平原河網(wǎng)地區(qū)河流健康評(píng)估研究
——以太浦河為例

(太湖流域管理局 水利發(fā)展研究中心，上海 200434)

河流健康概念提出至今已近30 a，美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、南非等國(guó)家相繼研究形成了RIVPACS、AUSRIVAS、IBI、RCE、ISC、RHP等一系列評(píng)價(jià)方法。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)流域管理部門以及眾多研究機(jī)構(gòu)對(duì)于河流健康的問題日益重視，黃河、長(zhǎng)江、海河、珠江等分別于2004,2005,2006,2006年相繼由相應(yīng)流域機(jī)構(gòu)提出河流健康評(píng)價(jià)體系。2010年水利部印發(fā)了《河流健康評(píng)估指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)與方法》(辦資源〔2010〕484號(hào))[1]，確定了水文水資源、物理結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、水生物及社會(huì)服務(wù)功能5個(gè)準(zhǔn)則層的河流健康評(píng)估體系及評(píng)估方法。

太浦河是太湖流域綜合治理的十大骨干工程之一，為典型的人工河道，是連接太湖和黃浦江的主要通道，主要承泄太湖洪水和杭嘉湖澇水，具有防洪、排澇、供水、灌溉、航運(yùn)、改善水環(huán)境等綜合效益。太浦河跨江蘇、浙江、上海三省(市)，全長(zhǎng)57.6 km，其中江蘇吳江境內(nèi)40.4 km，浙江嘉善境內(nèi)2 km，上海青浦境內(nèi)15.2 km。以水利部河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則為基礎(chǔ)，結(jié)合太浦河實(shí)際情況，構(gòu)建了一套太浦河健康評(píng)估體系[2]，并以2016年為基準(zhǔn)年，對(duì)太浦河健康狀況進(jìn)行了評(píng)估。

1 水利部河流健康評(píng)估體系

《河流健康評(píng)估指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)與方法》(以下簡(jiǎn)稱《河流標(biāo)準(zhǔn)》)中河湖健康評(píng)估指標(biāo)體系采用目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級(jí)體系。準(zhǔn)則層包括水文完整性、物理結(jié)構(gòu)完整性、化學(xué)完整性、生物完整性和服務(wù)功能完整性5個(gè)方面，見圖1。

每個(gè)準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)不同的評(píng)估指標(biāo)，包括必選指標(biāo)和自選指標(biāo)，評(píng)估方法采用分級(jí)指標(biāo)評(píng)分法，自下而上，逐級(jí)加權(quán)計(jì)算各層得分，最終得到河湖的健康等級(jí)，見表1。

圖1 河流健康評(píng)估準(zhǔn)則層

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于評(píng)估平原河網(wǎng)地區(qū)受人工調(diào)蓄影響較大、功能復(fù)雜的人工河道健康狀況具有一定的局限性。例如流量過程變異程度指標(biāo)多針對(duì)山丘區(qū)具有控制斷面的天然河道，評(píng)價(jià)人工河道時(shí)，需對(duì)“天然徑流量”定義進(jìn)行調(diào)整；《河流標(biāo)準(zhǔn)》中生態(tài)流量計(jì)算方法亦不適用于感潮河道，且健康評(píng)估指標(biāo)體系無法反映人工河道的通航能力以及沿線地區(qū)水資源水環(huán)境需求等特點(diǎn)，故評(píng)價(jià)類似于太浦河的人工河道健康狀況時(shí)，需對(duì)《河流標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)估體系及評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整[3]。

表1 河流健康評(píng)估分級(jí)

2 太浦河健康狀況及存在的問題

太浦河是太湖流域重要的供水水源地之一，承擔(dān)著向浙江省嘉善、平湖及上海市西南五區(qū)的供水任務(wù)，目前太浦河一線供水規(guī)模達(dá)到446萬m3/d，2030年將達(dá)到595萬m3/d。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和人們對(duì)清潔水源要求的不斷提高，太浦河的戰(zhàn)略地位和作用更加凸顯。然而受兩岸污染源、沿線支河匯入、航運(yùn)、圍網(wǎng)養(yǎng)殖等因素影響，太浦河沿程水質(zhì)呈逐步下降趨勢(shì)，從太浦閘下的Ⅱ類逐漸下降至Ⅲ～Ⅳ類，水源地取水口水質(zhì)尚不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。太浦河健康狀況近年來關(guān)注度日益增加。

