基于指標體系法的密云水庫生態系統健康狀況評價

吳佳鵬，劉玲花，王淑賢，霍煒潔，劉來勝，吳雷祥

(1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.陜西水環境工程勘測設計研究院，陜西西安710018)

基于指標體系法的密云水庫生態系統健康狀況評價

吳佳鵬1，劉玲花1，王淑賢2，霍煒潔1，劉來勝1，吳雷祥1

(1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.陜西水環境工程勘測設計研究院，陜西西安710018)

為了科學保護和合理利用密云水庫的水域資源，采用指標體系法對密云水庫的生態系統健康狀況進行評價。結果表明，密云水庫生態系統目前總體上處于較健康的狀態，評估指標中處于健康、較健康和一般病態的指標分別占64%、21%和7%。密云水庫流域生態系統健康水平偏低的根本原因是流域內水資源無序開發利用，導致流域上下游水資源分配不均，進而導致水庫供水能力不足及庫區周圍濕地萎縮。

水域生態系統；生態系統健康；評價；密云水庫

0 引 言

生態系統健康的概念是Constanza于1997年提出的。其內涵包括自我平衡、沒有病征、多樣性、有恢復力、有活力、能夠保持系統組分間的平衡6個方面[1]。水域生態系統是自然生態系統的重要組成部分，在為人類提供生產、生活基礎產品的同時，還具有維持生態系統結構、生態過程和區域生態環境的功能[2]。而隨著人類將水庫作為開發利用水資源或水能資源的重要手段，水庫已成為水域生態系統的重要組成單元。根據國際大壩委員會截至2013年底的統計，世界已建在建的各類大壩共計6.8萬座。其中，中國壩高15m以上的大壩3.8萬座，占55.9%。健康的水庫一方面應長久有效地發揮其工程設計功能，另一方面它應是一個物種多樣性豐富，食物鏈結構復雜而完善，物質循環、能量流動及物種流動通暢的生態系統[3]。由于人類頻繁活動不同程度地破壞了水域生態環境，使水庫健康狀況及功能不斷受到威脅；因此，對水庫健康狀況評價已成為近年生態學、環境學等領域的研究熱點。

為使水域生態系統健康相應研究指標具有可操作性，眾多學者根據研究目的的不同提出了各種紛繁復雜的評價方法。根據指標選取角度的不同，大體上分為兩大類。即，指示物種法和指標體系法。前者比較適宜水域自然生態系統的健康評價，通常選用藻類[3]、無脊椎動物[4-5]和魚類[6]等水生生物作為指示物種。對于水域生態系統健康狀況的綜合評價，指標體系法應用較多，如塔里木河[7]、東陽江[8]、東溪[9]、汝溪河[10]、衡水湖[11]、艾比湖[12]等生態系統健康評價均采用指標體系法。

表1 密云水庫生態系統健康狀況評價指標體系

密云水庫位于北京市密云區北部山區，橫跨潮河、白河主河道上，流域面積15 788 km2，涉及河北省和北京市的9個縣區。密云水庫分為白河、潮河和內湖3個庫區，最大水面面積188 km2，最大蓄水量43.75×108m3，最高蓄水位159.9m，平均年徑流量11.9×108m3。該水庫兼具供水、漁業、旅游等綜合功能，是北京唯一的地表飲用水水源地，也是南水北調中線來水進入北京的調節水庫。密云水庫也是華北地區重要的漁業資源產地，是開展魚類保護、科研及生物多樣性保護和環境污染監測活動的重要場所。因此，對密云水庫水域生態系統的健康狀況進行監測和評價對區域居民生活和水產業發展具有重要意義。但目前，針對密云水庫生態系統健康狀況進行評價的文獻尚未見報道。為此，筆者應用指標體系法對水庫生態系統健康狀況進行評價，旨在了解水庫近年的水域生態環境健康狀況，為其生態安全和水域的綜合開發利用提供科學依據。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

本次評價數據包括監測數據和現場調查數據。監測數據包括水質監測數據、水庫蓄水量(水位)觀測數據和水庫水生生物調查數據；現場調查數據主要包括庫區周圍綠化、公路交通、法律法規執行等基本情況。

