金沙江中游支流河流棲息地評價體系構建

摘要：構建金沙江中游支流棲息地質量評價指標體系，為流域水生生物棲息地保護快速評價提供技術支持。遴選金沙江中游支流棲息地重點保護修復對象，從河道物理生境參數、流域特征、污染風險參數3個層面選取14個指標，構建棲息地質量評價指標體系，借助ArcGIS、InVEST模型等工具進行指標計算，采用綜合評價方法進行棲息地質量評價，并對評價結果進行實地踏查評估。結果顯示，金沙江中游流域棲息地質量分層面來看，河道物理特征得分較高，而污染風險參數特征得分較低；棲息地質量綜合評價得分范圍為0.27～0.82，其中47.3%河流為一般等級，其余河流棲息地質量評價等級處于良好以上。對金沙江流域排名前50條支流進行踏查驗證，其結果與體系評價結果排名趨勢較為一致，可以支撐河流棲息地評價與重要水生生物棲息地識別。研究建立的評價體系所需數據資料易于獲取，方法簡單高效，適用于金沙江中游支流棲息地質量狀況評價，也可為其他流域棲息地評價提供借鑒和支撐。

關鍵詞：河流棲息地；指標體系；生境質量評價；金沙江中游支流

中圖分類號：X82" " " " 文獻標志碼：A" " " " 文章編號：1674-3075（2025）02-0103-11

河流棲息地作為水生生態系統的重要載體，為水生生物提供了繁衍生存的空間，也承載著水體物質能量循環（楊宇等，2007；鄔鑫，2022）。在流域綜合保護開發背景下，全面降低人類活動對魚類棲息地的擾動、針對性地開展魚類棲息地保護修復工作（常理等，2020），是當前生態環境保護工作的重點。河流棲息地評價是判斷河流水生態系統功能水平的重要工具，可為流域生態保護修復提供科學建議（董哲仁等，2009）。國外關于河流棲息地質量評估的研究起步較早，例如定性生境評價指數（qualitative habitat evaluation index，QHEI）（Morse et al，2003）、河流快速評價方案（rapid bioassessment protocols，RBPs）（Purcell et al，2002）、澳大利亞河流評價計劃（Australian river assessment scheme，AusRivAS）（Ladson et al，1999）以及河流生境調查方法（river habitat survey，RHS）（Raven et al，1997；Jeffers，1998；Szoszkiewicz et al，2006）等，這些方法被廣泛應用于世界各國的河流生境評價研究中，為河流棲息地質量評價提供了重要參考。國內河流生境與棲息地研究始于21世紀初，在借鑒國外評價指標體系基礎上，形成了以河道物理性狀、水文水質要素、人類擾動強度等為主體的評價方法體系（馬里等，2017）。目前已構建的評價體系與方法主要與研究尺度密切相關，在不同尺度上開展的棲息地評價決定了研究切入點與應用場景差異。根據不同研究尺度，可將研究對象分為微觀尺度棲息地、中尺度棲息地和宏觀尺度棲息地（楊濤等，2017），即斷面、河段和流域（水系）3個空間水平。宏觀流域尺度上，徐彩彩（2015）對遼河、孫然好等（2018）對海河流域構建了相應生境質量評價指標體系，這些研究區域范圍較大，數據獲取不確定性高，構建的指標和評價方法適用性有限，存在一定的局限性。鄭丙輝等（2007）、仇倩雯等（2020）、莫晶等（2021）從河段、斷面、采樣點等中小尺度出發，選擇河流自然形態、水文水質、水生生物等評價指標構建了多指標評價體系，定量或定性評價生境質量狀況。綜合來看，現有研究多集中于平原河網，而對于自然環境復雜、基礎數據匱乏、流域梯級開發、缺少觀測資料的偏遠地區，構建方法簡單、適用性強的棲息地質量評價體系，對指導河流棲息地系統性保護具有重要意義。

