甘肅省黑河中游段河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價

王 娟，牛曉宇，孫亞玲

（甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心,甘肅 蘭州 730000）

澳大利亞、美國、英國等許多國家對于河流的健康評價,建立了相對成熟的調(diào)查方法與評價體系,我國也于2010年提出了《河流健康評估指標、標準與方法（試點工作用）》[1-2],用于指導全國河流健康評價試點工作,為我國河流健康評價提供重要參考[3]。河流健康評價的方法繁多,但是從評價理論上講主要分為兩大類,一類是預測模型,另一類是多指標統(tǒng)計分析[4],兩種方法相比,前者主要通過單一物種的變化對河流健康狀況進行比較評價,且河流的任何變化都需反映到這一物種的變化上。如果河流的健康狀況受到破壞,但并未體現(xiàn)到這一物種的變化上,就無法反應河流健康的真實狀況,而采用綜合指標評價,則可以避免。因此本文從河流的水文水資源、物理形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物和社會服務功能五個方面對甘肅省黑河中游進行調(diào)查評估,再從每個方面選取相對重要的指標,采用模糊數(shù)學與層次分析方法相結合的分析方法進行健康評估[5],進而確定其不健康的主要表征,調(diào)查導致不健康的原因,提出修復與保護的建議,保障黑河中游水生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

黑河流經(jīng)青海省北部祁連山區(qū)、甘肅省河西走廊和內(nèi)蒙古自治區(qū)西部阿拉善各地,流經(jīng)范圍介于東經(jīng)98°～102°、北緯37°50'～42°40'之間。黑河干流以鶯落峽和正義峽為界,劃分為上中下游,正義峽以上為中游,河道長204 km。

2 研究方法

2.1 評估指標體系的構建

黑河中游段河流健康評估指標體系采用目標層、準則層和指標層3級體系,其中目標層是反映河流健康狀況的總體水平；準則層是從不同方面反映河流健康狀況的屬性和整體水平；指標層是根據(jù)上述原則選取17個指標組成,定量為主,定性為輔。

表1 黑河健康評價指標體系表

2.2 黑河評價指標權重的確定方法

2.2.1 層次分析法

層次分析法是由美國著名的運籌學專家Saaty 首先提出的,它合理的將定性與定量的決策結合起來,按照決策者的思維和心理的規(guī)律將決策的整個過程展現(xiàn)出來。按照層次分析的步驟首先確定層次結構,將指標進行兩兩比較建立判斷矩陣,通常使用9表度法。構造的判斷矩陣應該具有一致性,因此所有指標構建的判斷矩陣都要進行一致性檢驗,只有一致性矩陣,其最大特征值所對應的特征向量歸一化之后可以代表指標的排序權重。

（1）構造判斷矩陣

設所要構造的判斷矩陣為A=（aij）,其中元素aij的設定,根據(jù)下表所示的9標度法確定兩兩指標重要性。

表2 9度表法

（2）根據(jù)判斷矩陣來計算特征值和特征向量

（3）一致性檢驗

表3 一致性指標

表4 河流健康評估分級表

2.2.2 熵權法

熵權法是一種客觀的賦權方法,再具體使用的過程中,根據(jù)各指標的數(shù)據(jù)分散性,利用信息熵計算出各個指標的熵權,再根據(jù)各指標對熵權進行修正,就可得到較為客觀的指標權重。

（1）根據(jù)指標體系構造水平矩陣：R=（rij）

（2）對水平矩陣R進行歸一化處理,同質(zhì)指標采用公式（1）處理,已知指標采用公式（2）：

（3）計算每個指標的熵值Hj：

（4）計算每個指標的熵權Wj：

（5）計算各個指標的權重：

2.2.3 綜合權重的確定

綜合權重的確定運用簡單加權求和,主觀賦權法和客觀賦權法各占50%,利用公式：qi=0.5xi+0.5 Wi計算,進而得到綜合權重。

2.3 評價指標綜合評分標準

河流健康評估采用分級指標評分法,逐級加權,綜合評分。河流健康分為5級（表4）：理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態(tài),河湖健康等級,類型,顏色代碼見表4。

綜合健康指數(shù)計算公式為：

式中：Sij為綜合健康指數(shù)；aij為標準化后的各指標數(shù)值；qi為評價指標的權重。

3 結果與分析

3.1 水文水資源評估分析

水文水資源狀況評價為理想狀態(tài)。本準則層包括徑流年際變差傾向率和生態(tài)流量兩個評價指標,評估河段選取的代表站為鶯落峽站和高崖站,徑流年際變差傾向率分別為0.0041、0.0038,表明黑河張掖鶯落峽—正義峽段徑流呈逐年上升趨勢,利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善。生態(tài)流量指標中,鶯落峽段和高崖段均為汛期大于非汛期,總體生態(tài)流量滿足程度好。

