河流水環(huán)境健康評價研究與展望

杜東，余輝，李中強，牛勇，3，胡洋

（1.湖北大學資源環(huán)境學院，武漢 430062；2.中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地，北京 100012；3.華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院，武漢 430072）

河流水環(huán)境健康評價研究與展望

杜東1，2，余輝2，李中強1，牛勇2，3，胡洋1，2

（1.湖北大學資源環(huán)境學院，武漢 430062；2.中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地，北京 100012；3.華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院，武漢 430072）

隨著人口的急劇增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的蓬勃發(fā)展，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康受到嚴重威脅，人類開始對各種自然因素和人為因素對河流健康所造成的影響給予高度重視，并期待能擬定更合適的理論體系對這些影響進行科學評價。通過文獻綜述，介紹了河流健康的內(nèi)涵，針對河流健康發(fā)展所要解決的主要問題，分析了目前河流健康的評價標準、評價方法、評價指標體系的優(yōu)缺點。并根據(jù)目前河流健康評價研究領域的狀況，指出了在評價過程中所存在的問題，并展望河流健康評價工作在未來發(fā)展的趨勢。

河流；健康評價；標準；方法；指標體系

河流生態(tài)系統(tǒng)是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一［1］。作為一種自然生態(tài)系統(tǒng)，河流生態(tài)系統(tǒng)具有自我維持、自我調(diào)控的功能，對外界的干擾具有一定的恢復能力，如營養(yǎng)鹽及污染物在河流中得以遷移稀釋和降解，使污染水體得到凈化［2］。但是，隨著人口的急劇增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的蓬勃發(fā)展，使大量的點源和面源污染物處理不達標或者未經(jīng)處理就直接排入河流，導致排污量超過了河流的自凈能力，河流水質(zhì)達不到水質(zhì)功能區(qū)的要求，嚴重威脅了河流生態(tài)系統(tǒng)健康。使得河流應有的自然功能、社會功能、生態(tài)功能受到影響，河流水環(huán)境健康問題已經(jīng)成為世界各國政府及相關學術團體廣泛關注的焦點［3］。

對于河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究，一些發(fā)達國家都結(jié)合自身區(qū)域狀況，根據(jù)不同河流的特點，建立設計了能滿足其特定目標的河流健康狀況評價方法，并從綜合和系統(tǒng)的角度評判河流健康狀況，現(xiàn)已經(jīng)成為河流保護與管理的國際趨勢［4］。

國內(nèi)近年來已經(jīng)開始關注河流生態(tài)系統(tǒng)健康，在概念、評價方法、生態(tài)修復、評價體系等理論方面進行有益的嘗試，但尚未形成完善的理論框架和方法體系，導致我國目前河流生態(tài)系統(tǒng)保護工作缺乏科學性的指導。河流水環(huán)境健康狀況的評價不僅是對流域生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的客觀描述和評估，需要結(jié)合我國的實際國情和流域的基本特征，同時借鑒國內(nèi)外河流水環(huán)境評價領域內(nèi)的先進經(jīng)驗，建立一套適合于中國國情的河流生態(tài)健康的理論方法和評價體系，診斷河流水環(huán)境健康存在的問題，為河流管理部門提供科學的理論方法和現(xiàn)實的決策依據(jù)［5］。因此，研究制定出河流水環(huán)境的健康評價體系，對于河流水環(huán)境的可持續(xù)管理及流域生態(tài)系統(tǒng)的建設都具有非常重要的理論價值和實踐意義。

