鄂西北箭流鋪小流域生態清潔程度綜合評價

李 雙 喜，龔 旭 昇，耿 旭，姬 俊 虎

(1.長江水利委員會 長江流域水土保持監測中心站，湖北 武漢 430010； 2.湖北科技學院 核技術與化學生物學院，湖北 咸寧 437100； 3.鄖西縣水土保持局，湖北 十堰 442600)

0 引 言

開展生態清潔小流域清潔程度綜合評價是生態清潔小流域建設效果后評價的需要，也是科學編制生態清潔小流域建設方案的重要基礎[1]。黨的“十九大”報告中全面闡述了加快生態文明體制改革、建設美麗中國的戰略部署，作為深入貫徹落實國家生態文明建設理念及新時期治水思路的重要一環，生態清潔小流域綜合評價在生態清潔小流域建設驗收及指導等方面具有重要作用[2]。

早在20世紀70年代，歐美等發達國家已經開始研究小流域生態清潔健康評價，學者們基于當地的環境特點從系統綜合的角度，主要借助水質、河流形態結構、河岸帶、河流水文結構以及水生生物來監測評估小流域清潔狀況[3-4]。國內關于生態清潔小流域綜合評價的研究起步較晚，2007年吳敬東[5]構建了北京市生態清潔小流域水生態環境監測指標體系，該體系以水土流失與面源污染狀況、點源污染狀況以及河流健康狀況3個層次評價生態清潔小流域水生態環境質量狀況，但是并未對生態清潔小流域整體做出綜合性評價。2014年馬文鵬等[6]對北京山區小流域生態清潔程度進行分級評價，該研究從坡面、溝道以及村莊選取了8個指標構建生態清潔小流域評價標準，但是標準中的各指標賦分區分度較低，僅有“1分”和“0分”兩種得分項[7]。2017年李璐等[7]從生態、社會以及經濟3個方面來構建小流域綜合治理效益評價體系，對丹江口庫區小流域水土保持綜合效益進行了評價，但該研究僅涉及水土保持方面的指標。近幾年關于小流域生態清潔度綜合評價的研究已經成為了熱點，學者們在川南以及東北等多地運用不同的評價指標體系進行了探索，但這些研究對于水生態環境方面的指標關注較少[8-9]。目前，湖北省已經探索了一些符合當地實際的生態清潔小流域建設模式，同時也取得了一定的實踐成果，分別在丹江口庫區、三峽庫區、大別山區和武陵山區等水土流失重點區域開展了生態清潔小流域建設。然而對于如何評價小流域生態清潔程度，使其為生態清潔小流域建設提供參考和驗收依據，這方面的工作還有待完善[10-11]。

箭流鋪小流域地處鄂西北，是漢江一級支流歸仙河的一條支流，屬丹江口庫區及上游國家級水土流失重點預防區范圍，是漢江流域加快實施最嚴格水資源管理制度試點工作中選擇的典型小流域之一，開展箭流鋪小流域生態清潔程度綜合評價對該區域生態清潔小流域建設具有積極推動作用。而且箭流鋪小流域也是湖北省規劃建設的100多條生態清潔小流域之一，鑒于湖北省計劃在2030年之前還將建設400多條生態清潔小流域，開展箭流鋪小流域清潔程度評價對提高湖北省生態清潔小流域建設質量具有指導作用[12]。但到目前為止，關于湖北省小流域清潔程度綜合評價等研究還很缺乏。本次研究改進了2017年生態清潔小流域監測及后評價初探中的監測評價方法[13]，以箭流鋪作為生態清潔小流域建設的典型區域，利用野外調查與監測、“3S”技術及實驗室分析等方法，開展箭流鋪小流域生態清潔程度綜合評價，以期為箭流鋪生態清潔小流域后續建設方案編制提供決策依據，同時也可為湖北省其他小流域生態清潔程度綜合評價提供參考。