太浦河健康狀況面臨的主要問題包括：①太浦河沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、工業(yè)企業(yè)眾多，污染物入河量仍遠(yuǎn)超區(qū)域納污能力，且太浦河位于典型的平原河網(wǎng)區(qū)，地勢(shì)低平，區(qū)域內(nèi)水體流動(dòng)緩慢，水系交換能力差；②太浦河岸線開發(fā)利用程度較高，紡織、印染、化工等高污染企業(yè)居多，各項(xiàng)目分布密集，建成時(shí)間長(zhǎng)，整治難度大，加之頻繁的航運(yùn)給太浦河帶來突發(fā)水污染事件風(fēng)險(xiǎn)，使得飲用水水源地安全問題凸顯；③太浦河沿途跨越江蘇、浙江、上海，既是流域性骨干河道，也是省際邊界河道，沿線地區(qū)對(duì)太浦河保護(hù)定位不一，為太浦河水資源統(tǒng)一管理與有效保護(hù)造成困境[4]。

3 太浦河健康評(píng)估體系構(gòu)建

此次研究選取的評(píng)估指標(biāo)以《河流標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)估指標(biāo)為基礎(chǔ)，部分指標(biāo)根據(jù)太浦河自身情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)考慮到太浦河人工河道特性及供水、航運(yùn)等特色功能，增加部分自選指標(biāo)[5]。

3.1 評(píng)估河段劃分

根據(jù)太浦河水文特征、河床及河濱帶形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物特征以及流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展特征的相同性及差異性，對(duì)太浦河河段進(jìn)行分段，作為開展太浦河健康評(píng)估的單元。太浦閘至京杭運(yùn)河以上段，主要為東太湖來水，受兩岸支流影響較小，水質(zhì)穩(wěn)定；京杭運(yùn)河至汾湖以東蘆墟大橋段，太浦河兩岸支流來水量較大，且沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)較多，水質(zhì)變化顯著；蘆墟大橋以東段已劃為水源地保護(hù)范圍，水質(zhì)較為穩(wěn)定；同時(shí)考慮到太浦河沿線水文、水質(zhì)資料監(jiān)測(cè)情況，將太浦河劃分成3段，分別為太浦閘-京杭運(yùn)河段、京杭運(yùn)河-蘆墟大橋段、蘆墟大橋以東段，見表2。

表2 太浦河評(píng)估河段劃分

3.2 水文水資源準(zhǔn)則層評(píng)估指標(biāo)調(diào)整

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中水文水資源準(zhǔn)則層的評(píng)估指標(biāo)有兩個(gè)，即流量過程變異程度與生態(tài)流量滿足程度，權(quán)重分別為0.3和0.7。

流量過程變異程度由實(shí)測(cè)月徑流量與天然月徑流量的平均偏離程度表達(dá)，由于太浦河屬于人工開挖河道，水利工程控制運(yùn)用對(duì)河道流量起決定性的影響作用，不存在“天然徑流量”的概念，故此次研究用逐月的多年平均月徑流量代表該月份一般狀態(tài)下的河道流量，即“天然月徑流量”。考慮到太浦河為人工河道，流量過程變異程度受水利工程人工控制運(yùn)用影響，本身較天然河道大，故對(duì)《河流標(biāo)準(zhǔn)》中的賦分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)放寬[6]。

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中生態(tài)流量計(jì)算方法采用4～9月份及10月至次年3月份日徑流量占多年平均流量的最低百分比來表示。由于太浦河本身為感潮河段，存在潮汐流、部分時(shí)段滯留的現(xiàn)象，所以此次研究采用《全國(guó)水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》中確定的Tennant法，即將多年平均流量的30%作為太浦河代表斷面生態(tài)基流，計(jì)算生態(tài)流量滿足程度。