金沙江位于我國西南地區，是長江干流上游河段，干流落差大，水能資源豐富，技術可開發量超過1億kW，占長江流域可開發量的62.5%，占全國十三大水電基地可開發量三分之一（崔磊等，2022）。近年來，在氣候變化和人類不合理擾動的共同影響下，金沙江流域水生生境退化趨勢明顯（魏志兵等，2020），魚類資源生物多樣性受到脅迫，棲息地遭到不同程度的破壞（Fan et al，2007；He et al，2010；Cheng et al，2015），亟需對流域棲息地質量進行評價，為流域開發與棲息地保護提供指導與支撐。本研究以金沙江中游為研究區，通過構建金沙江中游支流棲息地質量評價指標體系，對全流域152條支流開展棲息地質量評價，并對部分河流進行踏查和結果驗證，完成評價結果真實性驗證和評價體系可靠性驗證，為流域水生生物棲息地保護快速評價提供技術支持。

1" "材料與方法

1.1" "研究區概況

金沙江中游河段以云南省麗江市石鼓為起點、以四川省攀枝花市雅礱江匯入口為終點，總長度763.5 km，屬青藏高原東南緣，位于91°～105° E，25°～35° N，總面積約25.93萬km2（圖1）。流域地跨我國第一、第二級地貌過渡區域，高山峽谷眾多、水系發達。在下半年西風冷氣流和海洋季風的交替影響下，流域呈現干濕季分明，四季不分明，降水量豐富，降雨集中，年溫差較小，雨熱同季現象。多樣的氣候類型和復雜的地理環境造就了金沙江中游豐富的河流生境，支流為水生生物提供了生存空間（高少波等，2013），使該地區成為水生生物的重要棲息地和避難所。

1.2" "數據來源與研究方法

1.2.1" "指標選擇" "為合理客觀評價金沙江支流的生境狀況和棲息地保護價值，遵循科學性、獨立性、代表性和可操作性的原則選取評價指標（劉華等，2012），參考相關研究（Rabeni，2000；Balestrini et al，2004；Parsons et al，2004）構建了包括河道物理生境、流域特征、污染風險3個層面的棲息地質量評價指標體系（表1）。

河道物理生境是維持河流生態功能及生物多樣性的重要因素。趙進勇等（2008）研究表明，在水量與水質不變的情況下，河流地貌特征與生物群落的多樣性呈線性關系，地貌特征影響著生物群落的結構和功能，因此河道長度、河寬、彎曲度、河道平均高程、河道比降等物理生境在一定程度上反映了棲息地適宜性狀況。

流域特征包括了流域集水量、流域面積、流域植被生長狀況等，同時，流域也是農業耕種、工業建設等人類活動的重要區域（陳影等，2021），故人類活動的影響也屬于流域特征。由于研究區地處西南山區，流域內工業不發達，農業為主要人類活動影響因素，因此采用農業用地面積來表征該地區人類活動強度，選擇流域面積、流域年產水量、植被覆蓋度、農業用地面積指標作為流域特征參數。

農業生產作為金沙江中游流域主要的人類生產活動，是影響區域生態環境狀況的關鍵性因素。在農業生產活動中排放的面源污染富含氮、磷等物質，在生物化學作用下轉化為硝態氮、銨態氮、可溶性總磷等物質，通過徑流或水土流失進入水體（付斌等，2015；和曉榮等，2015），對流域環境產生潛在污染風險。經過2021年和2022年對金沙江中游主要一級支流的2次水質檢測（4月與8月）發現，金沙江中游河流水質達到Ⅲ類標準以上，主要污染物為氮、磷等，因此本研究選擇總氮、硝態氮、銨態氮、總磷、可溶性總磷指標作為污染風險參數并納入指標評價體系（Zhi et al，2016）。

1.2.2" "數據獲取與處理" "本研究所用到的數據主要有數字高程（DEM）、土地利用類型、土壤類型、降水、蒸散發、下墊面條件、農業面源污染等數據。其中，DEM數據來自地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn/）提供的30 m分辨率的DEM，土地利用類型數據來自中國科學院資源環境科學與數據中心（https：//www.resdc.cn/）提供的2020年云南省、四川省的土地利用數據，土壤類型數據、人口空間分布數據來自中國科學院資源環境科學與數據中心（https：//www.resdc.cn/），降水、蒸散發數據來自國家氣象局發布的中國地面氣候資料日值數據集（V3.0），時間為2015―2020年。

