河流健康評價及保護對策分析
——以牤牛河為例

武玉峰

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽110003）

河流健康評價及保護對策分析
——以牤牛河為例

武玉峰

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽110003）

牤牛河是渾河的支流，發源于東陵區滿堂鎮上木匠村，于新立堡匯入渾河。目前牤牛河兩岸人類活動較多，垃圾堆放，大量污水排入河中，水體污染嚴重，造成河流生態環境惡化。本文通過對牤牛河健康問題調查和河流監測及分析與評價，得出了牤牛河是亞健康水平，并針對性地提出了對策措施和建議。

河流；健康；評價；對策

1 流域概況

牤牛河，也稱滿堂河，位于渾河的右岸，是渾河的支流，發源于東陵區滿堂鎮上木匠村，于新立堡匯入渾河。河流總長24.33km，河道比降2.51‰，流域面積62.5km2，在該河上設有東陵水文站，控制面積占全河流域面積的90%。牤牛河地區發生大暴雨的天氣系統，并具有雨量大、強度高、面積廣等特點［1］。

2 河流健康評價指標體系建立

本次評價工作，結合遼寧省河流特點，分別提出了河流健康評價指標體系，其中必選指標為全國技術標準中的必選指標，新增指標為本次評價遼寧省新增加的指標。目前，國家各流域試點在評價指標選取中靈活性較大，遼寧省也根據自身河流特點新增了幾項指標，建議經過評價年的實施應用來驗證指標選取的合理性和可操作性，為未來進一步研究遼寧省河湖健康評估指標體系提供借鑒依據。本次對牤牛河健康評價指標體系采取分目標層、亞目標層、準則層、指標層進行評價，根據《河流健康評估指標、方法與標準（試點工作用）》，河流健康評價指標權重賦值采用加權法進行綜合評價，詳細評價指標體系如表1所示。

3 河流健康評價生物指標評價標準

3.1 底棲生物完整性指數

生態完整性體現在各生物群落和種群的完整性中，如魚類、底棲動物、藻類和浮游動物完整性等。底棲動物目前已被廣泛應用于生態監測評估中，通過構建底棲動物完整性指數（B-IBI）可以對河湖的水生態現狀進行較為全面和科學的評估。水質法是以水質等級為標準進行河流健康評價的方法，棲境法是以生物棲息地質量為標準進行河流健康的評價方法，而綜合法是融合了水質法與棲境法的一種比較全面的評價方法。

表1 牤牛河（東陵站以上）健康評價指標體系表

（1）參照點與受損點篩選。針對目前的河流干擾特征，本研究選擇水質指標、半定量棲息地評價指標作為篩選參照點與受損點的依據。在開展棲息地質量評價時，主要從棲息地生境異質性和多樣性角度考慮，選擇10項指標對棲境質量狀況進行半定量評價，分別是底質類型、棲境復雜性、水深～流速結合情況、堤岸穩定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質狀況、河岸帶人類活動強度和土地利用類型，總分為200分。根據三種不同評價方法對參照點與受損點進行選取，如表2所示［6］。

表2 參照點與受損點篩選方法表

綜合棲息地質量及水質情況評定標準，原定參照區域為渾太流域源頭區，包括TZ01～TZ05樣點，渾河源頭H01～H06樣點，但經過參照點生境質量評分，最后僅保留TZ02、TZ03、TZ04、TZ05為參照樣點。原定受損點區域為渾太流域下游區，包括海城河下游樣點，渾太流域下游樣點，經過生境質量評分，最后僅保留H11、H12、H16為受損樣點（見圖1）。

圖1 參照點與受損點篩選區域圖

（2）指標體系構建。依據EPA適用的大型底棲動物B-IBI因子選擇28項大型底棲動物生物參數作為構建生物完整性評價的備選指標。主要包括物種數類參數6項，相對豐度類參數8項，耐污類群參數2項，優勢類群參數1項，功能攝食參數5項，生態型與生活型參數2項和多樣性參數4項。對28個候選指標進行分布范圍、判別能力和相關性分析的篩選。分布范圍的篩選指若某指標在超過95%的樣點得分均為零，則放棄該指標。利用箱體圖進行判別。備選參數差異顯著要滿足下列條件之一:參照點的中位數超出受損點25～75Th箱體范圍；受損點的中位數超出參照點25～75Th箱體范圍；相關性分析的篩選是對通過判別能力篩選的各指標進行Pearson相關性檢驗，設定相關系數|r|= 0.75為界限，對相關性高于臨界值的參數，僅保留其中的一個參數即可。最后篩選出10個核心指標，在此基礎上進行IBI值計算，10個核心指標值分布范圍及最佳期望值見表3。

表3 核心指標值分布范圍及最佳期望值表

（3）IBI值賦分。將各評估參數的分值進行加和，得到IBI指數值。以參照系樣點IBI值由高到低排序，選取25%分位值作為最佳期望值，對IBI指數進行賦分得到IBIr分值，范圍為0～100。

