漢江漢中平川段河流健康評價研究

曹永翔,寇曉梅,周明濤

(1中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065 ；2.陜西省“四主體一聯合”河湖生態系統保護與修復校企聯合研究中心,西安 710048 ；3.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002)

0 前 言

河流健康概念起源于20世紀80年代后期，國外普遍認為，從生態系統層面出發，一個健康的生態系統應該是穩定和可持續的，即生態系統隨著時間進程有活力而且能維持其組織及自主性，受外界脅迫后容易恢復。國內以董哲仁[1]為代表的學者認為，河流健康評價是一種實施生態管理的有用工具，并與國內學者吳阿娜、劉昌明、楊文慧等將河流健康重新定義為河流健康是河流生態系統的一種狀態，在這種狀態下，河流系統能夠維持其系統結構完整性，充分發揮其自然生態功能，并滿足人類社會合理需求，提供相應的社會服務功能[2-4]。

2012年國務院印發的“關于實行最嚴格水資源管理制度的意見(國發〔2012〕3號)”要求定期開展河湖健康評估工作[5]。在當前水利發展新階段，堅持以“十六字”治水思路為指導，推動水利高質量發展，保持河流健康無疑應該擺在重要的位置。漢江漢中平川段是南水北調中線工程和陜西省引漢濟渭工程水源地，隨著區域經濟的快速發展和城市化進程的加快，水生態系統受到一定程度的脅迫。本文針對漢江漢中平川段，采用層次分析法，從河流的生物、化學以及形態特征等方面逐級加權，構建河流健康綜合指數，分析評價漢江河流健康狀況，為建設“水清岸綠、生態健康、自然優美、人水和諧”的幸福漢江提供科學的依據。

1 項目區概況

漢江平川段西起勉縣武侯鎮，東至洋縣小峽口，干流長約119.5 km，流域面積1.42萬km2，沿線主要匯入支流有27條，主要包括褒河、漾家河、堰河、濂水河、冷水河、湑水河、酉水河等。漢江在此段河谷開闊，地勢平坦，東西狹長呈橢圓狀，發育有寬廣的沖積漫灘和I級～Ⅳ級階地，屬平原次穩定河段。漢江平川段地處華中北亞熱帶濕潤季風氣候區，受地形條件影響，形成了獨特的秦巴山區氣候特征，氣候具有溫暖濕潤，夏無酷熱，冬無嚴寒，雨熱同季的特點。

區域植被具有植物種類繁多、區系成份復雜、植被類型多樣和垂直結構明顯等特點。其中秦嶺南坡山地隨海拔升高一般可分為混有常綠落葉樹種的落葉闊葉林帶、針葉-落葉闊葉混交林帶、樺木林帶、冷杉林帶和落葉松林帶。漢江谷地植被幾乎全為農田或荒坡，農作物以水稻、小麥、油菜為主，其次為薯類、豆類、花生等。

2 數據與方法

2.1 研究數據

調查內容通過收集資料、現場踏勘量測、與專家座談及利用遙感影像對比分析相結合的方法進行，同時針對河段突出問題開展典型調查和重點調查。河流生境形態現狀利用遙感衛片解譯，結合資料收集分析獲得。水質現狀收集了漢中平川段干流2014年勉縣梁西渡、城固南柳渡和洋縣蒙家渡3個斷面的水質監測資料及褒河、濂水河、冷水河、湑水河、漾家河、堰河、文川河和南沙河等支流設置的8個斷面的水質監測資料，通過監測數據分析該河段的水質狀況。水生生物現狀利用中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司聯合西安理工大學及陜西省動物研究所在漢江勉縣武侯鎮至洋縣小峽口河段的調查結果。漢江平川段水系及水質調查點分布見圖1。

圖1 漢江平川段水系及水質調查點分布

2.2 河段健康評價方法

借鑒國外河流健康評價標準及國家水環境質量標準，結合調查河段河流環境特征，采用層次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)，從河流的生物、化學以及形態特征等方面對河流健康狀況進行逐級加權，構建河流健康綜合指數，對漢江漢中平川段河流健康進行評價。該類方法能夠較為客觀全面的反映河流健康狀況，缺點在于評價標準較難確定[6]。

2.3 河流健康評價的標準確定

河流健康的評價需要選取一個基準狀態作為參照，不同研究者的研究角度不同，對參照狀態認識也存在差異，總體上將參照狀況分為最小干擾狀態(MDC)、歷史狀態(HC)、最低干擾狀態(LDC)或者是可達到的最佳狀態(BAC)4種類型。