3.3 物理結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層指標(biāo)及權(quán)重調(diào)整

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中物理結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層包括“天然濕地保留率”、“河流連通阻隔狀況”和“河岸帶狀況”3個(gè)指標(biāo)，權(quán)重分別為0.25，0.25，0.5。由于太浦河周邊區(qū)域沒有與其直接產(chǎn)生水力聯(lián)系，且屬于國(guó)家、地方濕地名錄的天然濕地，故將“天然濕地保留率”指標(biāo)予以剔除，并對(duì)“河流連通阻隔狀況”和“河岸帶狀況”分別賦權(quán)重0.5。

3.4 水質(zhì)準(zhǔn)則層指標(biāo)調(diào)整

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中水質(zhì)準(zhǔn)則層包括“水溫變異狀況”、“DO水質(zhì)狀況”、“耗氧有機(jī)物污染狀況”、“重金屬污染狀況”4個(gè)指標(biāo)，賦分取幾個(gè)指標(biāo)中的最小賦分值。由于太浦河干流沒有大型水利水電工程，不存在低溫影響問題，故對(duì)“水溫變異狀況”指標(biāo)不予考慮[7]。《河流標(biāo)準(zhǔn)》中重金屬污染狀況評(píng)價(jià)選取砷、汞、鎘、鉻(六價(jià))、鉛5項(xiàng)指標(biāo)，考慮到太浦河近年來發(fā)生的銻污染事件，在重金屬污染狀況中增加銻指標(biāo)，銻指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法采用超標(biāo)頻次方法進(jìn)行分級(jí)賦分，見表3。

表3 太浦河重金屬(銻)污染狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)

3.5 生物準(zhǔn)則層指標(biāo)及權(quán)重調(diào)整

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中生物準(zhǔn)則層包括“大型無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)”、“魚類生物損失指數(shù)”兩個(gè)指標(biāo)，賦分取2個(gè)指標(biāo)中的最小賦分值。此次研究考慮到近年來太浦河魚類生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少，不足以反映太浦河魚類生物現(xiàn)狀，故以大型無脊椎動(dòng)物生物完整性指標(biāo)賦分作為生物準(zhǔn)則層最終賦分。

3.6 社會(huì)服務(wù)功能準(zhǔn)則層指標(biāo)及權(quán)重調(diào)整

《河流標(biāo)準(zhǔn)》中社會(huì)服務(wù)功能準(zhǔn)則層包括了水功能區(qū)達(dá)標(biāo)指標(biāo)、水資源開發(fā)利用指標(biāo)、防洪指標(biāo)、公眾滿意度指標(biāo)4個(gè)必選指標(biāo)，研究中所涉及的4項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算、調(diào)查方法及賦分均參考《河流標(biāo)準(zhǔn)》要求。同時(shí)考慮到太浦河承擔(dān)的供水、航運(yùn)及區(qū)域水環(huán)境改善等綜合功能，在社會(huì)服務(wù)準(zhǔn)則層中增加兩岸入河污染負(fù)荷指標(biāo)、入河排污口布局指標(biāo)、航運(yùn)能力3個(gè)自選指標(biāo)。

3.6.1 兩岸入河污染負(fù)荷指標(biāo)

兩岸入河污染負(fù)荷指標(biāo)(FW)反映支流匯水對(duì)太浦河水質(zhì)水環(huán)境的影響，考慮COD和NH3-N兩個(gè)代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩岸污染負(fù)荷計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中，F(xiàn)WCOD為某評(píng)價(jià)河段內(nèi)全年支河COD入河污染負(fù)荷,t；Qi為該評(píng)價(jià)河段支河該月入太浦河水量,億m3；CCODi為某月與該評(píng)價(jià)河段對(duì)應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)COD監(jiān)測(cè)的超標(biāo)部分濃度,mg/L。FW賦分標(biāo)準(zhǔn)考慮太浦河干流COD、NH3-N納污能力，以COD、NH3-N兩個(gè)指標(biāo)的平均得分為最后得分，計(jì)算公式如下：

