水庫健康狀況綜合評價(jià)的初步研究

任子綱，高永勝

（1.朔州市水務(wù)局，山西朔州 036002；2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州 311231）

水是生命之源，水資源是人類得以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)性資源之一。水庫作為水資源開發(fā)利用的主要工程形式之一，不僅是有效集控水資源、實(shí)現(xiàn)水資源再分配的工具，更是維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、保障和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口和經(jīng)濟(jì)增長用水需求急劇增長，水資源的無序和低效率開發(fā)利用導(dǎo)致地下水枯竭、地表水水質(zhì)惡化和水量減少等現(xiàn)象不斷加劇，使人類對水庫功能有了新的認(rèn)識和提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有水庫約8.72萬座，其中8萬余座興建于20世紀(jì)五六十年代，由于當(dāng)時(shí)缺乏對水庫生態(tài)功能的認(rèn)識，加之水庫工程運(yùn)行多年、日常維修養(yǎng)護(hù)不到位、生態(tài)恢復(fù)歷史欠賬太多等原因，許多水庫出現(xiàn)程度不同的工程隱患和工程效益衰減問題。目前，這些水庫雖通過除險(xiǎn)加固在工程隱患方面有所改善，但多數(shù)水庫淤泥嚴(yán)重、效益衰減和生態(tài)影響等問題未能從根本上得以改變。同時(shí)，由于對水庫生態(tài)影響的忽視和水庫生態(tài)效益的片面理解與曲解，近幾年全國各地出現(xiàn)以水庫模式為主的引蓄水生態(tài)景觀工程爭相上馬，在加劇水資源無序開發(fā)利用的同時(shí)加重了水庫對生態(tài)環(huán)境的影響，特別是這些水庫由于片面追求景觀效益存在工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)相對較低和對水庫淤積、水質(zhì)考慮不足等問題，如何全面評價(jià)水庫的健康問題成為我們亟需解決的課題。

1 健康水庫的內(nèi)涵

人類筑壩建庫已有上千年的歷史，修建水庫目的從最初單一滿足灌溉需求逐步發(fā)展到防洪、灌溉、發(fā)電等多目標(biāo)需求，水庫成為當(dāng)前最重要的水資源管理工具之一，更是水資源短缺地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施和組成部分。隨著人們對水庫績效和影響后果的了解，20世紀(jì)70年代以來以生態(tài)文明為核心的人與自然和諧發(fā)展理念逐步為人們所認(rèn)知并接受，人們在考慮水庫滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求的同時(shí)，逐步開始考慮水庫生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和生物多樣性等問題。近些年來，人們試圖以水庫生態(tài)系統(tǒng)健康和工程績效等指標(biāo)為基礎(chǔ)，綜合評價(jià)和判定水庫的健康狀況，使水庫真正可持續(xù)地促進(jìn)人類福利的提高，更好地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

