基于“盆水”二元河流健康動態評價方法研究

張振宇，秦玉峰，宋學功

（1.山東黃河河務局山東黃河職工培訓中心，山東 濟南 250001；2.禹城市水利局，山東 禹城 251200；3.山東省調水工程運行維護中心壽光管理站，山東 壽光 262700）

目前，各國在河流健康管理等方面做出了諸多研究和貢獻，河流健康評價作為河流健康管理的重要內容，其技術研究與應用已在國內外取得豐富實踐成果。

我國河流健康評價開展較晚，雖有一定研究成果，但相比于起步早、法律和體系完備的國外仍處在探索階段。2002年唐濤[1]首次將河流健康概念引入國內，并從評價原理上將河流健康評價方法分為預測模型方法和多指標方法，之后眾多國內學者[2-4]從河流生態系統健康的概念內涵、評價方法指標和模型等開展了相關研究。水利部自2010年起先后在7個流域開展了36個河（湖、庫）的健康評估試點，在此基礎上，形成了一套科學的河湖健康評估指標與標準[5]。2020年8月，在已有工作和最新研究成果基礎上，水利部河長辦印發《河湖健康評價指南（試行）》（簡稱《指南》），進一步豐富和完善了評價指標體系和評價方法，標志著我國河流健康評價工作進入了“新時代”。

我國江河湖泊眾多、水系發達，地域差異大。河流時空差異性導致了河流健康評價時指標選取的靈活性，而這種靈活性不利于河（湖）長的統一量化考核，且指標選取涵蓋了物理、化學、生物及社會服務功能等多方面，更側重對河流生態系統的健康評價，這勢必增大了指標獲取難度，提高了指標獲取成本。另一方面，基于年為評價周期的河流健康評價，難以滿足變化環境下對河流健康規律的掌握。鑒于此，本文從河流基本定義出發，以河流視角探索性的構建了以“盆水”二元為核心的河流健康評價指標，并首次提出SLC動態評價方法，以實現河流按季度、月、旬為周期的健康評價。

1 河流健康內涵與評價目標

1.1 河流定義

本文河流的定義為“盛水的盆”（簡稱“盆”）和“盆中的水”（簡稱“水”）在氣候和地質條件下有機耦合的互相作用、互相制約的匯水產物，具有自然生命屬性和系統屬性。

河流自然生命屬性，即河流具有誕生、發展演化和消亡階段。各生命階段的時間長度因河而異，受地質和氣候條件的制約，人類及水生動植物等行為活動對河流生命進程的快慢有一定作用。河流作為河流系統的主體具有系統屬性。從流域范圍來看，河流系統作為整體參與了自然—社會二元水循環過程。盆、水為河流系統的必備要素，兩者不同結構決定了河流系統所提供的不同的功能和服務。在自然水循環中有生態功能，撫養著水陸生態系統，在社會水循環中有資源功能、環境功能、經濟功能和服務功能。可以認為，河流功能是河流在生命周期內處于健康狀態下的有利作用，在非健康狀態下，其功能會削弱、退化，甚至引起河流的消亡。

1.2 河流健康內涵

河流健康一詞不僅便于公眾理解與接受，更能促使公眾對河流問題的關注，喚起公眾對河流保護的意識[6]。而對于河流健康內涵，不同學者存在不同見解[7]，但學者們已經意識到人水和諧是維持河流健康，促進經濟社會可持續發展的關鍵。

本文河流健康內涵指河流自身具有強連通性的盆以及持續優質的水，并在內部系統與外部環境系統的互動下達到一種正向動態平衡狀態，在這種狀態下持續發揮多元功能。此內涵以河流自身為出發點，將生物（包括人類）看作是河流撫養或服務的對象，而不當的生物行為活動及外部惡劣自然環境（暴雨、高溫等）會反作用于河流，破壞河流的盆和水，打破河流系統內外平衡，進而使河流功能退化或使河流生命健康受威脅。

1.3 河流健康評價目標

類比人類身和心的健康，河流的盆和水應作為河流健康評價的核心對象。通過指標評估環境不利變化、生物負面活動行為等對河流盆水二元結構的影響程度，掌握河流健康動態變化規律，探尋河流失衡臨界點，并分析導致河流健康問題的原因，最終通過發揮人類主觀能動性達到人水和諧的哲學境界。

2 “盆水”二元河流健康動態評價方法

2.1 評價指標

在本文河流定義及河流健康內涵的基礎上，參照文獻資料、《河湖健康評價指南（試行）》和《河湖健康評估技術導則》（SL/T 793-2020），遵循科學性、可操作性及數據易獲取原則，提出了基于“盆水”二元的河流健康評價指標（見表1）。其中，目標層為河流健康，是河流健康狀況的綜合反映。準則層為組成河流的盆和水，亞準則層為盆、水的延伸擴展，分別包括盆的連通性、盆的穩定性、水資源質量與水中物質（簡稱“水質”）和水量。