當(dāng)FW

(3)

當(dāng)FW>M時(shí)，F(xiàn)W賦分=0

(4)

式中，F(xiàn)W為評(píng)價(jià)河段超過納污能力的入河污染負(fù)荷,t;M為該河段納污能力,t。對(duì)太浦河3個(gè)評(píng)價(jià)河段對(duì)應(yīng)支河分別選取相應(yīng)的水量、水質(zhì)代表站計(jì)算2016年支河匯入太浦河的COD、NH3-N入河污染負(fù)荷量，再依據(jù)污染負(fù)荷與相應(yīng)評(píng)價(jià)河段納污能力的比值，計(jì)算得到2016年3個(gè)評(píng)價(jià)河段兩岸入河污染負(fù)荷指標(biāo)得分，見表4。

表4 兩岸入河污染負(fù)荷(FW)賦分結(jié)果

3.6.2 入河排污口布局指標(biāo)

經(jīng)調(diào)查，太浦河周邊區(qū)域的工業(yè)企業(yè)仍存在工業(yè)廢水直排附近水體的現(xiàn)象，但絕大多數(shù)工業(yè)企業(yè)已納管，工業(yè)廢水通過污水處理廠處理，故入河排污口主要關(guān)注污染處理廠排污口。

入河排污口布局指標(biāo)(DY)反映太浦河周邊一定區(qū)域內(nèi)污染物入河量分布情況。依據(jù)太浦河支流空間分布及河道水力聯(lián)系，按可能對(duì)太浦河產(chǎn)生污染貢獻(xiàn)的原則，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為調(diào)查單位計(jì)算對(duì)相應(yīng)評(píng)價(jià)河段有匯入影響的區(qū)域入河排污口廢污水排放強(qiáng)度。并參考太湖流域平均廢污水排放強(qiáng)度對(duì)DY進(jìn)行賦分，賦分標(biāo)準(zhǔn)如下：

當(dāng)P河段

(5)

當(dāng)P河段>P流域平均時(shí)，DY賦分=[1-(P河段-P流域平均)/P流域平均]×100(DY賦分>=0)

(6)

式中，P為河段對(duì)應(yīng)的廢污水排放強(qiáng)度,t/(a·km2)，對(duì)3個(gè)評(píng)價(jià)河段有匯入影響的污水處理廠類型及個(gè)數(shù)，以及2016年廢污水排放量及污染物入河量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到3個(gè)河段入河排污口布局賦分(見表5)。

表7 太浦河干流健康評(píng)估指標(biāo)體系

表5 入河排污口布局評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分

3.6.3 航運(yùn)能力指標(biāo)

太浦河現(xiàn)狀為Ⅳ～Ⅵ級(jí)航道，規(guī)劃建設(shè)三級(jí)航道，航運(yùn)能力指標(biāo)反映太浦河現(xiàn)狀對(duì)Ⅳ～Ⅵ級(jí)航道通航要求的滿足程度。經(jīng)調(diào)查研究，太浦河河道底寬及水深均滿足航道要求，唯獨(dú)部分跨河橋梁凈空不滿足現(xiàn)狀航道的通航標(biāo)準(zhǔn)要求，此次研究以各河段滿足太浦河現(xiàn)狀通航要求的橋梁比例乘100作為各河段航道能力的賦分，見表6。

由于社會(huì)服務(wù)功能準(zhǔn)則層增加了3個(gè)自選指標(biāo)，各指標(biāo)權(quán)重較《河流標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了調(diào)整，見表7。

表6 各評(píng)價(jià)河段航運(yùn)能力HY賦分

3.7 太浦河干流健康評(píng)估指標(biāo)體系

太浦河干流健康評(píng)估指標(biāo)體系見表7。

4 2016年太浦河健康評(píng)估結(jié)果

3個(gè)評(píng)價(jià)河段健康評(píng)估得分較為相近，Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ段得分分別為77.37，65.13，64.78分，健康等級(jí)均為健康，見表8,健康狀況見圖2。

