫所影響的區域經濟發展等多種因素有關的，是動態變化的。但對同一座水庫而言，某一階段的健康標準應是相對明確的，評價指標及其權重也是相對確定的。③指標的流域尺度性。水庫作為水資源管理的重要手段和工具，從根本上阻斷了河流和改變了河流流量的空間和時間分布，在造成生態系統物理的、化學的和地貌形態的改變基礎上，對生態系統的初級生產能力也產生了改變（包括對河流和臨河植物和下游濕地等的影響），也改變了自然河流系統的生物化學循環，并可能影響到整條河流乃至整個流域。因此，水庫健康評價工作應基于流域尺度，評價指標的選擇應從流域角度考慮。

2.2 評價指標體系的構建

基于健康水庫內涵，選取反映水庫結構和工程安全性的安全指標，反映水庫對社會、經濟和生態系統支撐程度的績效指標和反映水庫對流域生態環境影響程度的影響指標3類一級指標。①水庫安全指標。水庫工程結構和質量的安全程度是水庫實現既定功能效益的前提和基礎，是衡量水庫健康與否的主要因素和首要條件。水庫的壩高、溢洪道泄洪能力、庫容等工程技術指標可作為水庫安全狀況的重要評價指標。基于水庫的可持續利用目標，選擇與水庫泥沙淤積程度有關的平均排沙比和反映水庫水資源現狀控制調節能力的防洪庫容率兩個方面進行評價。②水庫績效指標。水庫績效是維持水庫健康、確保水庫可持續利用的目的所在，是通過水庫功能得以具體體現，一般包括社會功能、經濟功能和生態功能。其中，社會功能是指水庫在保障人民生命財產安全、維護社會穩定中呈現出的防洪、抗旱減災及飲水保障等效益；經濟功能是指水庫的工農業供水、發電、養殖、航運以及旅游等經濟效益；生態功能是指水庫對庫區及周圍流域生態的支撐功能，是水庫維持庫區及周邊生物種類、數量及比例相對穩定和動態平衡的能力，是生態系統具有自動調節能力的表現，可通過生物多樣性、景觀多樣性以及生物棲息地等狀況表征。③水庫影響指標。水庫的修建改變了自然河流水循環機理和河流泥沙運移規律，從而對河流乃至流域生態系統產生一定影響。針對因水庫修建引起下游河道自凈能力降低、水生生物減少等問題以及引發這些問題的原因，選擇水環境容量、河口徑流、生物連續性等指標。

健康水庫評價指標體系及量化方法，見表1。注：（1）水庫水質達到要求的平均水體體積可以水質達標時間進行換算；

表1 健康水庫評價指標體系

（2）水環境容量采用文獻[4]公式計算，即ρ=86.4(Ch-Ci)Q+Kci(L Q V)。

2.3 水庫健康狀況評價模型

（1）多目標模糊評價模型。所謂健康，本身就具有相對性，因此水庫的健康與不健康存在一定的區間性，它是水庫在安全、績效和影響方面不同程度的表現形式，具有漸變性和過渡性，屬于客觀存在著的模糊現象的范疇。由于評價指標既要體現水庫整體健康水平，又要反映水庫不同方面的健康狀況，指標呈多樣化形式，既有多層次、多要素和分級別、分層次性，又具有不可公度性，因此采用多目標綜合模糊模型評價水庫健康狀況。

式中：aj、bj為樣本 j的級別下限值和上限值；rij為樣本j指標i特征值對評價指標體系集的相對隸屬度；sih為級別h指標i標準特征值對評價指標體系集的相對隸屬度；wi為指標i的權重。

多目標模糊評價模型中，應先確定各指標權重和指標標準特征值。評價結果(uhj)越接近于1，說明評價對象越健康。

（2）指標權重的確定。評價指標的權重是關系到評價結果能否真實反映水庫健康狀況的重要因素。確定指標權重時，應深入實際調查，廣泛聽取各方面專家和公眾意見，縱向上進行建庫前后河流狀況比較，橫向上與條件相似水庫比較并預測水庫發展趨勢，要考慮以下三方面因素：①水庫功能的主次。依據水庫在防洪、工農業供水、飲水、發電、航運諸多功能中的主次性，合理確定相應指標的權重。②地域生產力水平。不同社會發展階段或不同經濟發展區域會對健康水庫內涵有不同的理解，可選擇不同的評價指標或不同的指標權。③流域自然條件。我國幅員遼闊，各流域自然條件會有較大差距，水庫的流域規模不同會有不同的健康受損原因，因此選擇指標和確定指標權重時要充分考慮。基于上述原因，用二元對比模糊分析法逐級分層次確定指標權重。

（3）指標標準特征值的確定。水庫的健康狀況客觀上是取決于水庫結構、工程質量的安全程度和水庫績效的，但在主觀上是取決于人類對水庫績效和影響的認知水平和價值取向的，不同發展階段人的認知水平不同，對水庫健康內涵會有不同的理解和要求。而健康作為一個相對概念，本身具有動態性。因此，水庫健康狀況評價指標的標準僅僅是綜合反映當前我們在使水庫可持續地促進人類福利提高的過程中著力解決已認知的河流自然特征和經濟社會發展中存在的問題，是人類基于現有科學技術水平試圖尋求一種人與自然和諧發展模式。在遵循社會經濟可持續發展、人與自然和諧共處、共同可持續發展的原則下，將水庫健康評價標準分為優、良、中、較差、極差5個級別。

對于每個指標的標準特征值，根據實際需求，可獨立確定。

3 結語

（1）健康水庫內涵應包括水庫安全、水庫績效在經濟社會系統中的體現、水庫生態系統的自動調節能力、水庫對流域生態環境影響的四方面內容。健康水庫應具備一定的防洪減災、排泥輸沙、供水發電和基本的生態自動調節能力以及對流域生態系統影響在一定閾值范圍內的五方面特征。

（2）基于健康水庫內涵相應構建了水庫安全指標、水庫績效指標、水庫影響指標3類一級指標和14個具體的二級指標作為評價健康水庫的指標體系，該指標體系較全面地反映了水庫的自然和社會特征，所選指標易于量化。針對不同水庫，可根據水庫具體問題、相關資料的可獲取性等選擇指標。

（3）水庫健康具有一定模糊性和妥協性，且影響因素較多，采用多目標綜合模糊模型可以較真實地反映和評價水庫健康狀況，并采用二元對比模糊分析法逐級分層次確定指標權重，將指標標準特征值分為5個級別。

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