基于水土保持效果的榜沙河流域生態(tài)評價(jià)

李欣娟，楊靖文

(甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730020)

流域生態(tài)評價(jià)是20世紀(jì)80年代興起的研究領(lǐng)域，近年來逐漸成為生態(tài)問題研究的熱點(diǎn)：龍笛等[1-2]提出了以流域水環(huán)境評價(jià)為核心、以流域土地利用方式為核心、“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”、“自然條件限制因子-流域生態(tài)健康指示因子-人類活動(dòng)影響因子”等幾種流域生態(tài)健康評價(jià)模型，并以“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了灤河流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系；李玉照等[3]對一般性的“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(DPSIR)概念模型進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，提出了包含5類指標(biāo)的流域生態(tài)安全指標(biāo)體系，進(jìn)行了金沙江流域安全指標(biāo)體系評價(jià)；林斌等[4]參考“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型，從資源環(huán)境支持、社會(huì)經(jīng)濟(jì)響應(yīng)和生態(tài)綜合功能3個(gè)方面，選擇了17項(xiàng)指標(biāo)，分4個(gè)層次構(gòu)建了表征黃土丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的評價(jià)指標(biāo)體系。

為貫徹落實(shí)黨中央和國務(wù)院讓江河湖泊休養(yǎng)生息的要求，加強(qiáng)流域生態(tài)保護(hù)和管理，維護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)的健康，環(huán)境保護(hù)部組織中國環(huán)境科學(xué)院在前期試點(diǎn)工作的基礎(chǔ)上編制了《流域生態(tài)健康評估技術(shù)指南(試行)》[5](以下簡稱《指南》)。《指南》適用于縣域以上尺度、面積≤5萬km2的流域生態(tài)評估，從生態(tài)結(jié)構(gòu)、服務(wù)功能、壓力狀況三方面構(gòu)建了流域生態(tài)健康評估的基本框架，全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，評估指標(biāo)共計(jì)6類17項(xiàng)，定義明確。

參考《指南》及學(xué)者們關(guān)于流域生態(tài)健康評價(jià)的研究方法和結(jié)論，本研究根據(jù)榜沙河流域生態(tài)特征，建立了基于水土保持生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的榜沙河流域生態(tài)評價(jià)體系，并對榜沙河流域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價(jià)。

1 榜沙河流域概況

榜沙河是渭河上游源頭區(qū)來水量最大的一條河流，主流全長105.3 km，流域面積3 555 km2，多年平均流量13.92 m3/s，多年平均徑流量4.39億m3，流域面積占入渭河斷面以上渭河流域面積的47%，年均徑流量占入河處渭河斷面年均徑流量的84%。榜沙河發(fā)源于岷縣峨山北麓閭井鄉(xiāng)黃山梁，流經(jīng)漳縣，至武山縣鴛鴦鎮(zhèn)向東注入渭河。榜沙河流域地處隴西黃土高原與北秦嶺山地之間，平均溝壑密度1.94 km/km2，山地面積占總面積的96.14%，流域比降3.61%，為扇形流域，流域形狀系數(shù)為1.46，總體形狀為銀杏葉形，主要由北部漳河流域、中間龍川河流域、南部榜沙河主流區(qū)組成。年均降水量為500 mm左右，降水分布自上游往下游、自西往東、自南往北逐漸減小。上下游氣溫差異比較明顯，年均氣溫6.1～9.9 ℃，干燥度0.62～1.40，北部及下游黃土丘陵區(qū)為半濕潤至半干旱區(qū)，中部及西南部中上游土石山區(qū)氣候濕潤。土壤類型主要為黃綿土、褐土、黑壚土、草甸土，土壤結(jié)構(gòu)處于粉砂質(zhì)壤土和粉砂質(zhì)黏土之間，其中75%為壤土組(多為黏壤土)。平均土壤侵蝕模數(shù)為2 300 t/(km2·a)，其中漳河流域平均為2 600 t/(km2·a)，龍川河流域平均為2 050 t/(km2·a)，榜沙河中上游主流區(qū)平均為1 700 t/(km2·a)，東北部黃土丘陵區(qū)平均為3 200 t/(km2·a)。植被類型屬森林草原植被，為落葉闊葉林向草原植被過渡地帶，平均森林覆蓋度17.0%，林草植被覆蓋度58.10%。