研究表明，水庫在滿足農(nóng)業(yè)灌溉、生活和工業(yè)用水、發(fā)電或者控制洪水的同時(shí)，因其改變了所在河流及流域內(nèi)水資源的既有權(quán)力和分配方式，繼而不同程度影響著流域內(nèi)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境原有形態(tài)，其中以生態(tài)系統(tǒng)的影響尤為廣泛，而大型水庫對生態(tài)系統(tǒng)的影響更多是負(fù)面的，如大西海子水庫的攔截引起塔里木河下游河道斷流干涸、三門峽水庫泥沙淤積帶來生態(tài)環(huán)境退化等。因此，評價(jià)和判定水庫健康狀況時(shí)，應(yīng)在水庫滿足工程績效和水庫生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，對水庫所在河流和流域生態(tài)環(huán)境的影響予以充分考慮，并將其納入水庫健康程度的評價(jià)和判定體系中?；谝陨峡紤]，健康水庫應(yīng)具有以下四方面屬性：①水庫的安全保障，泛指水庫結(jié)構(gòu)和工程質(zhì)量上的安全，這是水庫健康的首要條件，具體體現(xiàn)在水庫的各項(xiàng)工程技術(shù)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；②水庫在經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)中具體的績效體現(xiàn)，主要是指水庫的防洪減災(zāi)、供水、發(fā)電等社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，這是修建水庫最終目的所在，也是人類維護(hù)水庫健康目的所在；③水庫生態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，主要是指水庫維持淹沒區(qū)和周邊陸地生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性的相對穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡能力，這是水庫健康的基本體現(xiàn)，也是生態(tài)系統(tǒng)的重要特點(diǎn)之一；④水庫對河流、流域生態(tài)環(huán)境的影響，水庫作為一種物理障礙，不僅會(huì)擾亂水壩上下游物種成分的變化，甚至?xí)购恿鞯纳舷掠文酥琳麄€(gè)流域的生態(tài)環(huán)境受到影響，這是影響流域可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。所以，一個(gè)健康的水庫應(yīng)至少具有以下幾方面的特征：①具有一定的自身安全性，主要體現(xiàn)在水庫工程結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的安全性以及與水庫控制流域面積相對應(yīng)的防洪能力，以保證水庫具有較高安全性；②具有一定的排沙能力，一方面緩解水庫因泥沙淤積而造成的可利用庫容不斷萎縮和庫區(qū)內(nèi)營養(yǎng)鹽不斷累積，另一方面緩解水庫因減少了泥沙和營養(yǎng)成分向下游輸送而造成對下游河道、洪泛區(qū)及淤積區(qū)形態(tài)和生態(tài)上的影響；③具有一定的績效，水庫的防洪減災(zāi)、工農(nóng)業(yè)及生活供水、發(fā)電等既定效益目標(biāo)應(yīng)基本實(shí)現(xiàn)；④水庫生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)具有基本的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，能夠基本維持系統(tǒng)內(nèi)生物數(shù)量和比例的相對穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡；⑤水庫對河流、流域和水生生態(tài)系統(tǒng)的影響應(yīng)有一定的閾值，確保河流及流域內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，避免生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)物種滅絕等不可逆轉(zhuǎn)的損失發(fā)生。

2 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 評價(jià)指標(biāo)選擇的原則

根據(jù)我國社會(huì)發(fā)展水平和現(xiàn)有水庫狀況，遵循水庫利用的可持續(xù)應(yīng)滿足流域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展要求，健康水庫評價(jià)指標(biāo)應(yīng)在力求反映水庫健康面臨的共性問題基礎(chǔ)上，明確反映出水庫健康的差異性，要求評價(jià)指標(biāo)具有通用性、科學(xué)性、可操作性和代表性。鑒于水庫功能的多樣性和影響范圍的廣泛性、多樣性、復(fù)雜性以及水庫運(yùn)行時(shí)間較長的特點(diǎn)，著重考慮以下幾個(gè)方面：①指標(biāo)的系統(tǒng)性和層次性。健康水庫要在包含社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等大系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，涵蓋防洪、發(fā)電、灌溉、水環(huán)境等子系統(tǒng)，確定指標(biāo)時(shí)要按不同層次和不同要素分級別、分層次確定，指標(biāo)既要反映出水庫整體健康水平，又要反映出水庫不同方面的健康狀況。②指標(biāo)的動(dòng)態(tài)性和靜態(tài)性。健康水庫評價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重的確定不是固定不變的，是與水庫功能、地理位置以及水庫所影響的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多種因素有關(guān)的，是動(dòng)態(tài)變化的。但對同一座水庫而言，某一階段的健康標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是相對明確的，評價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重也是相對確定的。③指標(biāo)的流域尺度性。水庫作為水資源管理的重要手段和工具，從根本上阻斷了河流和改變了河流流量的空間和時(shí)間分布，在造成生態(tài)系統(tǒng)物理的、化學(xué)的和地貌形態(tài)的改變基礎(chǔ)上，對生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)能力也產(chǎn)生了改變（包括對河流和臨河植物和下游濕地等的影響），也改變了自然河流系統(tǒng)的生物化學(xué)循環(huán)，并可能影響到整條河流乃至整個(gè)流域。因此，水庫健康評價(jià)工作應(yīng)基于流域尺度，評價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)從流域角度考慮。