1 河流健康的內(nèi)涵

在生態(tài)系統(tǒng)健康理念的指導下，20世紀80年代開始，北美、歐洲的部分學者從生態(tài)角度審視河流，提出河流健康的概念。1972年，美國頒布了《清潔水法》，該法首次提出了河流健康的概念，把河流健康的內(nèi)涵定義為河流能夠恢復和保持其水體的物理、化學和生物的完整性。國內(nèi)外專家學者對河流健康內(nèi)涵的理解也不一致，到目前為止河流健康的內(nèi)涵還沒有形成統(tǒng)一的標準。以Karr［6］、Scrimgeour［7］、An［8］、Schofield［9］、Costanza［10］、劉恒［11］為代表的學者從生態(tài)系統(tǒng)健康的視角出發(fā)，認為河流健康就是河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性，主要強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。隨著河流生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展，F(xiàn)airweather［12］、Meyer［13］、Vugteveen［14］、王薇［15］、胡春宏［16］、劉曉燕［17］等認為，僅以河流生態(tài)系統(tǒng)的視角出發(fā)考慮河流健康是不科學的，在河流生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎上將滲透社會、經(jīng)濟、文化等體現(xiàn)人類價值觀的因素也融入河流健康的內(nèi)涵當中，從人類價值觀的角度對河流健康的內(nèi)涵進行重新解釋，提出河流健康概念應涵蓋生態(tài)完整性及人類價值觀，即對河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評估的同時也滿足人類合理需求的能力。除上述兩種定義以外，還有以Ladson［18］、Rogers［19］、Norris［20］、董哲仁［21］、吳阿娜［22］為代表的部分學者是從管理的目的出發(fā)，認為河流健康不是嚴格意義上的科學概念，而是一種河流管理的評估工具，以河流的社會功能和生態(tài)功能取得平衡為基準狀態(tài)達到河流管理的目標。正確理解河流健康的內(nèi)涵是河流健康評價工作的基礎，對開展河流健康的評價工作具有現(xiàn)實意義和指導作用。

2 河流健康評價指標體系

評價指標體系是河流健康評價的重中之重，指標體系的選取應該充分考慮研究對象所處的流域特征、社會經(jīng)濟狀況，針對具體的河流要具體分析，在明確河流健康評價的方法和評價標準的基礎上，結(jié)合目前的理論和技術措施制定出有效性和可靠性都能夠保證的河流健康評價指標體系［23］。

就國外而言，河流健康評價指標體系的發(fā)展則更為關注河流生態(tài)服務功能。主要側(cè)重于借助水質(zhì)、河流形態(tài)結(jié)構(gòu)、河岸帶、河流水文結(jié)構(gòu)及水生生物，來監(jiān)測評估河流生態(tài)健康狀況，具有代表性的主要有英國的河流無脊椎動物預測和分類系統(tǒng)（RIVPACS）、美國的快速生物監(jiān)測協(xié)議（RBPs）、澳大利亞的河流狀態(tài)調(diào)查（SRS）、南非的河流健康計劃（RHP），都將河流的生物指標納入河流健康評價的體系中，以生態(tài)服務功能為主［24］。Karr［25］從物理屬性、化學屬性、生物棲息地屬性3個方面提出了評價指標的生物完整性指數(shù)（IBI）。Peter［26］則強調(diào)以堤岸、河床、水質(zhì)指標、水生無脊椎動物、魚類指標為評價河流水質(zhì)和環(huán)境狀況的主要指標。Ladson［27］認為河流健康指標體系應該包含5個方面的內(nèi)容，即水質(zhì)、河道形態(tài)結(jié)構(gòu)、河岸帶、水文特征、水生生物。Haase［28］利用無脊椎動物物種指標表征河流健康，包括流域土地類型、河道水質(zhì)、底棲大型無脊椎動物。Wasson［29］認為底棲無脊椎動物是表征河流生態(tài)狀況最好的指標，并以土地利用和底棲大型無脊椎動物作為河流健康評價的指標。Feo［30］運用功能性指標對葡萄牙蒙德哥河等河流進行了研究，采用的指標包括非生物變量（物理和化學），功能性變量（落葉分解率、泥沙呼吸率）和大型無脊椎動物。

國內(nèi)的河流健康評價體系將河流的環(huán)境、防洪、開發(fā)利用等社會服務功能引進了評價指標體系。如長江［31］、黃河［32-34］、珠江［35］、渭河［36］、海河［37-38］、瀾滄江［39］、大汶河［40］、遼河［41］、塔里木河［42］的評價指標體系（表1），列舉了國內(nèi)外部分學者對河流健康評價指標的解讀，根據(jù)不同流域的特征，制定出不同流域的評價指標體系，分別從總目標層、系統(tǒng)層、狀態(tài)層、要素層4個層面進行分析制定系統(tǒng)化的河流健康評價指標體系［43］。