河道物理生境涉及的彎曲度、河流長度、河寬、河道平均高程、河道比降，借助ArcGIS中水文分析等工具，提取金沙江中游水系及流域分布，并結合衛星影像以及云南省、四川省分省地圖冊復核校正水系走向和名稱，得到金沙江中游水系共有一級支流152條（部分支流見表2），并提取各支流河道物理生境參數數據。流域特征涉及的流域面積數據基于支流提取結果計算獲得；植被覆蓋度、農業用地面積借助ArcGIS統計分析模塊疊加分析獲得；產水量利用生態系統服務和權衡的綜合評估模型（integrated valuation of ecosystem services and trade-offs，InVEST）（Vigerstol amp; Aukema，2011）產水計算模塊，將流域邊界、降水、蒸散發和下墊面條件輸入模型后完成2015―2020年年際產水量計算（吳一帆等，2020）。污染風險所涉及的氮磷等元素主要為流域農業活動所排放的面源污染，本研究基于農田分布空間數據，利用《第一次全國污染源普查——農業污染源肥料流失系數手冊》（國務院第一次全國污染源普查領導小組辦公室，2009）提供的南方山地丘陵區肥料流失系數，根據支流所在流域農業用地面積統計分析流域農業面源產生的總氮、總磷、硝態氮等指標流失量作為區域污染風險參數數據。

1.2.3" "指標標準化" "由于棲息地質量評價體系涉及多層指標且各指標量綱不同，在綜合評價前，需對各指標進行標準化處理。根據指標對棲息地生態環境保護的影響作用不同，本研究采取正向極值法和負向極值法2種方法對各指標進行標準化處理（王瓊等，2017），得到金沙江中游支流的各指標得分。

正向指標標準化：

[Yij=Xij?minXijmaxXij?min （Xij）] ①

負向指標標準化：

[Yij=maxXij?XijmaxXij?min （Xij）] ②

式中：[Yij]為各子流域第[i]年第[j]個標準化后的指標數值；[Xij]為第[i]年第[j]個指標原有數值；[max（Xij）]與[min （Xij）]分別為第[i]年第[j]個指標的最大值與最小值。

1.2.4" "生境質量評價方法" "本研究運用綜合評分方法，將標準化處理后的各指標進行加權求和，計算棲息地質量綜合評價得分（李沖等，2021），在此基礎上完成金沙江中游棲息地質量綜合評價，計算公式如下：

IRH[=i=1nWi×Yi]" ③

式中：IRH為棲息地評價綜合數值；[n]為指標個數；[Yi]為各個指標標準化的數值；[Wi]為各個指標的權重。

1.2.5" "評價標準與權重賦值" "本研究利用加權求和法計算得到棲息地評價綜合指數，指數位于0～1，越接近于1，棲息地質量越好；越接近于0，棲息地質量越差。參考陳淼等（2017）、An等（2002）、薩茹拉等（2019）研究采用的生境質量分級方法，將標準化后各指標數值和綜合評價數值均劃分為0～0.25、gt;0.25～0.5、gt;0.5～0.75、gt;0.75～1等4個等級，分別代表較差、一般、良好、優等，以此作為評價金沙江中游流域各支流生境狀況的標準，進而確定具有潛在棲息地保護價值的支流。利用層次分析法初步確定指標權重（楊宇，2006；山成菊等，2012；莫晶等，2021），結合專家打分法與流域實際生境情況調整并最終確定各指標權重，各項評價指標結果見表3。

1.3" "結果驗證

為驗證綜合評價體系結果的可靠性，2022年5月采用微觀尺度多指標綜合評價方法（楊青瑞等，2015；Yang et al，2018）對部分支流進行踏查驗證。選取了各個斷面河寬、水深、流速、植被覆蓋度、河流水量、土地利用類型、人類活動強度、總氮、總磷等指標對河流采樣與評估。由于微觀尺度驗證評價技術與綜合評價方法存在指標和研究尺度上的差異，因此在結果驗證中對比了2種評價結果的排名順序，探討綜合評價方法對支流棲息地質量與相對重要性的識別效果，驗證該評價指標體系的準確性和可信度。