3.2 魚類損失指數

魚類生物損失指標標準建立采用歷史背景調查方法確定。選用1980年代作為歷史基點。調查評估河流流域魚類歷史調查數據或文獻。其中比較典型的歷史調查成果如《中國內陸水域漁業資源調查與區劃》（1980～1988）、《東北地區淡水魚類》、《遼寧動物志-魚類》。基于歷史調查數據分析統計評估河流的魚類種類數，在此基礎上，依據不同魚類自然分布特征，在不同河段確定魚類分布名錄，并開展專家咨詢調查，確定各評估河流所分布的魚類歷史背景狀況，確定魚類指標調查評估預期值［3］。

4 河流健康評價的調查與監測分析

4.1 評價河段的劃分

由于此次牤牛河健康評價河段長度不是很長，評價河段為源頭～東陵水文站，河長18.63km，故本次對未進行分段劃分。

4.2 河流健康評價指標調查與監測

4.2.1 水文水資源

流量過程變異程度。選擇東陵水文站2009～2013年逐月實測流量、徑流還原量進行整理，計算出牤牛河流量變異程度指標FD值及賦分FDr（見表4）。

生態流量保障程度。收集和整理東陵水文站2009～2013年4～9月、10～3月期間日最小流量、多年平均還原量，計算得到牤牛河生態流量保障程度指標賦分EFr（見表5）。

表4 牤牛河流量變異程度賦分值表

表5 牤牛河生態流量保障程度賦分值表

流量變異程度指標權重0.3、生態流量保障程度指標權重0.7，根據公式計算得到水文水資源完整性HDr賦分（見表6）。

表6 牤牛河水文水資源完整性賦分表

4.2.2 物理結構

河岸帶狀況。2014年6月，對牤牛河的河岸帶狀況進行了現場查勘。本次評估共選取4個斷面進行調查。調查表明，4個斷面的岸坡穩定性均處于基本穩定與次不穩定之間，監測河段的平均岸坡穩定性屬于次不穩定，這是由斜坡高度的客觀事實因素所決定的。監測河段河岸植被覆蓋度的變化區間在30～100%之間，整體平均植被覆蓋度為79%。實地查勘還發現干擾河岸形態的主要人為活動有河岸帶臨近陸域的沿岸建筑物（房屋）、公路、垃圾堆放和農業耕種。根據調查成果，計算得到牤牛河的河岸帶狀況賦分，屬于健康狀況（見表7）。

表7 牤牛河河岸帶狀況指標賦分表

河流連通阻隔狀況。經調查，社河上只有1個榆樹屯泄洪閘，分析后賦分75分。

綜合庫岸帶狀況、河流連通阻隔狀況2個指標，根據指標權重，經計算得到牤牛河的物理結構準則層賦分為75.4分，屬于健康狀況，見表8。

表8 牤牛河物理結構賦分表

4.2.3 水質

本次評估在東陵水文站附近增設監測斷面1處，監測時間為2014年3月至2014年8月，每月1次，共6次。具體監測項目同渾河。根據DO水質狀況、耗氧有機污染狀況、重金屬污染狀況賦分標準，經計算，牤牛河上述三項指標賦分結果見表9。

表9 牤牛河水質準則層各指標賦分表

根據表8成果及水質準則層賦分標準，牤牛河水質準則層最后分值為23分。

4.2.4 生物

水生生物指標全年監測2次，春季調查監測時間為2014年5～6月，秋季調查監測時間為2014年8～9月，分別進行了魚類資源調查和底棲生物取樣監測。共設定1個監測點位（見圖2）。

圖2 牤牛河監測點分布圖

底棲動物完整性指數。綜合春季和秋季底棲動物數據，牤牛河全流域所采集底棲動物總個體數為69個，隸屬2門（節肢動物門、環節動物門），2綱（昆蟲綱、寡毛綱），2目，3科，3屬，3種。牤牛河底棲動物完整性指數賦分35分。

魚類生物損失指數。兩次調查監測，牤牛河中未發現魚類，社河魚類生物損失指數賦分0分。

基于春季和秋季社河流域河流1個樣點調查數據，綜合河流大型底棲動物完整性指數得分（IBIr）和魚類生物損失指數得分（FOEr），根據各指標權重，魚類生物損失指數權重0.6、底棲動物完整性指數權重0.4，計算得到社河生物準則層賦分14分。評價結果表明，牤牛河流域各河段生物完整性狀況極差，為所有渾太河流域中得分最低。

4.2.5 社會服務功能

水資源開發利用指標。牤牛河地表水資源總量為974.3萬m3，2011年牤牛河地表水資源開發量5.2萬m3，經計算牤牛河地表水資源開發利用率0.53%，根據賦分標準，對于水資源豐富地區，雖然開發利用率低于10%，但仍能滿足當地經濟發展需求，地表水資源開發利用率賦分為100分［4］。

防洪指標。通過調查，遇到降水量大時，牤牛河上游來水量較大，來水快，退水也快，河兩岸大部分是土堤。英達鎮以上為中上游，河道為寬淺式，該段曾進行了2.4km的標準化整治，防洪標準達到10年一遇。1999年有關部門對上水泉段和中水泉段各1.5km進行了10年一遇標準的堤防整治。由于牤牛河流域面積較小，且流經地區多為平原，加之區域的地理條件，牤牛河的防洪任務并不重，歷史上從未發生過較大規模的洪水，最多河水只淹沒到河灘的一半，未給沿河居民、農田造成過大損失。因此認為牤牛河防洪指標基本達標，總體賦分為90分。