3.2 物理形態(tài)評估分析

物理形態(tài)狀況評價為健康。分析結果表明評估河段河流形態(tài)基本處于穩(wěn)定狀態(tài),岸線植被覆蓋屬于高密度覆蓋,岸坡植被覆蓋度為鄰近基本穩(wěn)定,岸坡傾角屬于穩(wěn)定,岸坡高度變化介于次不穩(wěn)定和基本穩(wěn)定之間,河岸基質(zhì)屬于次不穩(wěn)定,河道屬于中度沖刷,綜合分析河岸穩(wěn)定性介于次不穩(wěn)定和基本穩(wěn)定之間。河岸帶寬度指數(shù)為本次評估新增指標,評估結果接近河岸帶寬度適中。評估河段影響河流連通性的水利設施均無過魚設施,影響了魚類的洄游、繁殖及索餌,限制了魚類生存空間。因無濕地的最新遙感解譯數(shù)據(jù),從更新的水域面積可以看出,2015年后黑河甘肅境內(nèi)水域面積出現(xiàn)大幅增長,間接反映出評估段天然濕地保留率也在逐年增長。2019年全國污染源普查數(shù)據(jù)顯示,評估河段入河排污口規(guī)范化建設率差,布局合理程度中等。通過梳理2020年水利部河長制督查暗訪問題清單中的“四亂”問題,雖然2020年12月底均已清零,但違規(guī)開發(fā)利用水域岸線程度仍然處于較高狀態(tài)。

3.3 水質(zhì)評估分析

水質(zhì)狀況處于理想狀態(tài)。水體自凈能力賦分100分,說明評估河段水體自凈能力好。

3.4 水生生物分析評估

水生生物狀況評價為健康狀態(tài)。魚類保有指數(shù)較低,底棲生物、浮游植物和浮游動物的多樣性指數(shù)均與2015年調(diào)查分析結果接近,表明近5年內(nèi)沒有明顯變化,可以確定生物狀況良好。綜合以上黑河水體生物多樣性的豐富性,生物狀況良好。

3.5 社會服務功能分析評估

社會服務功能狀況評價為理想狀態(tài)。通過分析2020年甘肅省生態(tài)環(huán)保廳提供的水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測代表斷面的監(jiān)測成果,評估河段內(nèi)水功能區(qū)水質(zhì)達標率為理想狀態(tài)。依據(jù)2020年《甘肅省水資源公報》數(shù)據(jù),評估河段水資源開發(fā)利用狀況比較合理。根據(jù)2020年水利廳統(tǒng)計的已治理的城防段及農(nóng)防段的規(guī)劃標準及數(shù)據(jù),評估河段防洪指標均達標。公眾滿意度指標為本次評估新增指標,采用問卷調(diào)查的測評方式,調(diào)查對象為評估河段沿線城鎮(zhèn)生活居民及水利系統(tǒng)相關從業(yè)人員,調(diào)查結果為滿意。

3.6 綜合評估結論

從河流的水文水資源、物理形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物、社會服務功能五個方面對黑河中游段河流健康情況進行全面評估,黑河中游段河流健康綜合賦分為83.4分,為理想狀況。賦分結果見表5。

表5 黑河張掖鶯落峽—正義峽段健康賦分結果

4 存在問題

4.1 河流縱向連通性差

本次評價河段為黑河張掖鶯落峽至正義峽,在204 km的評估河段內(nèi)共有兩個影響河流連通性的設施,分別為龍首一級電站和黑河草灘莊水閘樞紐進水閘。按照評估方法每百公里有多少個阻隔設施來算,河流縱向連通指數(shù)偏低,為20.8。若是評估整條黑河干流,則河流縱向連通指數(shù)將升高,影響黑河干流連通阻隔的水利工程只有這兩處。

4.2 魚類保有指數(shù)偏低

通過監(jiān)測及調(diào)查,對比歷史資料分析顯示,2015年的魚類保有指數(shù)為65%,2020年的為52.2%,魚類保有指數(shù)相比上一個評價年略有下降,可能與黑河干流連通性有關,進而影響魚類的洄游、繁殖及索餌,限制了魚類的生殖環(huán)境（產(chǎn)卵場）有關。

5 建議

5.1 逐步開展水生態(tài)修復工作

水利工程對河道的阻隔明顯,影響河流的縱向連通性,進而影響魚類的洄游、繁殖。建議新修的水利工程中加修魚道,保障魚類的生存空間,保持黑河水生生物多樣性,遏制魚類資源退化。

5.2 加強水生態(tài)監(jiān)測,建立完整的水生態(tài)網(wǎng)絡體系

水生態(tài)監(jiān)測是做好河湖生態(tài)流量保障、水利工程過魚設施設計與建設、供水保障等水利工作的先決條件,也是研究摸清自然生態(tài)水文規(guī)律,實現(xiàn)系統(tǒng)思維管水治水,做好新發(fā)展階段水利工作的重要支撐。水利部多次要求開展水生態(tài)監(jiān)測,目前甘肅省農(nóng)業(yè)及其他部門均未開展此類監(jiān)測,水生態(tài)監(jiān)測體系不完善。建議加強水生態(tài)監(jiān)測,建立完整的水生態(tài)網(wǎng)絡體系。

5.3 加大宣傳教育力度鼓勵公眾參與河流健康保護

加強健康河流保護的宣傳工作,努力提高民眾的生態(tài)保護意識。保障人民群眾對河流健康評估的知情權、參與權、表達權和監(jiān)督權,充分調(diào)動全民積極性,在全社會形成一個保護河流環(huán)境、節(jié)約水資源的良好風氣。