2" "結果與分析

2.1" "各層面棲息地質量評價

2.1.1" "河道物理特征" "河道物理參數特征總權重為0.5，研究區內河流河道物理參數特征得分均值為0.108，各指標分級評價結果見圖2。流域內河流多為河長短、河寬窄的河流，河道平均高程較高，河道比降大，河道彎曲度大多小于1.3，即為順直河道。流域內河流河道平均高程均值約為1 813.1 m，河道比降均值約為13.24‰，在152條河流中有113條河流的河道平均高程處于優等或良好狀態，有125條河流的河道比降處于優等或良好狀態，占比均超過70%。而河流河道彎曲度、河流長度、河寬3個指標處于優等或良好等級的河流較少，僅有水洛河、落漏河、漾弓江、馬過河、河川河、羅都巴河等6條河流處于優或良好等級，其余河流中超過90%的河流河道彎曲度、河流長度、河寬3個指標均被評價為較差等級。

2.1.2" "流域特征" "流域特征總權重為0.2，研究區內河流所在流域特征得分均值0.110，各支流流域特征評價結果見圖3。因流域位于西南半濕潤地區，降水充足，氣候濕潤，多高山草甸分布使得該地區植被覆蓋度較高，支流流域特征良好。152條支流中有77條河流所在的流域植被覆蓋度超過了75%，有48條河流所在流域植被覆蓋度為50%～75%，總占比超過80%。由于年產水量主要受降水和下墊面條件的影響，且受降水控制明顯，因此金沙江中游流域年產水量整體比較豐富，年產水量為100～675 mm，均值為383 mm，其中處于優等和良好狀態的河流占比達55%。支流所在流域面積指標等級較差，處于較差等級的河流占比達98.7%，河口位于阿海庫區的水洛河是唯一一條指標為優等的河流，流域面積約16 170.6 km2，其次魚泡江、小中甸河和五郎河，雖處于較差等級，但面積相對較大，分別為4 972.4、3 255.5和2 582.6 km2。流域內農業用地面積共1 165.8 km2，有137條支流流域農業用地面積低于10 km2，占支流總數的90.1%，其中位于達旦河、漾弓江和魚泡江等流域的農業用地面積相對其他一級支流較多。

2.1.3" "污染風險" "污染風險總權重0.3，研究區內河流污染風險參數評價得分均值0.287，評價結果見圖4。金沙江中游河流污染排放較少，總氮、硝態氮、銨態氮、總磷、可溶性總磷5個指標處于優等的河流占比超過95%，表明該地區污染排放對棲息地質量影響小，這主要由于流域內農業用地面積較小，污染源排放量相對于平原地區較小，造成的污染也較小。

2.2" "棲息地質量綜合評價

采用綜合評價方法加權求和，金沙江中游棲息地質量綜合評價指數得分為0.27～0.82，均值0.51，支流綜合質量評價結果見表4。各棲息地質量等級介于一般和優等，其中有72條河流棲息地質量等級為一般，得分最低的5條河流依次為臨江箐、仁和溝、木花溝、小莊河、大深溝；79條河流棲息地質量等級為良好，占比52.0%；水洛河棲息地質量評價得分為0.82，是唯一一條棲息地質量等級為優等的河流（圖5）。根據棲息地質量評價結果發現，一般等級的河流主要位于金沙江中游上段，這些河流大多為河長較短、平均高程較高、比降大、水量小的小型一級支流，棲息地質量等級較好的河流大多為流域下段的支流，這些河流具有河長較長、流域面積大、水量豐富的特征。

2.3" "結果驗證

根據棲息地質量綜合評價結果，本研究選擇評價得分前50的河流進行踏查（圖6a），各支流踏查與綜合評價得分排名分別如圖6b和圖6c所示。踏查結果表明，水洛河、小中甸河、馬過河、漁泡江、漾弓江、萬馬河、塘壩河等支流踏查評價得分較高，而哈巴色吉河、平川河、仁和溝、羅馬廠箐、后山河、永興河等支流排名靠后。與綜合評價得分排名相比，2種方法整體排名趨勢較為一致，能夠較好地識別高保護價值河流棲息地。其中拉巴河、塔鮓河、永興河、納拉河等支流2種方法評價結果之間存在偏差，可能由于這些地區受交通限制僅在河口匯流處進行了調查，同時踏查評價選擇的水深、河流流速等指標，造成了不同評價方法結果差異，而哈巴色吉河、平川河等支流由于調查斷面位于村莊附近，受人類活動影響偏大導致2種方法評價結果存在偏差。