由于河流健康標準是一個人類標準，對河流健康的理解不同，其健康標準也會不一樣[7]。其中最小干擾狀態(MDC)理解為基本不受人為活動干擾的狀態，在目前人類活動高度發達的情況下，這個狀態幾乎不存在。歷史狀態(HC)是過去某一時段的狀態，受限于資料數據的完整性和獲取難度，適應性不高。最低干擾狀態(LDC)為選取研究河流相對干擾程度小的河段作為基準，采用現有數據，具有較好的適應性。可達到的最佳狀態(BAC)為經過技術和管理手段治理后所能達到的最好狀態，帶有預測和期望性質，也具有較強的可操作性。

本研究采用最低干擾狀態(LDC)作為基準狀態，漢江漢中平川段漢惠渠上游約3.0 km范圍為漢江漢中平川段的上游，人為干擾少，因此把該河段作為參照狀態，將評價河段指標值與該段相應指標進行比較，開展健康評價。

2.4 表征因子識別

健康評價體系分為3個層次，最高級為河流健康綜合指數，反映河流健康的總體狀況，分為水文、形態、河岸帶緩沖區、水體理化性質以及水生生物5個一級指標，再下面細化為20個二級指標。

給各項指標賦以相應的權重，各項指標權重反映了各指標在綜合評判過程中所占的地位或所起的作用，直接影響評價的結果。根據李鳳清[8]等人的研究，定權選用系統工程理論中廣泛使用的層次分析法，對健康評價指標體系中的指標賦以權重，河流健康評價指標詳見表1。

表1 河流健康評價指標及權重表

2.5 評價指標確定及賦值

本次評價過程對比評價指標與參照河段的差值，越接近參照河段得分越高，健康狀況越好。

2.5.1水文指標

河流水文指標分為水流速度、河流流量和水利工程干擾3個指標，綜合反映河流的氣候特征、地表覆蓋特征及受人工水利設施的干擾程度。水文指標的賦分詳見表2。

表2 河流水文指標賦分表

漢江干流漢中平川段水流流速在0.3～4.07 m3/s,河道沿線流速隨河床形態變化；河道水面覆蓋受沿線閘壩工程攔擋、河道采砂堆積影響年內變化較大，水面覆蓋率75%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響。漢江漢中平川段沿線各支流，由于從河源至河口途徑山地、丘陵以及平原地帶，受地形地貌及河床比降影響，流速不均；漾家河、褒河、湑水河等流域面積在100 km2以上的支流受水利水電工程調度影響，年內水量變化較頻繁，水面覆蓋率75%～99%。其余較小支流受水利工程調度影響不大，水流流速及水量變化均不大。

2.5.2河流形態指標

河流形態指標分為河道底質、蜿蜒度、河道改變程度、河岸結構、河岸穩定程度和河床穩定程度6項指標，反映了河流地貌形態發展變化情況。形態指標的賦分詳見表3。

表3 河流形態指標賦分表

漢江漢中平川段河床為沙質河床，河床底質多由原生基巖、亂石或卵石組成。河流彎曲率為1.19，屬順直微彎河道；河段河床平均比降0.85‰(勉縣段1.0‰，漢中段0.8‰，城固段0.55‰，洋縣段0.5‰)，河道呈寬淺狀，水流平緩，由于該段河道以淤積為主，河道內形成許多微地貌形態，如沙洲和江心洲等發育。漢江干流漢中平川段隨著大部分堤防及河道整治工程的實施，使河道的主流歸順，橫向侵蝕減弱，河道橫向變形受控，侵蝕較小，除城固縣的史家灘、巨家灘和江灣灘展寬幅度較大以外，河床的平面形狀基本上是穩定的。

2.5.3河岸帶緩沖區指標

河岸帶緩沖區指標分為河岸帶寬度、植被覆蓋度、生境類型3個指標，河岸帶緩沖區是河流水域與陸地物質、能量交換的過渡區域，具有顯著的邊緣效應，反映了水陸兩域的健康情況。河岸帶緩沖區指標的賦分詳見表4。

表4 河岸帶指標賦分表

漢江干流漢中平川段及沿線支流河岸帶緩沖區平均寬度大于1倍河寬，緩沖區植被覆蓋度60%～80%，植被種類較多，達4～6種，緩沖區生境類型主要為灌木、灌叢及未利用地。

