嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流健康評價

吳計生,梁團豪,霍堂斌,李 穎,

(1.松遼水環境科學研究所,吉林 長春 130021;2.松遼水利委員會流域規劃與政策研究中心,吉林 長春 130021;3.中國水產科學研究院黑龍江水產研究所,黑龍江 哈爾濱 150001;4.中國科學院東北地理與農業生態研究所,吉林 長春 130102)

嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流健康評價

(1.松遼水環境科學研究所,吉林 長春 130021;2.松遼水利委員會流域規劃與政策研究中心,吉林 長春 130021;3.中國水產科學研究院黑龍江水產研究所,黑龍江 哈爾濱 150001;4.中國科學院東北地理與農業生態研究所,吉林 長春 130102)

從水文水資源、物理結構、水質、生物和社會服務功能等5個準則層和14 個指標層對2011年的嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流健康狀況進行評價。結果表明,受人類開發活動影響,嫩江下游河流健康評價指數賦分為59分,河流處于亞健康狀態；農業開發、水利工程建設、過度捕撈等人類干擾是造成下游河流生境變化的主要因素。提出了水利工程生態調度、河岸帶修復與管理、水質修復、棲息地修復、濕地生態系統恢復等河流健康管理措施。

河流健康;亞健康;健康評價；指標體系;嫩江下游

河湖水系是地表水資源的主要載體,是維系生態系統健康的重要因子,也是哺育人類歷史文明的搖籃。在國務院下發的《關于加快水利改革發展的決定》(中發[2011]1號)和《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》(國發[2012]3號)文件中均明確提出維護河湖健康生態的根本要求。近年來,國內一些專家和學者對河流健康理論、評價技術及不同水體應用開展了相關研究,董哲仁等[1-3]研究了河流健康的內涵、評價體系、評價方法等,胡春宏等[4-7]分別在黃河下游、贛江、遼河、太湖等流域開展河流健康評價工作,從理論和實踐方面進行了有益的探索。在水利部統一部署下,2010—2012年松遼流域開展了流域重要河湖健康評價試點工作。筆者以嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流為試點水域,基于水文水資源、物理結構、水質、生物和社會服務功能等5個準則層對嫩江下游河流健康狀況進行了評價,并進一步分析造成河流健康壓力的主要原因,為制定河流有效保護和合理開發決策提供技術支撐。

1 嫩江流域概況與河流評價分段方案

嫩江是松花江的北源,發源于大興安嶺支脈伊勒呼里山中段南側,屬溫帶大陸性季風氣候,多年平均降雨量400～500 mm[8]。嫩江上游地區穿行于大興安嶺山地區,山高林密,河谷狹窄,支流眾多;中游從嫩江縣城到尼爾基水庫壩址,是山區到平原區的過渡地帶,支流較少;下游江道進入廣闊的松嫩平原地帶,地勢低平,江道蜿蜒曲折,灘地展闊,灘地上多泡沼、濕地和牛軛湖,支流增多。嫩江位于東經119°52′～126°30′,北緯45°27′～ 51°38′，從河源至河口全長1 370 km,高差約900 m,縱貫松嫩平原西部,流域面積29.7萬km2,占松花江流域面積的52%。

結合流域工作實際情況,本次河流健康評價選擇嫩江下游河段(尼爾基至三岔河口)作為試點評價河流,全長549 km,為平原河流。根據嫩江下游河流地貌形態、水文及水力學狀況變異、水生生物以及流域經濟社會發展特征的相同性和差異性,將嫩江下游評價河流劃分為尼爾基壩址—同盟、同盟—新嫩江公路橋、新嫩江公路橋—莫呼公路橋、莫呼公路橋—光榮村、光榮村—洮兒河出口、洮兒河出口—三岔河口6個評價河段(圖1)。

圖1 嫩江下游評價河流分段方案

2 河流健康評價指標體系與評價方法

2.1 評價指標體系

河流健康表現為河流結構狀態、生態環境功能和社會服務功能3方面的健康[9]。依據指標選取原則,建立河流健康診斷指標體系應是一個多項目、多層次的遞階結構體系。本次評價在構建河流健康評價指標體系時,分為3個層次,分別為:目標層——嫩江河流健康,準則層——水文水資源、物理結構、水質、生物、社會服務功能等5個方面,指標層——流量過程變異程度、河岸帶狀況等14項指標。通過逐層評價揭示河流屬性及功能的健康狀況。嫩江河流健康評價指標標準建立方法及指標具體權重如表1所示。