截至2015年底，榜沙河流域總?cè)丝?7.29萬人，人口密度105人/km2，人口主要集中在中下游河谷川區(qū)。流域內(nèi)為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，近年來種(養(yǎng))植(殖)結(jié)構(gòu)逐漸多樣化，開發(fā)建設(shè)活動(dòng)日益增多，對流域生態(tài)影響比較明顯的有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、采礦、建材開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)、水電開發(fā)等。近年來開展了一系列水土流失治理，累計(jì)完成治理面積1 059.42 km2，治理程度達(dá)48%，治理區(qū)生態(tài)功能逐漸恢復(fù)。

2 流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)榜沙河流域生態(tài)因子分析結(jié)果，將溝壑密度、土壤保持功能指數(shù)、開發(fā)建設(shè)擾動(dòng)指數(shù)及水土流失治理度、預(yù)防監(jiān)督指數(shù)等納入評價(jià)內(nèi)容，以體現(xiàn)流域水土保持生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，共計(jì)歸納為15類評價(jià)指標(biāo)。其中，與《指南》相同的，采用相同解釋；與《指南》不同的，根據(jù)評價(jià)目的采用相關(guān)行業(yè)(或?qū)W術(shù)領(lǐng)域)解釋。

(1)含沙量。含沙量對河流水質(zhì)、河道穩(wěn)定性等影響較大。實(shí)地調(diào)查表明，以流域上游無村莊、無耕地、無破壞的近似原始狀態(tài)溝道河水及源頭區(qū)基本無擾動(dòng)河水的含沙量為初始狀態(tài)，認(rèn)為是優(yōu)秀的，是河流泥沙量控制的最高目標(biāo)，以平水期年平均含沙量為一般狀態(tài)，以汛期含沙量為差。

(2)枯水期徑流量占年均徑流量的比例。枯水期徑流量占年均徑流量的比例用于衡量河流生態(tài)需水量的滿足程度。由于榜沙河目前沒有水文測站，因此參考平水期水量現(xiàn)狀計(jì)算。

(3)河道連通性。河道連通性反映了自然河道的連通狀況。河道連通性=閘壩、水電站等水利工程數(shù)量/100 km。

(4)水資源開發(fā)利用強(qiáng)度。通常認(rèn)為一條河流的開發(fā)利用不能超過其水資源量的40%。水資源開發(fā)利用強(qiáng)度=區(qū)域工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、環(huán)境等用水量/區(qū)域水資源總量。

(5)水生生境干擾指數(shù)。水生生境干擾指數(shù)能反映河流水域因挖沙、航運(yùn)、旅游等活動(dòng)破壞的影響狀況。水生生境干擾指數(shù)=水生生境第i項(xiàng)指標(biāo)的健康分值×水生生境第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

(6)植被覆蓋度。植被覆蓋度越高，流域生態(tài)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好。

(7)溝壑密度。溝壑密度反映流域地表破碎程度，為單位面積內(nèi)的溝壑長度。溝壑密度分級標(biāo)準(zhǔn)參考《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)。

(8)重要生境保持率。采用《指南》解釋，重要生境指河流的岸帶，具有維持生物多樣性、凈化水體、穩(wěn)定河岸、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境等重要功能，是以平水期河流水位為起始線，兩側(cè)各向外延伸20 m。重要生境保持率能反映河流岸帶的生態(tài)健康狀況，重要生境保持率=自然植被結(jié)構(gòu)完整性指數(shù)×0.7+自然堤岸比例分值×0.3，自然植被結(jié)構(gòu)完整性指數(shù)=(生態(tài)系統(tǒng)類型分值×該類型面積)/重要生境總面積，自然堤岸比例分值=自然堤岸河段長度/河段總面積×100%[5]。生態(tài)類型分值取值見表1。

表1 生態(tài)系統(tǒng)類型分值[5]