2.5.4水體理化性質指標

水體理化性質指標采用總氮、氨氮、總磷、溶解氧和化學需氧量5項指標，反映水體的水質情況。依據GB 3838-2002《地表水環境質量標準》，將Ⅰ、Ⅱ類水賦分值為4分，Ⅲ類水賦分值為3分，Ⅳ類水賦分值為2分，Ⅴ類水賦分值為1分，劣Ⅴ類水賦分值為0分。水體理化指標的賦分詳見表5。

表5 水體理化指標的賦分表

結合現場踏勘及收集的水質監測資料分析，除小河、尖山溝和濂水河水質較差外，漢江干流漢中平川段及沿線支流水質總體良好，溶解氧指標總體達到Ⅰ類水標準，總氮、總磷和化學需氧量指標總體達到Ⅱ類水標準，氨氮指標總體達到Ⅲ類水標準。

2.5.5水生生物指標

水生生物指標分為物種多樣性、豐富度和均勻度3個指標。大型底棲無脊椎動物的群落特征對于反映河流的污染程度有較好的指示性，因此利用大型底棲無脊椎動物的生物多樣性指數、物種豐富度指數和均勻度指數來評價，其中生物多樣性指數采用的是Shannon-Wiener生物多樣性指數，水生生物指標賦分詳見表6。

表6 水生生物的賦分表

除堰溝河和文川河古道因下游河道斷流，水生生物量少外，漢江干流漢中平川段及沿線支流大型底棲動物種類較多，生物多樣性較高，水中浮游植物多達188種，底棲動物由節肢動物門、軟體動物門、環節動物門、扁形動物門等組成。

3 結果與分析

河流健康評價采取二級指標評分、一級指標評分和河流健康綜合評分3個層次依次獲得。首先確定二級指標得分，二級指標得分與各自權重加權獲得一級指標評分，5個一級指標評分之和作為河流健康綜合評分，按照分值共劃分為0～49、50～69、70～89、90～100四個等級，對應河流健康狀況為病態、不健康、亞健康和健康。漢江干流平川段及支流健康評價指數分值見圖2。

圖2 漢江干流平川段及支流健康評價指數分值

河流水文指標中，漢江干流漢中平川段各斷面流速不均，河道沿線流速隨河床形態變化,河道水面覆蓋率55%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響，該項指標健康狀況良好。河流形態指標中，由于河段河床基本均為沙質河床，河道砂卵石以2～156 mm為主，河道兩岸大部分已采用建筑材料防護，河岸穩定，有少量區域存在明顯侵蝕；漢江干流因采砂、修筑水庫等活動均存在挖深河道等現象，破壞河流形態，但河床總體穩定，存在一定的退化現象。河岸帶指標中，漢江干流絕大部分區域河岸帶緩沖區寬度較寬，植被類型以多種類灌草混生為主，局部分布較大面積的喬木林帶，植被覆蓋度達到60%～80%。水體理化指標中，2014年監測數據分析顯示，雖然各監測斷面水質指標都能滿足水功能區劃要求的水質標準，但部分河段尤其是支流仍有生活污水和工業廢水未經處理直接排放或處理不達標排放，直接影響局部河段水質為Ⅴ類水或劣Ⅴ類水。水生生物指標中，河段生物多樣性指數>3，物種豐富度>80，物種均勻度在60%～80%。

對各項指標賦值加權得到各河流的健康綜合評分，干流平川段及其沿線27條主要支流中，大部分河流處于健康狀態，漢江干流、堰溝河、濂水河、汶川河古道河健康現狀為亞健康狀態。漢江干流漢中平川段健康綜合指數88分，呈亞健康狀態，需采取一定的生態修復措施恢復到相對健康狀態。

4 結 論

(1) 采用分級指標評分法，構建河流健康綜合指數對漢江漢中平川段河流健康進行評價，河流水文指標、河岸帶緩沖區指標和水生生物指標相對較好，基本處于健康狀態。

(2) 評價指標中的河流形態指標處于呈亞健康狀態，部分河流水體理化性質指標處于不健康水平。

(3) 河流健康綜合評分88分，整個平川段河流總體呈亞健康狀態。

漢江作為漢中人民的母親河，在改善人民生活環境質量，美化城區環境，維護漢中市經濟發展和社會穩定等方面具有不可替代的作用，需要根據健康評價結果，科學開展生態修復建設，讓漢江保持生態活力，成為造福人民的幸福河。