西北黃土高原山區河流健康調查評估方法研究

尚小平，張永勝，蔣興國

定西市水利科學研究所，甘肅 定西 743000

健康的河流可依靠自身能力維持其結構和功能，并支撐當地生物群體（包括人類）的生存，可提供飲用水、工農業用水，具有分解和物質輸送與提供、塑造地貌、環境凈化、生態等多樣性功能。但隨著工業化及城市化發展進程的深入，大部分河流都經受了不同程度的干擾和損害，西北黃土高原地區河流普遍出現河流水質惡化、形態結構破壞、水文條件變化以及生境退化等種種問題，對河流的健康狀況進行評估已經成為當前河道管理的主要任務之一。

一、調查評估的框架

第一，將西北黃土高原山區河流健康評估指標分為指標層、準則層、目標層三級體系，健康評估采用逐級加權，綜合評分的分級指標評分方法。其中：目標層是對形態健康評價指標體系的高度概括，表示流域健康狀況的總體綜合水平。準則層是對河流各項功能狀態的具體分述，包括水文水資源、物理形態、水質、水生物、社會服務功能五個方面。指標層表述各個準則指標的不同要素，通過定量或者定性指標直接反映河流健康狀況。

第二，根據西北黃土高原山區河流特征的相同性和差異性，并結合行政區劃，將評估河流分為若干評估河段。每個河流的評估河段數量可根據具體河流情況分段。

第三，以評估河段為單元，收集調查指標層基礎數據，按照相關評價標準對每個指標進行評估，并加權處理后得到該河段相應準則層評估賦分；再對該評估河段按水文水資源、物理形態、水質、水生生物、社會服務功能五個準則層分別進行評估，得到各河段目標層賦分。對每個河段的目標層賦分按河長比例進行加權，最終得到該河流的目標層賦分。

二、調查評估的對象

評估對象選取西北黃土高原山區河流的水域系統，從河流水文水資源狀況、物理形態狀況、水質狀況、水生生物狀況、社會服務功能狀況五個方面搭建評價的對象。

三、評估指標體系

以水域和河流生態系統為評估對象，從生態結構、服務功能等方面構建流域生態健康評估的基本框架。同時，基于河流形態健康評價需求，通過分析現狀和實際，按照評價指標的選取原則，河流健康評估的空間、時間尺度及評估內容和框架設計，健康評估指標體系采用評估采用層次分析法，并層級分為目標層（河流將康狀況）、準則層和指標層三級體系，如表1所示。

（一）評估指標體系的內容

1.目標層。以為整體單元，對其健康狀況進行評估。

2.準則層。包括水文水資源、物理形態、水質、水生物、社會服務功能5個方面。

3.指標層。各指標的時間和空間尺度選擇按照從斷面到局部河段到整個河流、從河流到水系，從短期評估到構建長期監測系統，逐漸開展綜合多個時空尺度的生態評估為原則選取。其中：一是水文水資源的指標層，即含枯水期徑流變差傾向率、徑流年際變差傾向率。二是物理形態的指標層，即含河流形態、河岸帶狀況、河流連通阻隔狀況。三是水質的指標層，含水質狀況、耗氧有機污染物。四是水生生物的指標層，含大型無脊椎動物生物完整性指數、魚類生物損失指數。五是社會服務功能的指標層，含水功能區達標指標、水資源開發利用指標、防洪指標。

（二）評估指標層的含義

1.水文水資源（HD）準則層。水文水資源準則層（HD）包括枯水期徑流變差傾向率、徑流年際交差傾向率（AVR）兩個指標，屬于河段尺度，評估數據取樣范圍為評估河段內的水文站，若該河段有多個水文站，僅選擇最具代表性的水文站。其中：一是枯水期徑流變差傾向率（LRR）。反映現狀開發狀態下，評估河段徑流年內分配不均勻性隨年際的變化趨勢。枯水期徑流指當年1-5月，11-12月?？菟趶搅髂陜确峙渎蕿榭菟趶搅髋c年徑流比值。對某一評估河段的一組水文測量數據序列（年份，枯水期徑流年內分配率）進行最小二乘法曲線擬合，得到公式y=a+bx，斜率b即為枯水期徑流變差傾向率。二是徑流年際變差傾向率(AVR)。反映現狀開發狀態下，評估河段不同年份年徑流的變化趨勢。對某一評估河段的一組水文測量數據序列（年份，年徑流量）進行最小二乘法曲線擬合，得到公式y=a+bx，斜率b即為徑流年際交差傾向率。

2.物理形態（PF）準則層。物理形態（PF）準則層包括河流形態（RS）、河岸帶狀況（RSS）、河流連通阻隔狀況（RC）三個指標層。每個指標包括若干個分指標。其中：一是河流形態（RS）特征。在很大程度上表征著河流生態系統的穩健性，包括河道改變、河道彎曲程度、河床穩定性三個分指標。河道改變反映河道渠化、拓寬等人為措施對河流流態、生境等在一定程度上的影響。河道彎曲程度有利于形成多樣的生境，但截彎取直等措施改變了河流的自然形態。河床穩定性指河床是否存在明顯退化或嚴重淤積等問題。二是河岸帶狀況（RSS）。河流健康評估在河流橫向分區上分為水面和左右河岸帶三部分。河岸帶狀況評估包括河岸帶穩定性和河岸帶植覆蓋度兩個方面。三是河流連通阻隔狀況（RC）。河流連通阻隔狀況主要分為四類情況：完全阻隔（斷流）；嚴重阻隔（無魚道、下泄流量不滿足生態基流要求）；阻隔（無魚道下泄流量滿足生態基流要求）；輕度阻隔（有魚道，下泄流量滿足生態基流要求）。