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標體系

從國內外研究進展來看，最初眾多研究者在指標體系的選擇上多采用生態類指標；但隨著人類對生態環境的認識與研究，發現生態系統健康應該包括整個環境，既有生物的組分，也有非生物的景觀組分。由于人類是景觀的組成部分，所以景觀滿足人類需求和愿望的程度應該納入生態系統健康的評價之中。另外，生態系統健康概念具有綜合性和整體性；因此，很難將人類、社會和經濟與生態系統健康評價分隔開來。筆者依據上述理論，結合密云水庫的功能特點，選取以下指標建立評價體系(見表1)。其中，準則層包括水庫理化狀況指標、水庫功能指標、水庫生物結構指標和人類社會環境指標；指標層包含水質狀況、富營養化狀況、水庫整體安全，等等14個指標。指標權重決定了各個因子對水庫生態健康狀況的正反面貢獻大小，通常采用層次分析法、變異系數法、神經網絡法等確定。本研究中采用層次分析法。

1.2.2 指標標準化

依據密云水庫的實際情況，本次評價標準通過歷史資料法、實地考察、參照對比、借鑒國家標準與相關研究成果、公眾參與和專家評判等方法選定。密云水庫生態健康評價中，按不同取值范圍將其分為很健康、健康、較健康、一般病態和病態5個級別(見表2)，每個級別賦予不同分值，分別為1，0.75，0.5，0.25，0，以便進行健康綜合評價賦分。

表2 密云水庫生態系統健康評價指標等級體系

1.2.3 評價方法

根據各評價指標數據，判斷流域生態系統健康狀況，其值在0～1之間，評價公式

式中，E為綜合評價得分；Fi為第i個指標的分值；Wi為第i個指標的權重；n為指標數量。

2 結果及分析

采用監測數據和統計數據，依據前文構建的評價指標體系和標準，對密云水庫進行了生態健康評價(見表3)。

密云水庫生態健康評價得分0.692，健康的指標占總參評指標的64%，較健康指標占21%，一般病態占7%；說明其流域生態系統總體上處于較健康的狀態。分析表明，水庫理化狀況和水庫功能指標準則層得分分別為0.625和0.664，處于較健康的狀態。其主要原因：①氣候變化和人為活動(如潮白河上游水資源過渡開發利用)等，導致密云水庫入庫徑流量持續減少，自1998年以后，密云水庫蓄水量基本維持在11×108～12×108m3，相對于水庫總蓄水庫容(43.75×108m3)蓄水量嚴重不足；②由于密云水庫近年來處于低水位運行，導致庫區周圍濕地面積萎縮，進而在一定程度上降低了庫區周圍濕地的生物棲息地和水質凈化功能；③近年來，出于保證流域內水源地供水安全的需要，對水源地周邊旅游進行了嚴格控制，如密云水庫周邊拆除違章建筑物、取締經營活動等在一定程度上降低了水庫的休閑娛樂功能；④盡管密云水庫水質狀況可以穩定達到GB3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準要求，但相對于歷史水質，個別因子(如總氮、總磷)濃度仍呈現處上升趨勢，主要是水庫上游流域人類活動尚未得到有效控制。

表3 密云水庫生態健康狀況評價結果

密云水庫生物結構和人類社會環境指標準則層得分均為0.75，處于健康狀態。上述評價結果與2014年密云水庫管理處開展密云水庫調查，水庫生態系統良好的結論相一致。上述準則層生態健康的主要原因：①由于密云水庫水質相對較好，且近年來采取嚴格措施控制網箱養魚，發展生態漁業，為密云水庫營造了良好的水生態環境；②為了保證水庫供水安全，劃定了密云水庫飲用水源保護區，按照水源保護相關要求，對庫區周圍的違規生產生活和交通設施進行了拆除，避免了路面徑流等面源對水庫水體的污染；③出于保護水源地供水安全考慮，流域內相關部門制定了一系列法律法規，且得到認真貫徹執行，如1985年和1995年分別出臺了《北京市密云水庫、懷柔水庫和京密引水渠水源保護管理暫行辦法》和《北京市密云水庫、懷柔水庫和京密引水渠水源保護管理條例》，2005年密云縣制定《密云縣人民政府關于密云水庫消落區土地種植實施辦法》等。

3 結論與討論

(1)采用構建的4個準則，14個指標的指標評價體系，對密云水庫生態系統健康狀況進行評價的結果顯示：目前密云水庫生態系統健康狀況總體上處于較健康的水平。但應通過開展流域水資源統一管理或跨流域調水等手段，改善密云水庫長期蓄水不足的現狀；同時應加強流域層面的污染治理力度，進一步改善水庫水質，保障密云水庫的供水安全。