縱觀國內(nèi)外一些專家學者對河流健康評價的研究不難看出，以河流自身特征、河流生態(tài)系統(tǒng)健康、社會經(jīng)濟功能這3個方面為中心建立河流健康評價指標體系。盡管2005年以來我國學術界在河流健康評價研究上有較多成果，不同學者和專家分別提出各自的河流健康的科學內(nèi)涵、河流健康評價指標及評價方法等，但迄今國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一或公認的河流健康評價指標體系。因此，選擇我國不同典型自然地理區(qū)域，充分考慮我國河流生態(tài)系統(tǒng)的特征及經(jīng)濟社會發(fā)展背景，在充分吸收國外先進河流健康評價理論及方法的基礎上，構(gòu)建一套體現(xiàn)地域特色和管理要求的河流生態(tài)系統(tǒng)健康理論和適用于我國國情的河流健康評價體系，具有十分重要的意義。

表1 國內(nèi)外采用的河流健康評價體系

3 河流健康評價方法

3.1 按照評價原理劃分

3.1.1 預測模型法

預測模型法常用的主要有兩類：Wrihgt［44］提出了河流無脊椎動物和分類計劃（AUSRIVAS），隨后Simpon［45］又提出了澳大利亞河流評價計劃（RIVPACS）。這兩種評價方法具有相似性，都是在明確預測對象與目標后收集資料和數(shù)據(jù)，在資料和數(shù)據(jù)的基礎上建立預測模型進行參數(shù)評估，最后進行模型檢驗的實施與結(jié)果分析，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于理解。但這種方法也具有一定的局限性，在進行河流健康的評估時，假設河流在沒有人為干擾條件下理論上應該存在的物種組成與河流實際的生物組成進行比較，而且假定存在的這一物種的任何變化都會反映在河流變化的基礎上。如果這一假設出現(xiàn)偏差，即預測某段河流在理論上應該存在的生物量將會受到影響，并且未能將水質(zhì)及生境退化與生物條件相聯(lián)系。

3.1.2 多指標評價法

根據(jù)河流的具體特征對河流的生物、水文、物理化學及形態(tài)指標進行評估，將各項得分累積后的總分作為評價河流健康狀況的評價依據(jù)。Karr［46］（1981）提出了生物完整性指數(shù)法（IBI），從水域生物的群落結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，用12項指標評價河流健康狀況。Ladson［47］用溪流健康指數(shù)法（ISC），基于河流水文學、形態(tài)特征、河岸帶狀況、水質(zhì)及水生生物這5個方面構(gòu)建了河流健康體系。Petersen［48］建立了河岸與河道環(huán)境細則（RCE），利用河岸結(jié)構(gòu)、水生植被、河岸帶完整性、魚類等16項指標，將河流健康狀況劃分為5個等級，快速評價農(nóng)業(yè)地區(qū)河流健康狀況。Raven［49］采用了河流生態(tài)環(huán)境調(diào)查法（RHS），通過調(diào)查背景資料、河道數(shù)據(jù)、植被類型、土地利用及河岸侵蝕等指標來評價河流生境的自然特點和質(zhì)量。Rowntree［50］通過河流健康計劃法（RHP），選用河岸植被、水文、河流形態(tài)、魚類、生境完整性等指標評價河流水環(huán)境的質(zhì)量。

鑒于河流生態(tài)系統(tǒng)類型的復雜性和多樣性，不同專業(yè)背景的學者提出了不同的評價方法來評價河流健康狀況，因此應針對不同的流域狀況特征需要應用相應的評價方法，以確保評價結(jié)果的準確性，達到河流管理的目標。