指標權重的確定是關系到評價結果能否真實反映河流健康生命狀況的重要影響因素[10]。在本次評價時,通過嫩江流域前期現狀調查,摸清流域自然條件、生境狀況、社會經濟發展水平,采用層次分析法,通過專家咨詢和打分經驗判斷,構造判斷矩陣,然后計算出嫩江流域各指標的權重。從5個準則層來看,生物準則層作為河流健康與否的直觀反映,其比重最大,其次為滿足人們生產生活需求的社會服務功能準則層;由于嫩江流域原生境保留相對較好,水質、物理結構、水文水資源準則層權重采用平均分配法確定。

2.2 評價方法

a. 河流生態完整性評價。河流健康是衡量河流生態系統結構與功能狀態的標準,也是評價河流生態系統狀態的有效方法[17]。河流生態完整性評價是從河流生態系統屬性考慮,對評價河段水文水資源、物理結構、水質和生物準則層在河段尺度上進行綜合評價。其計算公式如下:

(1)

式中:I為評價河流賦分;Ii為評價河段指標和準則層賦分;Li為評價河段河流長度;L為評價河流總長度;N為評價河段數。

表1 嫩江河流健康評價指標標準建立方法及具體權重

注:W為各指標權重值。

表3 嫩江下游河流生態完整性賦分

b. 社會服務功能準則層評價。考慮河流的社會屬性,從水功能區達標、水資源開發利用、防洪、公眾滿意程度、灌區供水滿足程度加權評價河流社會服務功能。

c. 河流健康評價標準。國際上常采用的方法包括參考點位法、專家判斷法、歷史狀態法、模型推算法[18-20]等。本次評價,針對不同指標綜合使用上述方法(表1)。在選擇參考系時,采用流域內最小干擾狀態作為參考點,對于與社會服務功能相關的指標,主要根據河湖管理預期目標確定評價基點。

河湖健康評價采用分級指標評分法,逐級加權,綜合評分,即得到河湖健康指數。綜合河流生態完整性評價指標賦分和社會服務功能評價賦分,二者加權得出評價河流健康賦分。

河流健康分為5 級:理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態(表2)。

3 評價結果與討論

3.1 河流健康評價賦分

嫩江河流健康評價包括5個準則層,基于水文水資源、物理結構、水質和生物準則層評價河流生態完整性。根據河流生態完整性評價計算公式,計算出6個評價河段的河流生態完整性賦分情況(表3)。

表2 河流健康評價分級

評價結果顯示,尼爾基壩址—同盟段為不健康狀態,同盟—新嫩江公路橋、新嫩江公路橋—莫呼公路橋兩個河段屬于亞健康狀態,莫呼公路橋—光榮村、光榮村—洮兒河出口、洮兒河出口—三岔河口3個河段處于健康狀態。經各評價河段的長度加權計算,最終計算出嫩江下游尼爾基—三岔河口河流生態完整性賦分為58分,處于亞健康狀態。

根據河流社會服務功能評價計算,嫩江下游尼爾基—三岔河口段河流社會服務功能準則層賦分為62分(表4)。將嫩江河流生態完整性與社會服務功能指標賦分加權計算,嫩江下游河流健康評價指數最終賦分為59分。按照評價等級劃分,該段河流屬于亞健康狀況,接近健康狀態。

本文基于河流的自然屬性與社會屬性建立了嫩江河流健康評價指標體系,確定了各指標權重,得出了嫩江下游處于亞健康狀態的結論,其指標體系適應性較好,基本反映了嫩江下游河流的健康狀況。