1 研究區域概況

研究區位于距湖北省鄖西縣城25 km處的河夾鎮境內，與十堰市鄖陽區的青曲鎮交界，地理位置為110°32′48″～110°36′54″ E，32°51′27″～33°0′52″ N，屬侵蝕剝蝕形成的中低山地貌。該地區屬北亞熱帶大陸性季風氣候區，多年平均氣溫16 ℃，≥10 ℃年積溫5 060 ℃，多年平均降雨量790 mm，土壤類型有黃棕壤、石灰土和水稻土，黃棕壤面積占80%以上。箭流鋪小流域集雨區面積23.63 km2，涉及魏家埡、箭流鋪2個行政村的部分區域，小流域呈條形狀，最高海拔620 m，最低海拔150 m。

2 研究方法與數據源

本次研究的小流域調查、監測及綜合評價主要參照李雙喜等[13]生態清潔小流域監測及后評價初探中的方法實施，該方法從人類社會和自然環境兩方面選取10個指標構建生態清潔小流域后評價指標體系，選取的指標較為全面、有較強的區分度，監測及計算方法科學、可操作性強，但也存在未經過實踐檢驗以及部分指標不合理等問題。該方法中需要改進的指標是水土流失綜合治理率和小流域出口水環境質量。水土流失綜合治理率僅考慮了小流域中水土流失治理面積在水土流失面積中的占比，并不能客觀反映實施水土流失治理措施后的最終效果。本次研究以水土保持率作為水土保持綜合治理的效果評價指標，其計算公式為：水土保持率=區域內水土保持狀況良好的面積(非水土流失面積)/區域國土總面積×100%，其相應的指標分級標準見表1。

表1 改進后的生態清潔小流域后評價指標分級標準Tab.1 Improved classification standards of post-evaluation indicators for ecological and clean small watersheds

另一個需要改進的指標是小流域出口水環境質量。原評價方法依據GB3838-2002《地表水環境質量標準》中的標準限值評定水環境質量等級，即單因子評價法，該評價方法反映的是地表水中的最差污染物情況，對于地表水等級的綜合評判具有局限性，不能客觀反映小流域出口水環境質量的整體狀況，因此本次研究參考張新鈺等[14]的F值評分法取代單因子評價法，對小流域出口水環境質量進行綜合評定(見表1)。

依據箭流鋪小流域2016年調查和監測數據，分別對植被覆蓋率(0.5 m高分辨率遙感影像解譯)、河溝道生態環境狀況指數(現場調查)、小流域出口水環境質量(現場采樣和實驗室分析)、水土保持率(0.5 m高分辨率遙感影像解譯)、村鎮生活污水處理率(現場調查和資料收集)、村鎮生活垃圾處置率(現場調查和資料收集)、畜禽養殖污水處理率(現場調查和資料收集)、畜禽養殖固廢資源化率(現場調查和資料收集)、農藥化肥施用系數(現場調查和資料收集)、公眾參與度(走訪調查問卷)等10個指標開展評價，按照生態清潔小流域后評價指標分級標準逐項賦分，并通過各項指標權重計算出各項指標得分和小流域綜合得分，最后進行小流域生態清潔程度綜合評價分級。

3 綜合評價結果

3.1 各項指標評分結果

3.1.1植被覆蓋率

根據2016年箭流鋪小流域遙感解譯數據可知，箭流鋪小流域土地總面積2 362.50 hm2，其中林地面積1 076.90 hm2，占總面積的45.58%；草地面積960.50 hm2，占總面積的40.66%。植被覆蓋率為86.24%，本項評分為10分(見圖1)。

3.1.2河溝道生態環境狀況指數

2016年河溝道水文地貌調查結果顯示，箭流鋪小流域主河道長15.79 km，人工漿砌護岸長度為2 752 m，占主河道的17.43%，均為寬型護岸。橫向攔擋建筑物有4處，無水流阻斷現象。沿河居民集中居住區存在少量垃圾傾倒和生活污水排入現象，無采石采砂現象。根據河溝道自然指數評分標準，評分80分。河溝道水生植物多樣性調查結果顯示，箭流鋪小流域水生植物共計11科19屬24種，其中挺水植物22種，漂浮植物1種為滿江紅，沉水植物1種為水馬齒。根據河溝道生物多樣性指數評分標準，評分48分。最后根據兩項評分綜合計算，箭流鋪小流域河溝道生態環境指數為0.67，本項評分為4分。