公眾滿意度。2014年6月20日，對牤牛河附近居民及商鋪進行了走訪調查，總體賦分為69.68，偏低，主要原因是近幾年牤牛河水體污染太嚴重，生態功能近乎消失。

5 河流健康分析與評價

牤牛河健康評價賦分為53.3分，處于亞健康狀況。其中生態狀況賦分39分，為不健康水平，社會服務功能賦分為86.69分，為理想狀況。牤牛河健康評價成果見表10和圖3。

表10 牤牛河健康評價成果表

5.1 河流生態狀況分析與評價

牤牛河生態狀況總體賦分39分，屬于不健康水平。其中水質狀況賦分23分，為不健康狀態；水文水資源賦分68.3分，為健康水平；水生生物賦分14分，處于病態水平；物理結構賦分75.4分，為健康水平。

圖3 牤牛河健康評價指標賦分圖

5.2 河流社會服務功能狀況分析與評價

由于牤牛河未進行水功能區劃分，本次評價選擇水資源開發利用率、防洪指標及公眾滿意度3個指標對社會服務功能狀況進行了評價，其中水資源開發利用指標權重設為0.34，防洪指標和公眾滿意度指標權重設為0.33，經計算牤牛河社會服務功能賦分為86.69分，總體評價為理想狀態。

5.3 河流健康狀況分析與評價

牤牛河健康指數賦分為53.3分，綜合評價為亞健康水平。詳見圖4。

圖4 牤牛河健康評價成果圖

6 河流健康問題及成因

6.1 河流健康存在的主要問題

根據評估成果分析，牤牛河健康問題主要有以下幾方面:

（1）水文水資源方面。根據評價結果，牤牛水文水資源完整性最好，為健康水平。其中生態流量保障程度為理想狀況，流量變異程度為不健康，經調查2009年以后牤牛河流域大量生活污水排入，實測徑流量增大，導致流量變異程度增大。

（2）物理結構方面。牤牛河物理結構準則層為健康水平。影響牤牛河物理結構健康狀況的主要問題有:河岸帶的人為干擾活動較多，中下游監測斷面的河岸植被覆蓋度較低。

（3）水質方面。從牤牛河流域整體看，牤牛河水質狀況呈不健康狀態。溶解氧和耗氧有機污染物賦分較低是影響牤牛河化學完整性賦分主要因素，尤其是非汛期化學需氧量和氨氮賦分更低［2］。

（4）水生生物方面。評價結果表明，牤牛河流域各河段生物完整性狀況極差，為所有渾太河流域中得分最低。水質水生態破壞嚴重，水體中耗氧有機物濃度較高，東陵水文站附近水質嚴重惡化［4］。

6.2 河流健康問題成因

導致牤牛河健康問題的主要原因:河流兩岸人類活動較多，垃圾堆放，大量污水排入河中，加劇了河流生物棲息環境惡化［5］。

7 采取的保護對策

基于以上分析，為了保障牤牛河健康狀況，提出以下幾個方面保護措施建議:

（1）嚴格控制水體污染，改善水質，提高水功能區達標率。阻斷一切污染源，加強重點點源廢水達標排放工作，制定市政排污口污染治理方案，削減主要市政排污口主要污染物入河量，進一步加強工業點源達標治理的力度。同時減少垃圾堆放，采取生態修復措施，恢復河流生境。

（2）加強河岸帶保護與管理，控制河岸帶不合理的人為活動，普及河流生態健康知識，提高生態環境保護意識。對植被覆蓋度較低的河段進行河岸帶植被修復與管理，提高植被覆蓋度，恢復其緩沖帶功能，并保留一定的河灘地及行洪期。

8 結語

通過對牤牛河的健康評價分析可以看出，牤牛河綜合評價為亞健康水平。所以，我們應該嚴格控制水體污染，改善水質，提高水功能區達標率；加強河岸帶保護與管理，控制河岸帶不合理的人為活動的破壞，確保牤牛河河流的健康指數達標，改善河流生態環境。

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表1 P S O、DE與P S ODE算法配置結果對比

5 結語

水資源優化配置是水資源高效利用的前提。面對復雜的水資源系統，水資源配置模型往往呈現出多目標性、多層次性，傳統的求解方法已經不能滿足需要。近年來出現的一系列進化算法在解決復雜系統模型中體現出優越性。

本文基于公平性原則構建了水資源優化配置模型，并利用PSO與DE的混合算法（PSODE）對模型進行求解。該算法結合了PSO與DE兩種算法的搜索優勢，不僅搜索速度快，而且避免了單個算法過快收斂于局部最優的風險。以新疆迪那河流域水資源配置為例，將PSODE算法與PSO、DE算法的配置結果進行對比，驗證了PSODE的高效性與精確性。

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TV213.4

A

1672-2469（2015）10-0033-06

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.11

武玉峰（1979年—），男，工程師。