表4 社會服務功能準則層賦分

但由于制約河流健康的因素很多,且存在評價指標的多樣性、相關性及不確定性因素,需要今后進一步開展河流健康評價指標與標準優選研究,提高評價方法的實用性與有效性。

3.2 河流健康整體特征

嫩江下游河流蜿蜒穿行于松嫩平原,沿岸湖沼廣布,沙灘、沙洲、江汊眾多,水流平穩,江道彎曲迂回,兩岸雜草叢生,魚類餌料豐富,盛產魚類、貝類和蝦類。江岔洼地水草茂盛地帶,適宜鯉、鯽等魚類的自然繁殖生長。兩岸灘地延展很寬,最寬處可達10 km,最大水深7.4 m,灘地上廣泛分布著泡沼、濕地和牛軛湖。齊齊哈爾市以上江道平均坡降0.01%～0.02%,主槽水面寬300～400 m,水深3～4 m。下游江段為吉、黑兩省界河,河網密度較大,右岸有諾敏河、雅魯河、綽爾河、洮兒河等大支流匯入嫩江,左岸廣大地區基本屬于內陸閉流區,有大片沼澤、連環湖和濕洼地。

從水文水資源準則層分析,受嫩江中游尼爾基水利樞紐工程建設影響,下游河道水文情勢發生較大變化,尤其在壩下河段,與天然條件相比,流量過程變異程度指標計算高達1.42,處于不健康狀態。但隨著下游多個支流匯入,河道流量逐漸增多,尼爾基水庫建設產生的水文影響不斷減小和趨緩,河流逐漸恢復天然形態。

從物理結構準則層分析,嫩江下游河漫灘寬廣,河道蜿蜒曲折,總體看來,河流廊道具有較好的自然性。河岸帶岸坡較穩定,植被覆蓋以草本植物為主,僅局部岸段存在河道采砂、農業耕作、道橋建設等人工干擾活動。河岸帶扎龍、莫莫格、查干湖等重要天然濕地保護良好,因尼爾基水庫、北部引嫩擴建大壩以及堤防工程建設，河流縱向與橫向連通性受到一定損害。

從水質準則層分析,嫩江下游各評價河段水質較好。但齊齊哈爾、大安等城市河段水質為Ⅵ～Ⅴ類,主要超標因子為COD和CODMn。河流水體中DO濃度很高,水質準則層賦分較高,處于健康狀態。

從生物準則層分析,本次調查共采集魚類61種,與歷史資料相比較，魚類種類減少了13種。受水利工程建設、水質污染、過度捕撈等因素影響,烏蘇里白鮭、哲羅鮭、日本七鰓鰻等洄游性魚類在評價河段內已近消失。評價河流底棲生物完整性指數賦分為76分,處于健康狀態。

從社會服務功能準則層分析,該段河流流經齊齊哈爾市市區,受河流沿岸工業廢水排放和農業退水影響,評價河流水功能區達標率僅為15.38%。

目前,嫩江流域已初步形成了以堤防為基礎,以尼爾基大型控制性水利樞紐為骨干,支流水庫調蓄以及其他非工程措施構成的綜合防洪體系,但流域防洪能力仍然偏弱,局部江段彎道凹岸深泓線緊貼河岸,造成岸坡淘刷,形成河道險工。在尼爾基水庫的調度作用下,下游多個灌區灌溉用水得到滿足,促進區域糧食生產。流域水資源開發利用率為27.99%。普通公眾對于河流健康重要性的認知程度較高。

3.3 河流不健康的主要表征

a. 水質污染尚未得到根本改善,水功能區達標率低。根據水質現狀評價,嫩江下游城市河段水質污染較為嚴重,為Ⅳ～Ⅴ類水體,主要超標因子為COD和CODMn。干流水功能區水質達標率低,流域水質污染尚未得到根本改善。

b. 魚類等水生生物多樣性降低,魚類資源呈小型化和低齡化。本次調查魚類種數較歷史資料減少了13種。受尼爾基水利工程建設影響,壩址上下游漂流性產卵場已遭破壞,哲羅鮭和細鱗鮭等魚類的洄游通道被隔絕。受過度捕撈影響,魚類資源呈小型化和低齡化趨勢。

c. 濕地資源萎縮、功能退化,河流沿岸重要濕地用水不足。評價河流沿岸分布有扎龍、莫莫格、查干湖等重要濕地,受區域氣候和人類活動影響,濕地存在不同程度的萎縮和功能退化。扎龍、莫莫格濕地生態用水不足,已多次開展濕地補水工程。此外,農業耕作、過牧等行為使河流廊道及低洼地周邊濕地資源也遭到破壞,尤其在每年4—6月,農業用水與濕地需水沖突明顯,天然濕地損失較為明顯。

d. 尼爾基壩下河段流量減少,河流生境變化較大。尼爾基水庫建設運行后,嫩江干流下游徑流發生了較大變化,河道枯水期流量增加,豐水期流量減少,年內徑流變幅減小。流域水資源開發導致河流生態廊道產生一定程度的萎縮,各頻率洪水的水面寬度減小,灘地寬度相應增加,河岸帶局地生態環境遭到破壞。