表1 西北黃土高原山區河流健康評估指標體系

3.水質（WQ）準則層。水質狀況包括DO水質狀況（DO）和耗氧有機污染狀況（OCP）兩個指標。一是DO水質狀況（DO）。DO為水體中溶解氧濃度，單位為mg/L。溶解氧對水生動植物非常重要，DO值過高和過低都會對水生生物造成危害，對水生生物適宜的DO值范圍為4-12mg/L。二是耗氧有機污染狀況（OCP）。耗氧有機物指導致水體中溶解氧大幅度下降的有機污染物，本次評價主要采用高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量和氨氮四項對河流耗氧污染狀況進行評估。

4.水生生物（AL）準則層。水生生物準側層（AL）包括底棲動物 完整性指數（BIBI）和魚類生物損失指數（FOE）兩個指標。一是底棲動物完整性指數（BIBI)。構建底棲動物完整性指數的各選參數很多，需要根據具體情況選擇。選擇原則是備選參數一定能夠充分反映底棲動物群落組成、物種多樣性和豐富性、耐污度（抗逆力）和營養結構組成及生境質量信息。評估河段BIBr賦分采用以下計算：

式中，BIBr為評估河段底棲動物完整性指標賦分，BIB為評估河段底棲動物完整性指標值，-BIBE為河流所在水生態分區底棲動物完整性指標最佳期望值。

二是魚類生物損失指數（FOE）。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20世紀80年代作為歷史基點，調查評估河流魚類歷史調查數據或文獻。魚類生物損失指標計算公式如下：

式中，FOE為魚類生物損失指數，FO為評估河段調查獲得的魚類種類數量，FB為80年代以前評估河段的魚類種類數量。

5.社會服務功能（SS）準則層。社會服務功能（SS）包括水功能區達標指標（WFZ）、水資源開發利用指標（WRU）、防洪指標（FLD）三個指標。社會服務功能準則層指標按照專家判斷或管理預期目標確定評估標準。

一是水功能區達標指標（WFZ）。以水功能區水質達標率表示。水功能區水質達標率是指對評估河流所包含的水質達標水功能區個數占水功能區總個數的比例。

二是水資源開發利用指標（WRU）：以水資源開發利用率表示。水資源開發利用率是指評估河流流域內用水量占流域水資源總量的百分比。水資源開發利用合理限度確定的依據應該按照人水和諧的理念，既可以支持經濟社會合理的用水需求，又不對水資源的可持續利用及河流生態造成重大影響。水資源利用率指標賦分計算公式如下：

表2 西北黃土高原山區河流健康評估指村體系權重表

表3 河流健康評估分級表

式中，W R U R為水資源利用率指標賦分，WRU為評估河段水資源利用率，a、b為系數，分別為 a=1111.11，b=666.7。

三是防洪指標（FLD）。河流防洪指標評估河道的安全泄洪能力。河流防洪指標（FLD）利用防洪工程措施完善率表示，其計算公式如下：

式中，F L D為河段防洪工程措施完善率，RIVLn為已完成達標防洪工程次河段的長度，N為評估河流根據防洪規劃劃分的次河段數量，RIVLg為規劃應完成防洪工程次河段的長度。

（三）評估指標權重

對健康評估權重依據《流域生態健康評估技術指南（試行）》，采用專家打分的方式取得，評估指標共計5類12項，評估指標權重采用層次分析法，各項指標指標權重見表2。

1.準則層權重。評估指標權重采用層次分析法中，5個準則層權重加和等于l，每個準則層對應的指標層指標權重加等于1。依據的河流功能，生態結構及特點，經專家打分，準則層中，水文水資源（HD）權重0.25，物理形態（PF）權重0.20，水質（WQ）權重0.20，水生生物（AL）0.15，社會服務功能（SS）0.20。

2.指標層權重。水文水資源（HD）準則層中枯水期徑流變差傾向率權重0.4、徑流年際交差傾向率（AVR）權重0.6；物理形態（PF）準則層中河流形態（RS）權重0.3、河岸帶狀況（RSS）權重0.3、河流連通阻隔狀況（RC）權重0.4；水質（WQ）準則層中水質狀況（DO）權重0.5、耗氧有機污染狀況（OCP）權重0.5；水生生物準側層（AL）中動物完整性指數（BIBI）權重0.5、魚類生物損失指數（FOE）權重0.5；社會服務功能（SS）準則層中水功能區達標指標（WFZ）權重0.4、水資源開發利用指標（WRU）權重0.3、防洪指標（FLD）權重0.3。

四、評估分級方法

依據《流域生態健康評估技術指南（試行）》，并參照《甘肅省重要河流健康調查評估技術大綱》，將西北黃土高原山區河流健康狀況分為5級，分別為：理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態，河湖健康等級，類型，顏色代碼見表3：

西北黃土高原山區河流健康調查評估是實施“一河一策”實施方案的最基礎工作。同時，本文提出的河流生態健康評估工作流程和技術方法，可作為其他西北黃土高原山區相似河流健康評估的參考，具有重要的理論基礎和實踐指導意義。