3.2 按照評價內(nèi)容劃分

3.2.1 結(jié)構(gòu)功能指標法

結(jié)構(gòu)功能指標法［51］是綜合了生態(tài)系統(tǒng)的多項指標反應系統(tǒng)的過程及結(jié)構(gòu)功能的狀態(tài)。它具有一定結(jié)構(gòu)或者組織化手段的系統(tǒng)，流域的各組成部分以有序的方式相互關聯(lián)，并對河流評價整體發(fā)揮著必要的功能，是以平衡的狀態(tài)存在著，任何部分的變化都會趨于新的平衡。由于河流系統(tǒng)本身的復雜性，導致每個指標體系的準則層都包含大量的子指標，增加了河流健康評價工作的工作量和難度，使得指標體系的使用很難推廣，存在著一定的局限性。

3.2.2 指示物種法［52］

指示物種法是一種評價河流健康狀態(tài)比較有效的方法，通過對生態(tài)系統(tǒng)的關鍵種、特有種、指示種、瀕危種、長壽種和環(huán)境敏感種的分析來評價生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。指示物種法簡便易行，但是存在著一定的缺陷，由于指示物種的篩選標準及其對河流生態(tài)系統(tǒng)的健康指示作用不太明確，尚未涵蓋人類的健康因素和社會經(jīng)濟發(fā)展因素，所以很難全面反映河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。

4 河流健康評價標準

河流健康評價的標準應當因“河”而異、因“時”而異［53］。目前對河流健康評價標準的理解，評價標準可以分為時代性、地域性和狀態(tài)性3種參考系，如表2所示。

表2 3種主要河流健康評價標準的比較

4.1 時代性參考系

選取某一條河流的原始狀態(tài)作為參照狀態(tài)，由于原始狀態(tài)的河流具備合理的結(jié)構(gòu)及完善功能的生態(tài)系統(tǒng)，處于一種生態(tài)系統(tǒng)自然演替的健康狀況。其通過逐年對河流進行監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)，按時間的先后順序?qū)ζ渥兓厔葸M行分析，評估河流的健康狀況是趨于健康發(fā)展狀態(tài)，還是趨于退化狀態(tài)。

4.2 地域性參考系

基于不同區(qū)域范圍的河流健康狀況的標準不一樣，選取河流生態(tài)系統(tǒng)狀況良好的某一河段作為參照點采集樣品收集數(shù)據(jù)，進行河流健康狀況趨勢的評估分析。

4.3 狀態(tài)性參考系

從最小干擾狀態(tài)（即河流未受人類活動的干擾或因生態(tài)修復而達到的理想狀態(tài)）、歷史狀態(tài)（即河流在選定歷史時期內(nèi)的最佳狀態(tài)）和最低干擾狀態(tài)來研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的最佳狀態(tài)；可達到的最佳狀態(tài)，即通過合理有效的管理、修復等可達到的最佳狀況［60］，從而評判河流水環(huán)境的健康水平。

綜合考慮流域社會經(jīng)濟狀況及河流生態(tài)系統(tǒng)自身的演替規(guī)律，可以看出：時代性和地域性參考系根據(jù)不同流域地區(qū)的特性而區(qū)別應用，同時也具有一定的局限性；狀態(tài)性參考系從某種意義上已經(jīng)違背了流域社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)自身演替的規(guī)律。再加之河流健康涉及到的學科范疇比較廣泛，既有區(qū)域人類活動和社會經(jīng)濟發(fā)展的制約，又受流域自然條件的限制，河流健康在河流的社會功能和自然功能之間尋找平衡，只是相對意義上的健康，不同背景下的河流健康標準實際上只是一種社會選擇。所以，在討論河流健康評價標準的同時，也要區(qū)別對待河流的共性和個性問題，制定出一個適宜評價流域社會經(jīng)濟發(fā)展和流域生態(tài)系統(tǒng)保護的健康評價標準。