(2)指標體系法是根據生態系統的特征及其服務功能所建立的指標體系進行定量評價，是目前水域生態系統健康評價的主要方法。水庫是在山溝或河流的狹口處建造攔河壩而形成的人工湖泊，建設目的就是為人類服務，在評價水庫生態系統健康狀況時不應割裂人的要素。水庫生態系統既要滿足人類社會的合理要求，又要保持自我維護與更新的能力。由于人類的發展，對自然環境的索求和干擾愈來愈多，使自然生態環境受到一定破壞，但隨著可持續發展戰略的實施，健康的水域生態系統必將成為水域管理的主要目標。

[1]CONSTANZA R，D’ARGE R，de GROOT R，et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature，1997，387：253-260.

[2]戴紀翠，倪晉仁. 底棲動物在水生生態系統健康評價中的作用分析[J]. 生態環境，2008，17(6)：2107-2111.

[3]殷旭旺，渠曉東，李慶南，等. 基于著生藻類的太子河流域水生態系統健康評價[J]. 生態學報，2012，32(6)：1677-1691.

[4]王備新，楊蓮芳. 胡本進，等. 應用底棲動物完整性指數B-IBI評價溪流健康[J]. 生態學報，2005，5(6)：1481-1490.

[5]蘇玉，曹曉峰，黃藝. 應用底棲動物完整性指數評價滇池流域入湖河流生態系統健康[J]. 湖泊科學，2013，25(1)：91-98.

[6]JIA Y T，CHEN Y F. River health assessment in a large river：Bioindicators of fish population[J]. Eclological Indicators，2013，26：24-32.

[7]付愛紅，陳亞寧，李衛紅. 塔里木河流域生態系統健康評價[J]. 生態學報，2009，29(5)：2418-2426.

[8]吳濤，解雪峰，蔣國俊，等. 東陽江流域生態系統健康評價[J]. 水土保持通報，2015，35(2)：326-331.

[9]顏利，王金坑，黃浩. 基于PSR框架模型的東溪流域生態系統健康評價[J]. 資源科學，2008，30(1)：107-113.

[10]楊予靜，李昌曉，麗娜·熱瑪贊. 基于PSR框架模型的三峽庫區忠縣汝溪河流域生態系統健康評價[J]. 長江流域資源與環境，2013，22(S1)：66-74.

[11]李春暉，鄭小康，崔嵬，等. 衡水湖流域生態系統健康評價[J]. 地理研究，2008，27(3)：565-573.

[12]任建麗，金海龍，葉茂，等. 基于PSR模型對艾比湖流域生態系統健康評價研究[J]. 干旱區資源與環境，2012，26(2)：37-41.

[13]陳穎，張明祥. 中國濕地退化狀況評價指標體系研究[J]. 林業資源管理，2012 (2)：116-120.

[14]高玉榮. 北京4海藻類群落結構特征與水體營養水平的研究[J]. 生態學報，1992，12(2)：173-180.

(責任編輯 陳 萍)

Evaluation of Ecosystem Health Status Based on Index System in Miyun Reservoir

WU Jiapeng1, LIU Linghua1, WANG Shuxian2, HUO Weijie1, LIU Laisheng1, WU Leixiang1

(1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 2. Shaanxi Reconnaissance Design & Research Institute of Water Environmental Engineering, Xi’an 710018, Shaanxi, China)

In order to scientifically protect and rationally utilize the water resources of Miyun Reservoir, the index system is employed to evaluate the ecosystem health status of reservoir. The results show that the ecosystem in Miyun Reservoir is sub-health on the whole at present, and the indices of health, sub-health and general abnormal state are 64%, 21% and 7% respectively. The basic reason for the low level of ecosystem health in Miyun Reservoir basin is that the water resources in the basin is disorderly exploited, which leads to the unequal distribution of water resources in upper and lower reaches of river basin and then leads to insufficient water supply capacity and shrinking of wetland.

aquatic ecosystem; ecosystem health; assessment; Miyun Reservoir

2015-10-26

國家科技支撐計劃項目 (2011BAJ21B03)

吳佳鵬(1980—)，男，吉林扶余人，高級工程師，博士，從事水環境保護與生態健康評價研究.

X82；TV213.3

A

0559-9342(2016)12-0006-04