3.4 河流健康管理對策

a. 水利工程的生態調度。嫩江流域社會、經濟用水量的增加以及水利工程的興建,使得河流的水文情勢發生較大變化,很多河段和重要濕地的生態需水量要求得不到滿足。在節水體系建設的基礎上,需對水庫的調度方式進行調整,實施水利工程生態調度,以滿足流域主要河段的生態需水要求,從而達到嫩江流域水生態保護與修復的目的。

b. 河岸帶修復與管理。鑒于嫩江流域河流兩岸有大面積閑置河漫灘,宜結合當地岸線規劃,對嫩江干流開展間隔式植被緩沖帶建設,并將已有混凝土構件護岸、干砌石護岸逐步改造為柔性護岸,在硬性護岸材料之間的空隙和縫隙內覆土并種植本地水生植物。

c. 水質修復。實施入河排污口的管理是保護與修復河流水環境的重要措施。近期,對于違規的入河排污口,參照《中華人民共和國水法》,由縣級以上地方人民政府責令限期拆除、恢復原狀,逾期不拆除、不恢復原狀的,強行拆除、恢復原狀,并處罰款;遠期,在近期的基礎上加大管理與維護力度,并重視水利與環保部門的協作配合。此外,對灌區回歸水進行生態處理以減少污染物入河量。

d. 棲息地修復。嫩江流域魚類資源的恢復主要從魚類棲息環境營造、人工增殖放流以及設禁漁期和常年禁漁區3方面進行。重點在嫩江下游產黏性卵的魚類產卵場設計丁壩和人工魚礁,營造多樣化魚類棲息環境。在完善現有放流站的基礎上,根據魚類的棲息節律,建議在嫩江白沙灘建設新的放流站,增加魚類人工增殖放流規模,以增加保護魚類的入河系數和回歸率。

e. 濕地生態系統的恢復。禁止占壓和開墾天然濕地,退耕還濕,修建必要的水利工程向重要濕地補水。建立植被緩沖帶以修復濕地水質,并開展濕地生態補償相關研究。

[ 1 ] 董哲仁. 河流健康的內涵[J]. 中國水利, 2005(4):15-18.(DONG Zheren. River health connotation[J]. China Water Resources, 2005 (4):15-18.(in Chinese))

[ 2 ] 劉昌明, 劉曉燕. 河流健康理論初探[J]. 地理學報, 2008, 63(7): 683-692.(LIU Changming, LIU Xiaoyan. Healthy river: essence and indicators[J]. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(7): 683-692. (in Chinese))

[ 3 ] 高學平, 趙世新, 張晨, 等. 河流系統健康狀況評價體系及評價方法[J]. 水利學報, 2009, 40(8): 962-968.(GAO Xueping, ZHAO Shixin, ZHANG Chen, et al. Index system and method for assessing the health status of river[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2009, 40(8):962-968.(in Chinese))

[ 4 ] 胡春宏, 陳建國,孫雪嵐, 等. 黃河下游河道健康狀況評價與治理對策[J]. 水利學報, 2008, 39(10): 1189-1196.(HU Chunhong, CHEN Jianguo, SUN Xuelan, et al. Health assessment of river course in Lower Yellow River and measures for regulation[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2008, 39(10):1189-1196.(in Chinese))

[ 5 ] 張方方, 張萌, 劉足根,等. 基于底棲生物完整性指數的贛江流域河流健康評價[J]. 水生生物學報, 2011, 35(6): 963-971.(ZHANG Fangfang, ZHANG Meng, LIU Zugen, et al. A health assessment using a benthic-index of biotic integrity in Ganjiang River Basin[J]. Acta hydrobiologica sinica, 2011, 35(6): 963-971. (in Chinese))

[ 6 ] 龔蕾婷. 太湖流域典型入湖河流的健康評價[D]. 南京:南京大學, 2012.