表1 河流健康評價指標

2.2 評價指標數據的獲取

評價指標可作為必選指標適用于河流健康評價，各指標的數據統計或計算內容、獲取方式和參考規范或依據如表2所示。評價河流的河段劃分，應依據各指標的規范要求、河長制任務、實際情況進行劃分。

表2 各指標數據獲取

2.3 SLC動態評價方法

LEC（作業條件危險分析法），由美國安全專家K.J.格雷厄姆和K.F.金尼提出，是對具有潛在危險性作業環境中的危險源進行半定量的安全評價方法。而SLC評價法借鑒并改進了LEC評價法，實現對評價河流變化周期的動態評價。該方法用與指標健康情況有關的三種因素值的乘積H（Health）值來評價相應指標的健康情況，再由指標健康數量劃分河流健康等級。指標的健康性H值計算公式如下

式中：S（Scale）為各指標對河流生命或功能具有破壞的方面在時間、長度、面積等維度的規模；L（Likelihood）為指標對河流生命或功能造成破壞得可能程度或頻次；C（Criticality）為指標對河流生命或功能造成破壞得后果。

評價時，先根據表2指標的統計或計算內容評估各指標的規模性S值見表3，在指標規模性S基礎上，結合實際情況判斷評價期內指標的可能性L和后果性C的分值（見表4），再計算各指標健康性H值（見表5），根據指標健康狀況及數量確定河流健康等級。

表3 各指標的規模性S賦分標準

表4 指標可能性L與后果性C的賦分標準

表5 指標健康性H值與河流健康等級分類表

若評價河流分段評價某項指標，應先計算各評價河段的該指標的健康值Hi，再按河段長度進行加權計算評價河流的最終H值。計算公式如下

式中：n為評價某指標時河流分段數；Hi為第i段評價河流的指標H值；X為評價河流總長度，km；Xi為第i段評價河流的長度，km。

假設一條長20 km的河流，在采用SLC法進行健康評價后，其河流健康評價的指標評價結果如圖1所示，數字代表各指標中各評價河段的H值，線型圖案代表評價河段的健康狀況。

圖1各指標整體結果反應出該河流上游部分整體非常健康，而下游部分偏向不健康狀態，后續的河流管理工作應偏重中下游河段，同時C5指標在河流10~15 km處為劣汰（點線80%），說明此處岸坡水土流失嚴重，需及時加固處理。由圖1可知，C1指標根據評價需求將河流劃分為3段，各段H值分別為：1（0~5 km）、240（5~15 km）和90（15~20 km），各段健康狀況分別為非常健康（點線10%）、不健康（波浪線）和亞健康（豎條），因此5~15 km處的河流健康狀況值得關注。根據公式2，C1指標最終H值為H=142.75，該河流的C1指標整體處于亞健康狀態（豎條）。其他指標的河段劃分及健康狀況類似，經公式（2）計算，各指標最終評價結果如圖2，數字代表各指標的H值，線型圖案代表該指標的健康狀況。

圖1 各指標評價結果

圖2 各指標最終評價結果

由圖2可知，該河流處于非常健康（點線10%）狀態的指標共有4個（C3/C6/C11/C12），處于健康（下對角線）狀態的指標有1個（C10），處于亞健康（豎條）的 指標共有6個（C1/C2/C4/C5/C7/C8），處于不健康（波浪線）狀態的只有1個（C9），由表5可知，該河流為三類河流。

結合圖1和圖2各指標健康狀態，可以看出：一是圖1中各指標不健康（波浪線）狀態越多，其指標（圖2）最終結果越偏向于亞健康狀態（豎條），兩者呈正相關；二是即使圖2 C5指標整體處于亞健康（豎條）狀態，但該指標在局部河段（圖1 10~15 km）中仍處于劣汰（點線80%）狀態，說明河流分段評價有利于局部問題的發現。

3 結語

相對歐美發達國家，我國河流健康評價工作在基礎數據完善、評價體系研究、評價方法改善等方面仍有較大提升空間。河流系統是復雜系統，其健康狀況時空差異大，且受氣候、地質條件和生物行為等的制約和影響。本文提出的動態評價方法為完善河流健康評價技術體系提供新思路，該方法尚在理論階段，在指標選取、取值劃分、評價方法實施等方面需要通過試點評價工作予以改進完善，以期為科學辨識河流問題、探尋河流內外系統失衡臨界點和掌握變化環境下河流健康變化規律提供有力技術工具。