3.1.3小流域出口水環境質量

在箭流鋪小流域出口布設水質取樣點，分別于2016年的枯水期(3月)、豐水期(9月)和平水期(11月)對TP、TN、NH3-N、COD等4項水環境指標進行監測(見表2)。根據“F值評分法”的計算方法，綜合評定小流域出口水質“F值”為4.6分，因此本項評分為4分。

表2 2016年箭流鋪小流域出口采樣點水質監測結果Tab.2 The water quality monitoring results of the outlets of the Jianliupu small watershed in 2016

3.1.4水土保持率

根據鄖西縣水土保持局統計資料，2012～2015年湖北省發改委和水利廳批復并實施了安家項目區小流域綜合治理工程和清潔小流域治理工程，安家項目區覆蓋了箭流鋪村和魏家埡村兩個行政村范圍，實施的措施主要包括：新建排灌溝渠4.73 km、沉沙池27個、田間道路1.69 km、谷坊16座、水土石壩1座以及河堤3.16 km；同時坡改石坎糧梯、坡耕地造生態林、坡耕地造經濟林、荒山造生態林和封禁治理面積分別為28.62，33.96，200.36，79.47 hm2以及2 057.19 hm2。2016年箭流鋪小流域遙感監測結果顯示，小流域水土流失面積為5.38 km2，占土地總面積的22.77%(見圖2)。其中輕度流失占流失總面積的45.7%，中度流失占43.54%，強烈流失占8.14%，極強烈流失占1.91%，劇烈流失占0.71%。因此箭流鋪小流域水土保持率為77.23%，本項評分為4分。

3.1.5村鎮生活污水處理率

調查結果顯示，箭流鋪小流域主要污染來源為生活污水。該流域已建潛流式人工濕地2處，并且對45戶的生活污水進行了集中處理，小流域集雨區范圍內農戶為495戶，因此生活污水處理率約為10%，本項評分為2分。

3.1.6村鎮生活垃圾處置率

目前，箭流鋪小流域生活垃圾清運主要以村為單位，兩個行政村生活垃圾年生產總量約為2 500 m3，垃圾運輸車定時將生活垃圾轉運到鎮上集中處理，處理量為2 000 m3/a，村鎮生活垃圾處置率為80%，本項評分為10分。

3.1.7畜禽養殖污水處理率

調查結果顯示，箭流鋪小流域沒有畜禽養殖企業，均為農戶自家散養，極少將養殖污水直接排入河溝道，畜禽養殖污水處理率按照85%以上評分標準賦分，本項評分為8分。

3.1.8畜禽養殖固廢資源化率

通過走訪調查和資料收集，箭流鋪小流域沒有畜禽養殖企業，畜禽養殖固廢以堆肥的方式還田，畜禽養殖固廢資源化率在90%以上，本項評分為8分。

3.1.9農藥化肥施用系數

根據河夾鎮2016年農村經濟和社會發展統計年報數據，箭流鋪小流域涉及的兩個行政村作物種植面積為725.13 hm2(10 877畝)，其中糧食作物種植面積為506 hm2(7 590畝)，占總作物種植面積的70%；經濟作物種植面積為3 287畝(219.13 hm2)，占總作物種植面積的30%。糧食作物主要種植小麥、玉米、土豆、紅薯及各種豆類作物，經濟作物主要種植油菜、花生、芝麻、煙葉和各類蔬菜等。化肥使用總量約為290 t，農藥使用總量約為0.13 t。根據種植面積和化肥農藥施用總量進行計算，箭流鋪小流域化肥施用強度為400 kg/hm2，農藥施用強度為0.17 kg/hm2，箭流鋪小流域農藥化肥施用系數為0.81，本項評分為8分。