[ 7 ] 張遠, 趙瑞, 渠曉東, 等. 遼河流域河流健康綜合評價方法研究[J]. 中國工程科學, 2013, 15(3): 11-18.(ZHANG Yuan, ZHAO Rui, QU Xiaodong, et al. The researches of integrated river health assessment of Liaohe River Basin[J]. Engineering Sciences, 2013, 15(3): 11-18.(in Chinese))

[ 8 ] 黨連文, 朱振家, 于洪民, 等. 松花江流域綜合規劃[R]. 長春:松遼水利委員會, 2011.

[ 9 ] 楊文慧, 楊宇. 河流健康概念及診斷指標體系的構建[J]. 水資源保護, 2006, 22(6): 28-30.(YANG Wenhui, YANG Yu. Concept and assessment indicator system of river health[J]. Water Resources Protection, 2006, 22(6):28-30.(in Chinese))

[10] PETERSEN, R C. The RCE: a riparian, channel, and environmental inventory for small streams in the agriculture landscape[J]. Freshwater Biology, 1992, 27:295-306.

[11] PARSONS M, THOMS M, NORRIS R. Australinan river assessment system: review of physical river assessment methods[M]. Canberra:Commonwealth of Australia and University of Canberra,2002.

[12] LADSON A R, WHITE L J, DOOLAN J A, et al. Development and testing of an index of stream condition for waterway management in Australia [J]. Freshwater Biology,1999,41:453-468.

[13] GB 3838—2002 地表水環境質量標準[S].

[14] KARR J K. Assessments of biotic integrity using fish communities[J]. Fresheries(Bethesda),1981,6:21-27.

[15] 王備新, 楊蓮芳. 用河流生物指數評價秦淮河上游水質的研究[J].生態學報, 2003, 23(10):2082-2091.(WANG Beixin, YANG Lianfang. Bioassessment of Qinhuai River using a river biological index[J]. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(10):2082-2091.(in Chinese))[16] SL 395—2007 地表水資源質量評價技術規程[S].

[17] 高永勝, 王浩, 王芳. 河流健康生命評價指標體系的構建[J]. 水科學進展, 2007, 18(2): 252-257. (GAO Yongsheng, WANG Hao, WANG Fang. Construction of evaluation index system for river’s healthy life[J]. Advances in Water Science, 2007, 18(2):252-257. (in Chinese))

[18] 王淑英, 王浩, 高永勝, 等. 河流健康狀況診斷指標和標準[J]. 自然資源學報, 2011, 26(4): 591-598.(WANG Shuying, WANG Hao, GAO Yongsheng, et al. Index system and criteria for diagnosing the status of river health[J]. Journal of Natural Resources, 2011,26(4):591-598.(in Chinese))

[19] BOULTON A J. An overview of river health assessment: philosophies, practice, problems and prognosis[J]. Freshwater Biology, 1999, 41:469-479.

[20] HUGHES R M, PAULSEN S G, STODDARD J L. EMAP-surface water: a multiassemblage probability survey of ecological integrity in the USA[J]. Hydrobiologia, 2000, 422/423:429-443.

Assessment on river health of Nierji-Sancha River Estuary of Nenjiang River downstream

(1.SongliaoInstituteofWaterEnvironmentalScience,Changchun130021,China;2.BasinPlanningandPolicyResearchCenter,SongliaoWaterResourcesCommission,Changchun130021,China;3.HeilongjiangFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Harbin150001,China;4.NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130102,China)

Based on the criterion layer consisting of hydrology and water resources, physical structure, water quality, biology and social service function, etc. and the index layer consisting of 14 indexes, the river health of Nierji-Sancha River Estuary in the downstream of Nenjiang River in the year of 2011was assessed. The results show that, affected by human activities, the score of Nenjiang river health assessment index is 59 and the river is in the sub-healthy status. Agricultural development, water conservancy construction, overfishing and other human disturbances are the main factors contributing to eco-environmental changes of river downstream. Countermeasures of river health management including ecological operation of water conservancy project, riparian restoration and management, water quality restoration, habitat restoration, wetland ecosystem restoration were put forward.

River health; sub-health; health assessment; index system; downstream of Nenjiang River

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.01.014

水利部全國重要河湖健康評估項目(1261220517001)

吳計生(1981—),女,高級工程師,碩士,主要從事水資源保護、水生態保護與修復研究。E-mail:wjs@slwr.gov.cn

X171.1

A

1004-6933(2015)01-0086-05

2014-10-03 編輯：徐 娟)