2.2 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于健康水庫內(nèi)涵，選取反映水庫結(jié)構(gòu)和工程安全性的安全指標(biāo)，反映水庫對社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)支撐程度的績效指標(biāo)和反映水庫對流域生態(tài)環(huán)境影響程度的影響指標(biāo)3類一級指標(biāo)。①水庫安全指標(biāo)。水庫工程結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的安全程度是水庫實(shí)現(xiàn)既定功能效益的前提和基礎(chǔ)，是衡量水庫健康與否的主要因素和首要條件。水庫的壩高、溢洪道泄洪能力、庫容等工程技術(shù)指標(biāo)可作為水庫安全狀況的重要評價(jià)指標(biāo)?；谒畮斓目沙掷m(xù)利用目標(biāo)，選擇與水庫泥沙淤積程度有關(guān)的平均排沙比和反映水庫水資源現(xiàn)狀控制調(diào)節(jié)能力的防洪庫容率兩個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)。②水庫績效指標(biāo)。水庫績效是維持水庫健康、確保水庫可持續(xù)利用的目的所在，是通過水庫功能得以具體體現(xiàn)，一般包括社會(huì)功能、經(jīng)濟(jì)功能和生態(tài)功能。其中，社會(huì)功能是指水庫在保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定中呈現(xiàn)出的防洪、抗旱減災(zāi)及飲水保障等效益；經(jīng)濟(jì)功能是指水庫的工農(nóng)業(yè)供水、發(fā)電、養(yǎng)殖、航運(yùn)以及旅游等經(jīng)濟(jì)效益；生態(tài)功能是指水庫對庫區(qū)及周圍流域生態(tài)的支撐功能，是水庫維持庫區(qū)及周邊生物種類、數(shù)量及比例相對穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡的能力，是生態(tài)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的表現(xiàn)，可通過生物多樣性、景觀多樣性以及生物棲息地等狀況表征。③水庫影響指標(biāo)。水庫的修建改變了自然河流水循環(huán)機(jī)理和河流泥沙運(yùn)移規(guī)律，從而對河流乃至流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。針對因水庫修建引起下游河道自凈能力降低、水生生物減少等問題以及引發(fā)這些問題的原因，選擇水環(huán)境容量、河口徑流、生物連續(xù)性等指標(biāo)。

健康水庫評價(jià)指標(biāo)體系及量化方法，見表1。注：（1）水庫水質(zhì)達(dá)到要求的平均水體體積可以水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)間進(jìn)行換算；

表1 健康水庫評價(jià)指標(biāo)體系

（2）水環(huán)境容量采用文獻(xiàn)[4]公式計(jì)算，即ρ=86.4(Ch-Ci)Q+Kci(L Q V)。

2.3 水庫健康狀況評價(jià)模型

（1）多目標(biāo)模糊評價(jià)模型。所謂健康，本身就具有相對性，因此水庫的健康與不健康存在一定的區(qū)間性，它是水庫在安全、績效和影響方面不同程度的表現(xiàn)形式，具有漸變性和過渡性，屬于客觀存在著的模糊現(xiàn)象的范疇。由于評價(jià)指標(biāo)既要體現(xiàn)水庫整體健康水平，又要反映水庫不同方面的健康狀況，指標(biāo)呈多樣化形式，既有多層次、多要素和分級別、分層次性，又具有不可公度性，因此采用多目標(biāo)綜合模糊模型評價(jià)水庫健康狀況。

式中：aj、bj為樣本 j的級別下限值和上限值；rij為樣本j指標(biāo)i特征值對評價(jià)指標(biāo)體系集的相對隸屬度；sih為級別h指標(biāo)i標(biāo)準(zhǔn)特征值對評價(jià)指標(biāo)體系集的相對隸屬度；wi為指標(biāo)i的權(quán)重。

多目標(biāo)模糊評價(jià)模型中，應(yīng)先確定各指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值。評價(jià)結(jié)果(uhj)越接近于1，說明評價(jià)對象越健康。