3.1.10公眾參與度

在箭流鋪小流域內隨機走訪調查53人，其中知情或參與了箭流鋪生態清潔小流域建設的有46人，公眾參與度為87%，本項評分為8分。

3.2 生態清潔程度綜合評價結果

根據箭流鋪小流域10項指標單項評分結果，按照各項指標權重系數，計算出箭流鋪小流域綜合得分為63.8分(見表3)。依據文獻中生態清潔程度評價標準[13]，2016年箭流鋪小流域生態清潔程度評價結果為較清潔。

表3 箭流鋪小流域綜合評價得分Tab.3 Comprehensive evaluation score calculation table of Jianliupu small watershed

4 箭流鋪小流域后續建設的重點

評價結果顯示，河溝道生態環境狀況指數中的河溝道水生植物多樣性、小流域出口水環境質量、水土保持率、村鎮生活污水處理率等指標評分較低是箭流鋪小流域生態清潔程度不高的主要原因，在后續建設中可針對這幾個重點問題，采取相應措施，進一步提高小流域生態清潔程度。

4.1 修復河溝道水生植物多樣性

在箭流鋪小流域范圍內，應擴大人工束寬河道濕地面積，修復水域與陸域緩沖地帶，增加河溝道生物多樣性，提高河流的自凈能力，盡量選擇鄉土種進行濕地的恢復，水域內可栽種穗花狐尾藻、輪葉黑藻、苦草等沉水植物和荇菜、田字萍等漂浮植物，河岸灘可種植香蒲、蘆葦、苔草等挺水植物[15]。

4.2 提高小流域水土保持率

利用“3S”技術將箭流鋪小流域精確劃分為生態修復區、坡耕地修復區、坡面治理區、坡耕地治理區、農田治理區、村鎮綜合治理區及河(溝)道周邊整治區等7個不同水土流失特征的區域[16-17]，再依據各分區的實際情況，尊重小流域自然稟賦，科學制定預防治理方案，因地制宜實施水土流失防治措施，最大限度提高小流域水土保持率，實現減少水土流失面積、降低水土流失強度、提高水土保持生態功能的小流域水土保持高質量發展目標[18]。

4.3 提高村鎮生活污水處理能力

在箭流鋪小流域農戶集中居住區增加生活污水處理設施的資金投入，宜選擇方法簡單、操作方便、運行費低的處理工藝，一般采取三格化糞池、沼氣池、潛流式人工濕地、天然濕地、穩定塘等措施，根據每日污水收集量合理選擇技術設計參數，污水經過處理后需達到GB3838-2002 《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質標準后方可排入河道[19-20]。

4.4 提高小流域出口水環境質量

小流域出口水環境質量是各種自然和社會因素綜合影響的結果，也是小流域水生態環境質量的直觀反映。本研究表明，村鎮生活污水處理率低、水土保持率不高和河溝道水生植物物種不豐富是箭流鋪小流域出口水環境質量差的直接原因，需采取上述有效措施改進。同時，小流域內農藥化肥施用情況也是影響小流域出口水質的重要因素，因此需持續提高箭流鋪小流域農藥化肥施用的監管水平，適當調整種植結構，減少面源污染對水質的影響[21]。

5 結 論

(1)評價結果顯示，河溝道水生植物多樣性、小流域出口水環境質量、水土保持率、村鎮生活污水處理率等指標評分較低是箭流鋪小流域生態清潔程度不高的主要原因。因此豐富河溝道水生植物多樣性、提高小流域水土保持率、提升村鎮生活污水處理能力以及改善小流域出口水環境質量是箭流鋪小流域后續建設的重點。

(2)采用水土保持率和F值評分法分別替換原評價方法中的水土流失綜合治理率和單因子評價法能夠增加評價方法的科學性和綜合性，運用改進后的方法對箭流鋪小流域的生態清潔程度開展綜合評價，其評價等級為“較清潔”，研究結果可為箭流鋪生態清潔小流域后續建設方案編制提供重要參考。