北方寒冷地區農村河流健康評價應用研究

宮遠喬,劉 瑩,李鐵男,張 檸,楊阿龍

(1.黑龍江大學 水利電力學院,哈爾濱 150080;2.黑龍江省水利科學研究院,哈爾濱 150080)

0 引 言

近年來,河流健康評價成為了河長履職成效考核的重要抓手,也是河長保護河流的重要手段。河流健康評價可以更加全面而準確地了解河湖健康狀況,是能夠更好治理和管護河湖的工作前提[1]。農村河流是農村環境的重要部分,承擔著防洪、排澇、養殖、景觀等功能,對農村生產生活有很大的服務作用,也是河流治理的難點和末梢。近年來,由于長期性和積累性的問題,導致河道破壞嚴重、面源污染嚴重、河道淤積、功能逐漸衰退,嚴重影響了農村生活環境,因此,展開農村河流健康評價對河流保護和治理具有重要實踐意義[2]。

河流健康評價指標體系的構建至關重要。早期國內外學者在河流健康狀況評價中,評價河流健康狀況主要以生物完整性指數(IBI)為代表的指示物種法為主,但這種方法指標設定比較較單一,無法全面地反映河流健康狀況。相比于單一的指示物種法,可采用評價結果更加全面的多指標體系法,如HONG等從物理性質、水質和生態3個方面構建適用于韓國漢江流域的評價指標體系,對首爾市管轄的河流進行健康評價。考慮到北方寒冷地區農村河流季節性明顯、無重要生態保護目標等因素,需構建適用于農村河流的健康評價指標體系。文章初步構建北方寒冷地區農村河流健康評價體系,對今后農村河流健康評價和治理提供參考。

1 河流健康評價指標體系構建

農村河流大多為支流及末端河道,水文條件受季節影響較大、農業及農村面源污染對河流水環境影響較大,農村河湖管理和保護難度更大。通過對河流健康評價指標體系的文獻閱讀總結[3],參考《河湖健康評價技術導則》(SL/T 793-2020)[4],根據北方寒冷地區農村的河流特點,確定了包含水文水資源、物理結構、水質、水生生物、社會服務功能、管理6個準則層14個指標的北方寒冷地區農村河流健康評價指標體系,見表1。

表1 農村河流評價等級劃分表

基于比例標度構造的層次分析法確定評價指標體系權重。傳統的層次分析法容易受研究者主觀的影響,會導致判斷矩陣一致性檢驗難以通過[5]。文章以比例標度構造法為基礎,建立基于層次分析法的傳遞矩陣,從而提高計算的準確度[6],由此得到的判斷矩陣不需要進行一致性檢驗。

判斷矩陣R=[rij]嚴格滿足以下條件:rij>0;rij=1;rij=1/rij。其中,rij為i指標與j指標的比例標度值[10]。文章采用的比例標度J,見圖1。

圖1 比例標度圖

按照重要程度遞減的方式對n個指標結合專家評判的主觀方法進行排序,再將相鄰2個指標的重要程度比較,并記為1個標度ti,得到n-1個標度值t1、t2、…、tn-1,最終列出判斷矩陣R,如下式所示:

(1)

由標度比例法構造的傳遞矩陣一定滿足一致性,不需要再進行檢驗步驟,權重的計算公式為:

(2)

將河流評價標準劃分5類,農村河流評價等級劃分表,見表2。

表2 農村河流評價等級劃分表

2 研究方法

基于北方寒冷地區農村河流環境特點,采用了評價指標結果清晰明確的逐項評分法,對每個評價指標打分,最后結合了層次分析法得到的權重進行河流健康評價。運用線性插值,計算河流的評價指標在對應的評價標準等級劃分內所得分數,總賦分值為100分。計算公式為:

(3)

式中:Ti為某一指標得分,i=1,2,…,11;Ci為某一指標實際值;Nmax-Nmin為Ci所對應賦分標準區間的差值;Mmax-Mmin為Ci對應區間的差值。

然后將單條河流每一項指標所得分數列出,根據對應指標層在導向層或導向層在目標層的權重經過加權計算得到單條河流生態健康分數及等級,計算公式如下:

(4)

式中:K為單條河流生態健康賦分;ωi為單一指標的權重,i=1,2,…,11。

3 應用實例

3.1 河流概況及數據來源

茄子河位于黑龍江省七臺河市東部,是倭肯河左岸一級支流,東與寶清縣接壤、南與密山市、雞東縣交界、北與樺南縣毗鄰。流經七臺河市茄子河區鐵山鄉四新村、創新村、立新村、鐵西村、紅星村、鐵山村、鐵東村、新發村、茄子河鎮正陽村、向陽村、朝陽村、中河村、富強村、東河村2個鄉鎮14個村。茄子河干流全長41km,流域面積404km2,年徑流量0.54億m3,彎曲系數2.2,平槽泄量30m3/s,河槽平均寬度15m,河道平均比降1/230。評價數據來源于2022年政府公布的官方數據和外業調查監測,茄子河指標各項數據表,見表3。

表3 茄子河指標各項數據表

3.2 過程與分析

根據逐級加權、綜合評價,計算茄子河得分情況,農村河流評價等級劃分表,見表4 。

表4 農村河流評價等級劃分表

在茄子河健康評價中,水文水資源得分68分,處于亞健康狀態(Ⅰ級);管理得分100分,處于非常健康狀態(Ⅰ級);物理結構得分45分,處于不健康狀態(Ⅳ級),茄子河上的攔河閘對水生生物縱向連通有阻隔,干流有水力聯系的濕地面積一直萎縮下降;水生生物得分55分,處于亞健康狀態(Ⅲ級),茄子河底棲生物監測的四個斷面物種數量均呈現下降趨勢;社會服務功能得分44分,處于不健康狀態(Ⅳ級),茄子河附近親水設施暫不完善,目前堤防未達到防洪標準,防洪安全問題依然存在;水質得分12分,處于病態(Ⅴ級),可以看出,最差指標是水質,水體受污染嚴重,水環境十分惡劣。茄子河監測斷面最差水質指標是化學需氧量,平均濃度為64.00mg/L,水質類別為劣Ⅴ類,化學需氧量濃度,見圖2。經實地調查,主要原因是農業面源污染,茄子河每年5～6月份農田灌溉退水攜帶營養物質直接進入河流水體,是直接導致茄子河化學需氧量超標的主要原因。因此,加快推進茄子河段濕地生態修復管護;加強茄子河流域面源污染控制;修建必要的過魚設施,在魚類繁殖期間,禁止一切漁業活動;持續推進茄子河流域防洪體系工程建設,重點對有險工險段的堤防工程補短板等措施在茄子河管理和保護中至關重要。

圖2 化學需氧量濃度

4 結論與不足

文章根據北方寒冷地區農村河流的自然屬性和社會屬性,從6個方面構建了包含了14個指標的農村河流健康評價指標體系,對七臺河市茄子河進行健康評價。評價結果表明,茄子河總體健康水平為不健康(Ⅳ級)。根據評價指標賦分結果可知,14項評價指標中,3項指標為不健康狀態,4項指標為病態,確定了茄子河在物理結構、水質、水生生物、社會服務功能方面是治理與修復的重點。目前基于農村河流健康評價相關研究較少,文章試探性地構建北方寒冷地區農村河流健康評價指標體系并應用,但仍存在一些不足,可為北方寒冷地區農村河流健康評價和管護提供一定的參考依據。