反映生物完整性的各準(zhǔn)則層得分情況如下：水文水資源準(zhǔn)則層得分較高，除Ⅰ段河道受太浦閘控制運(yùn)用影響得分為70.4分外，流量過程變異程度Ⅱ,Ⅲ段河道流量過程穩(wěn)定，得分大于95分，另外由于平原河網(wǎng)地區(qū)河道水量豐沛，且2016年為相對(duì)豐水年，生態(tài)流量滿足程度各段評(píng)價(jià)均為滿足，得分100分；物理結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層中河岸帶狀況得分較低，由高到低依次為：Ⅲ段(60.4分)、Ⅰ段(49.2分)、Ⅱ段(28.4分)，主要由于植被覆蓋度及人工干擾程度兩個(gè)指標(biāo)得分均較低；水質(zhì)準(zhǔn)則層得分較高，主要由于近年來太湖流域水環(huán)境綜合治理力度較大，水質(zhì)逐年趨向良好；生物準(zhǔn)則層取決于大型無脊椎動(dòng)物完整性指數(shù)，得分較低，其中Ⅲ段33分，Ⅰ段69分，Ⅱ段51分。

社會(huì)服務(wù)功能準(zhǔn)則層得分情況如下：水功能區(qū)達(dá)標(biāo)指標(biāo)得分除Ⅱ段得分為50分，其他2段得分均為100分；水資源開發(fā)利用指標(biāo)由于太浦河河道外取水占其斷面流量百分比較低，得分為100分；防洪指標(biāo)3個(gè)河段得分均較低，其中Ⅰ段得分34.88分，其他2個(gè)河段因堤防達(dá)標(biāo)率低或未建堤防，得分均為0，防洪指標(biāo)為導(dǎo)致整個(gè)社會(huì)服務(wù)功能準(zhǔn)則層得分降低的控制性指標(biāo)；公眾滿意度指標(biāo)針對(duì)整個(gè)太浦河開展調(diào)研，3段得分均為60.8分；兩岸入河污染負(fù)荷、入河排污口布局2個(gè)新增指標(biāo)得分較高，其中Ⅰ段和Ⅲ段得分95～100分，Ⅱ段得分相對(duì)較低，兩個(gè)指標(biāo)分別賦分65.4分和68.2分；航運(yùn)能力指標(biāo)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段分別得分為50，87.5，33.3分。

表8 3個(gè)評(píng)價(jià)河段2016年健康狀況

圖2 2016年太浦河健康狀況

采用河長(zhǎng)加權(quán)平均對(duì)太浦河全段2016年健康狀況開展綜合評(píng)價(jià)，總體得分為68.83分，健康等級(jí)為健康。

5 結(jié) 論

(1)從2016年太浦河健康評(píng)估結(jié)果看，全段得分為68.83分，健康等級(jí)為健康。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段得分分別為77.37，65.13，64.78分，健康等級(jí)均為健康。太浦河作為一條重要供水河道，雖然健康等級(jí)為健康，但健康評(píng)估得分偏低，需繼續(xù)加強(qiáng)太浦河水資源保護(hù)。

(2)鑒于太浦河獨(dú)特的平原河網(wǎng)河道特點(diǎn)，建議對(duì)《河流健康評(píng)估指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)與方法》中推薦的必選指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究，根據(jù)資料條件及計(jì)算可達(dá)性，加強(qiáng)新增指標(biāo)研究，完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。逐步建立起能準(zhǔn)確反映太浦河特色的評(píng)價(jià)指標(biāo)及賦分標(biāo)準(zhǔn)，建立完備的太浦河健康評(píng)估體系，以為平原河網(wǎng)地區(qū)河流健康評(píng)估提供參考和借鑒。

(3)太浦河水生態(tài)監(jiān)測(cè)尚顯薄弱，魚類生物損失指數(shù)調(diào)查頻次偏低而不能用于評(píng)價(jià)，導(dǎo)致生物準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映河道現(xiàn)狀。應(yīng)加強(qiáng)水生態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)，加密監(jiān)測(cè)頻次。