5 研究展望

5.1 內(nèi)涵

由于研究者的專業(yè)背景和評價視角的不同，河流健康內(nèi)涵的統(tǒng)一仍然存在著嚴重的分歧。國對內(nèi)外河流健康的內(nèi)涵研究大體可以分為兩種情況：河流的生態(tài)功能和河流的社會服務功能。如何在河流健康的內(nèi)涵中兼顧河流的生態(tài)功能和社會服務功能兩者的統(tǒng)一，為河流的合理開發(fā)和科學管理提供有效的決策依據(jù)，是今后研究者在河流健康領域的研究工作中亟待解決的問題。

5.2 評價指標

制約河流健康評價指標的因素具有一定的特殊性和復雜性，所以在選擇的同時務必考慮所選指標的科學性、代表性、可比性及可操作性。由于研究者選取評價指標的背景不同，現(xiàn)有的評價指標大體以水質(zhì)指標和生物指標為主，很少涉及社會經(jīng)濟要素和人類健康要素。因此，結(jié)合區(qū)域特征及管理要求提取適宜評價區(qū)域的指標，達到生態(tài)、社會經(jīng)濟、人類健康三者的和諧，有待進一步發(fā)展和完善。

5.3 評價方法

河流健康的評價方法是按照評價原理和評價內(nèi)容劃分的，但這種劃分標準下的評價方法應用于不同的河流也有所差異，具有一定的局限性，以偏概全，不具有普遍適用性，考慮問題缺乏系統(tǒng)性和綜合性。

5.4 評價標準

由于河流健康評價的時空范圍和具體特點具有不確定性，到目前為止還沒有形成一個相對統(tǒng)一的標準。因此在選取河流健康評價標準時應針對河流的具體特征具體對待。

5.5 展望

由于河流健康評價在國內(nèi)的發(fā)展還處在初級階段，研究者和學術團體的學科背景和評價視角不同，河流健康的概念到目前為止還沒有統(tǒng)一的標準。河流健康作為河流管理和評估的一種工具，它是一種正在逐步發(fā)展的理論方法體系，涉及到河流動力學、水環(huán)境學、社會經(jīng)濟學、生態(tài)學等多個學科的交叉綜合性課題，制約河流健康的因素及相互之間的關系也較為復雜，河流健康的評價方法、評價標準、評價指標體系仍然處于探討階段，目前仍未形成較為系統(tǒng)和完善的理論方法體系，有待進一步探討和完善。因此，在構(gòu)建新的理論方法體系的同時，應借鑒領域內(nèi)先進的經(jīng)驗，并且結(jié)合我國的實際國情和流域的基本特征，建立一套適合于中國國情的河流生態(tài)健康的理論方法和評價體系，為河流管理部門提供科學的理論方法和現(xiàn)實的決策依據(jù)，實現(xiàn)社會、環(huán)境、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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A Progress and Prospect of Health Evaluation Research on River Water Environment

DU Dong1，2，YU Hui2，LI Zhong-qiang1，NIU Yong2，3，HU Yang1，2
（1.Faculty of Resources and Environmental Science，Hubei University，Wuhan 430062，China；2.Research Center of Lake Environment，Chinese Research Academy of Environmental Science，Beijing 100012，China；3.College of Fisheries，HuaZhong Agricultural University，Wuhan 430072，China）

With a growing-up process of urbanization，the health development of river ecosystem in China has been a serious threat.Humans began to throw light on the side impacts caused by a variety of natural factors and human factors.By the way of literature research，based on the present studies at home and abroad，this paper introduced the connotation of river health，summarized the theory and method of river health assessment system and proposed some problems to be solved.The following three aspects should be included according to specific situation of the certain river:river health，assessment index system of river health and standards of river health assessment.In the meanwhile，it also looked forward to the developing tendency of river health assessment in the future and improved the health level of river ecosystem environment.

river；health evaluation；standard；method；index system

TV213

A

1672-9900（2013）01-0001-06

2012-12-04

國家水體污染控制與治理重大專項（2012ZX07101-001）；湖北省杰出青年基金（2010CDA098）

杜東（1985-），男（漢族），甘肅會寧人，碩士，主要從事河流水環(huán)境研究，（Tel）15907123808。