（2）指標(biāo)權(quán)重的確定。評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是關(guān)系到評價(jià)結(jié)果能否真實(shí)反映水庫健康狀況的重要因素。確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，應(yīng)深入實(shí)際調(diào)查，廣泛聽取各方面專家和公眾意見，縱向上進(jìn)行建庫前后河流狀況比較，橫向上與條件相似水庫比較并預(yù)測水庫發(fā)展趨勢，要考慮以下三方面因素：①水庫功能的主次。依據(jù)水庫在防洪、工農(nóng)業(yè)供水、飲水、發(fā)電、航運(yùn)諸多功能中的主次性，合理確定相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。②地域生產(chǎn)力水平。不同社會(huì)發(fā)展階段或不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域會(huì)對健康水庫內(nèi)涵有不同的理解，可選擇不同的評價(jià)指標(biāo)或不同的指標(biāo)權(quán)。③流域自然條件。我國幅員遼闊，各流域自然條件會(huì)有較大差距，水庫的流域規(guī)模不同會(huì)有不同的健康受損原因，因此選擇指標(biāo)和確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)要充分考慮?；谏鲜鲈颍枚獙Ρ饶：治龇ㄖ鸺壏謱哟未_定指標(biāo)權(quán)重。

（3）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值的確定。水庫的健康狀況客觀上是取決于水庫結(jié)構(gòu)、工程質(zhì)量的安全程度和水庫績效的，但在主觀上是取決于人類對水庫績效和影響的認(rèn)知水平和價(jià)值取向的，不同發(fā)展階段人的認(rèn)知水平不同，對水庫健康內(nèi)涵會(huì)有不同的理解和要求。而健康作為一個(gè)相對概念，本身具有動(dòng)態(tài)性。因此，水庫健康狀況評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)僅僅是綜合反映當(dāng)前我們在使水庫可持續(xù)地促進(jìn)人類福利提高的過程中著力解決已認(rèn)知的河流自然特征和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中存在的問題，是人類基于現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平試圖尋求一種人與自然和諧發(fā)展模式。在遵循社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、人與自然和諧共處、共同可持續(xù)發(fā)展的原則下，將水庫健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為優(yōu)、良、中、較差、極差5個(gè)級別。

對于每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)特征值，根據(jù)實(shí)際需求，可獨(dú)立確定。

3 結(jié)語

（1）健康水庫內(nèi)涵應(yīng)包括水庫安全、水庫績效在經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)中的體現(xiàn)、水庫生態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力、水庫對流域生態(tài)環(huán)境影響的四方面內(nèi)容。健康水庫應(yīng)具備一定的防洪減災(zāi)、排泥輸沙、供水發(fā)電和基本的生態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力以及對流域生態(tài)系統(tǒng)影響在一定閾值范圍內(nèi)的五方面特征。

（2）基于健康水庫內(nèi)涵相應(yīng)構(gòu)建了水庫安全指標(biāo)、水庫績效指標(biāo)、水庫影響指標(biāo)3類一級指標(biāo)和14個(gè)具體的二級指標(biāo)作為評價(jià)健康水庫的指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系較全面地反映了水庫的自然和社會(huì)特征，所選指標(biāo)易于量化。針對不同水庫，可根據(jù)水庫具體問題、相關(guān)資料的可獲取性等選擇指標(biāo)。

（3）水庫健康具有一定模糊性和妥協(xié)性，且影響因素較多，采用多目標(biāo)綜合模糊模型可以較真實(shí)地反映和評價(jià)水庫健康狀況，并采用二元對比模糊分析法逐級分層次確定指標(biāo)權(quán)重，將指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值分為5個(gè)級別。

[1]高永勝，王浩，王芳.健康水庫內(nèi)涵及評價(jià)指標(biāo)體系的建立[J].水利發(fā)展研究，2005，5（9）：4-6.

[2]Shannon C E，Weaver W.The mathematical theory of com?munication[M].Urbana IL：University of Illinois Press，1949.

[3]Romme W H.Fire and landscape diversity in subalpine for?ests of Yellowstone National Park[J].Ecol Monon，1982，52：199-221.

[4]高榮松.環(huán)境影響評估的原則和方法[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

[5]陳守煜.工程模糊集理論與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.

[6]高永勝，王浩，王芳.河流健康生命評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建[J].水科學(xué)進(jìn)展，2007，18（2）：252-257.

[7]王淑英，王浩，高永勝，等.河流健康狀況診斷指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)[J].自然資源學(xué)報(bào)，2011，26（4）：591-598.