3" "討論

科學遴選適宜性好、可推廣性強的指標是河流棲息地評價體系構建的基礎。近年來國內許多學者基于國外河流生境評價方法對國內東北、西南、西北等地區的河流、水系、流域等進行了評價研究，其評價指標體系主要包括河岸穩定性、河道彎曲度、河岸植被覆蓋度、人類活動影響程度等指標。河道物理生境一定程度上影響著區域生物群落的結構、功能以及多樣性，河道濱岸生境作為流域重要組成部分提供了生物群落生存和物質能量交換的空間，而流域內污染排放則直接影響了區域生態環境質量狀況，因此從河道物理生境、流域特征、污染風險3個層面選取了河流長度、河寬、流域面積、農業用地面積以及氮磷污染排放等指標構建了綜合評價指標體系，將自然生境特征和人類干擾等多種因素均考慮在內，適宜于基礎資料匱乏的偏遠地區開展河流棲息地質量評價。

本研究構建了從流域全局評價到河道斷面驗證的評價體系，可以支撐流域內重要支流棲息地識別。以往很多研究采用模型模擬評估或指標評估，在大尺度應用和驗證上存在較大難度（鄭丙輝等，2007；易雨君等，2019）。本研究采用宏觀評價與斷面尺度踏查相結合的手段，首先從流域整體出發根據構建的評價指標體系采用分層面評價和綜合評價相結合的方法對金沙江中游河流進行生境評價，再選擇綜合評價指數較高的河流對其進行踏查與評價。對比綜合評價法與踏查評價結果，踏查河流的生境質量狀況排名與綜合評價結果排名具有一致性，2種評價結果的差異可能與踏查點位不足、人類活動輕度干擾以及2種評價方法指標差異有關。本研究也將評價結果與金沙江中游河段水電梯級開發規劃和梨園、魯地拉等水電站環評及相關批復文件中關于魚類棲息地踏查評價結果相對比，評價結果等級較高的水洛河、漾弓江、塘壩河、漁泡江等河流也被列為魚類棲息地重要保護支流。綜上所述，本研究構建的綜合評價體系結果與踏查結果可相互印證，說明綜合評價方法簡單可靠，能夠利用多源公開基礎數據完成金沙江中游潛在重要棲息地識別，相關結果對金沙江中游保護修復工作具有較強的指導意義，建立的指標和方法體系也可為其他流域棲息地評價工作提供參考基礎。

本研究構建的方法體系也存在一定的不確定性。基礎資料數據如DEM數據本身存在一定誤差，提取的水系與實際河流并不完全一致，尤其在地勢平緩地區，基于此獲取的河流長度、流域面積與農業用地面積存在誤差（徐新良等，2004）；由于偏遠地區資料匱乏，在確定指標權重時部分內容仍需要采用專家打分等方式開展，增加了評價結果的不確定性；在污染風險分析中，僅基于現狀考慮了農業面源污染風險，未考慮工業和城鎮生活污染源的影響；隨著社會經濟的發展，未來工業和城鎮生活可能對流域水環境帶來潛在風險；在污染風險層面也僅選擇了常規污染指標，對城鎮生活和工業活動污染指示指標考慮不足，可能對評價結果產生影響；進行產水量計算時，InVEST產水模塊僅考慮了年際數據，同時簡化的匯流過程不能反映年內地表徑流波動情況（魏培潔等，2022），尤其不能判斷是否存在年內季節性斷流等情況的發生。該方法在對棲息地質量表述上也有一定局限性，簡單的等級劃分只完成了相對重要支流棲息地保護價值的識別，而棲息地對魚類等水生生物的保護作用需要開展更為細致的產卵場、索餌場和越冬場等調查研究才能確定。因此，本研究建立的方法可完成資料匱乏地區的棲息地前期評價工作，未來仍需在重點支流開展水生態與水生生物詳細調查工作以支撐流域棲息地保護決策。

4" "結論

（1）本研究構建了由河道物理生境、流域特征、污染風險3個層面14個指標組成的棲息地質量評價指標體系。利用ArcGIS工具完成產匯流關系識別，并借助水文分析、疊加分析以及InVEST產流模塊等獲得各支流14個指標值，在完成綜合評價的同時依托現場踏查驗證，構建了金沙江中游河流棲息地評價方法體系。

（2）本研究通過綜合評價法對金沙江中游支流開展分層面評價與綜合評價，結果表明金沙江中游流域河流河道物理特征較差，支流所在流域特征一般，而污染風險參數特征良好。棲息地質量綜合得分為0.27～0.82，質量等級為良好和優等的河流包括水洛河、漁泡江、馬過河、漾弓江、塘壩河等共80條，其中水洛河是唯一一條生境質量評價為優等的河流。

（3）對評價等級為優等和良好的部分河流進行實地踏查，經對比，基于本評價體系識別的棲息地重要支流與環評文件、踏查結果具有較高一致性，評價方法體系科學可靠，且所需數據資料獲取方便，評價方法簡單、可操作性強、易于推廣，可為我國資料匱乏地區的河流棲息地質量評價提供參考。

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（責任編輯" "熊美華）

Development and Application of a River Habitat Evaluation System for Tributaries of the Middle Jinsha River

ZHAO Yanyan1， LI Chong1， LIANG Yuan2， CUI Lei3， CHENG Hongguang1，YIN Guodong3， TAN Ping2， GAO Fan3， ZHANG Hong4

（1. College of Water Science， Beijing Normal University， Beijing" "100875， P.R. China;

2. PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited， Chengdu" "611130， P.R. China;

3. China Renewable Energy Engineering Institute， Beijing" "100120， P.R. China;

4. Sichuan Energy Investment Panzhihua Hydropower Development Co.， Ltd.， Panzhihua" "617068， P.R. China）

Abstract：As important aquatic ecosystems， river habitats provide space for the reproduction and survival of aquatic organisms and support the material and energy cycles of water bodies. Habitat quality evaluation is an important tool for evaluating the functional level of river aquatic ecosystems， and can provide scientific information for ecological protection and restoration within watersheds. In this study， the middle Jinsha River was selected for research， and we explored the habitat status of its tributaries using the river habitat index （RHI） constructed for this study. The RHI was based on key protection and restoration objectives， and included 14 environmental indicators representing the physical habitat， watershed characteristics， and pollution risk. The weight of each indicator was determined using ArcGIS and the InVEST model and the total weight of parameters for physical habitat， watershed， and pollution risk were， respectively， 0.5， 0.2 and 0.3. The habitat quality of 152 tributaries in the middle Jinsha River was then evaluated using RHI and habitat quality was ranked （excellent， good， fair or bad） based on the RHI score. Finally， we conducted field surveys in selected tributaries using the comprehensive evaluation method to verify the results and reliability of the RHI. The average scores for river physical habitat， watershed characteristics， and pollution risk for tributaries in the middle reaches of Jinsha River were 0.108， 0.110 and 0.287， respectively， low for physical habitat and high for pollution risk. The comprehensive evaluation scores of habitat quality were in the range of 0.27-0.82， with an average value of 0.505. Among the 152 tributaries， a habitat quality grade for 72 rivers （47.3%） was fair， 79 rivers was good， and only 1 river was excellent. The tributaries with habitat quality of top 50 in the middle Jinsha River were selected for verification by field survey using the comprehensive evaluation method， and the results were consistent with the ranking by the RHI， indicating that it is effective for habitat evaluation and identification of critical habitat. In conclusion， the data required for the RHI developed in this study are easily obtained， and the method is simple and efficient. It is suitable for the evaluation of habitat quality in the middle reaches of the Jinsha River and can provide reference and support for habitat evaluation in other basins.

Key words： river habitat; index system; habitat quality evaluation; tributaries of the middle Jinsha River

基金項目：國家自然科學基金項目（42271023）。

作者簡介：趙彥顏，1999年生，女，碩士研究生，專業方向為流域生態水文學。E-mail：zhaoyanyan2021@mail.bnu.edu.cn

通信作者：殷國棟，男，博士。E-mail：adamicc@hotmail.com