(9)水源涵養(yǎng)功能指數(shù)。水源涵養(yǎng)功能指數(shù)反映流域生態(tài)攔蓄降水或調(diào)節(jié)河川徑流的能力。水源涵養(yǎng)功能指數(shù)=水源涵養(yǎng)第i項(xiàng)指標(biāo)的健康分值×水源涵養(yǎng)第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

(10)土壤保持功能指數(shù)。土壤侵蝕會(huì)造成土壤退化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損，洪澇災(zāi)害加劇，威脅流域生態(tài)健康。土壤保持功能指數(shù)=中度及以上土壤侵蝕面積/總面積。

(11)受保護(hù)地區(qū)面積占國土面積比例。受保護(hù)地區(qū)包括各類(級)自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、生態(tài)功能保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、封禁保護(hù)區(qū)等。采用受保護(hù)區(qū)面積與流域面積比值反映流域受保護(hù)程度。

(12)建設(shè)用地比例。建設(shè)用地是受人類直接影響和長期作用使自然面貌發(fā)生明顯變化的人為景觀，建設(shè)用地比例會(huì)對流域的自然生態(tài)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)產(chǎn)生較大影響。

(13)水土流失治理度。水土流失治理是流域生態(tài)修復(fù)的主要措施，能夠緩解流域生態(tài)壓力。參照《水土保持綜合治理驗(yàn)收規(guī)范》(GB/T 15773—2008)，以流域水土流失治理度來表示。

(14)預(yù)防監(jiān)督指數(shù)。預(yù)防監(jiān)督是保護(hù)、預(yù)防流域生態(tài)被擾動(dòng)、破壞的有效措施，是流域生態(tài)保護(hù)的第一道防線，對維護(hù)流域生態(tài)穩(wěn)定具有重要意義。采用預(yù)防監(jiān)督指數(shù)來表示。預(yù)防監(jiān)督指數(shù)=預(yù)防監(jiān)督第i項(xiàng)指標(biāo)的健康分值×預(yù)防監(jiān)督第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

(15)開發(fā)建設(shè)擾動(dòng)指數(shù)。開發(fā)建設(shè)擾動(dòng)指數(shù)反映項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行過程對原生地表植被、地貌擾動(dòng)、破壞及造成的水土流失危害程度。以榜沙河流域目前常見項(xiàng)目類型為評價(jià)內(nèi)容，分項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算采取一票否決，所有指標(biāo)必須全部達(dá)到要求，否則轉(zhuǎn)入下一級。以抽查項(xiàng)目數(shù)值加權(quán)平均計(jì)算各自指標(biāo)。開發(fā)建設(shè)擾動(dòng)指數(shù)=開發(fā)建設(shè)第i項(xiàng)指標(biāo)的健康分值×開發(fā)建設(shè)第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)及賦分見表2。

表2 流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)及賦分

根據(jù)榜沙河流域生態(tài)因子分析結(jié)果，結(jié)合各縣統(tǒng)計(jì)資料、影像分析、現(xiàn)場調(diào)查，采用上述指標(biāo)計(jì)算方法，分別對全流域、榜沙河中上游主流區(qū)、漳河流域、龍川河流域各項(xiàng)指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 榜沙河流域生態(tài)評價(jià)體系指標(biāo)值

3 榜沙河流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系

本研究榜沙河流域生態(tài)評價(jià)采用《指南》的基本框架，突出體現(xiàn)水土流失因素及水土保持效果，根據(jù)榜沙河流域生態(tài)因子分析結(jié)果對評估指標(biāo)和指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以體現(xiàn)流域水土保持生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)。建立的榜沙河流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系詳見表4。

表4 榜沙河流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系

采用綜合指數(shù)法進(jìn)行流域生態(tài)評價(jià)，通過各指數(shù)加權(quán)求和，得出綜合指數(shù)WHI，以該指數(shù)表示流域整體狀況。WHI的計(jì)算公式為

WHI=IWWW+ILWL

(1)

式中：IW為水域指數(shù)；WW為水域指數(shù)所占權(quán)重；IL為陸域指數(shù)；WL為陸域指數(shù)所占權(quán)重。

IW和IL分別由水域、陸域二級指標(biāo)加權(quán)獲得，計(jì)算公式分別為

IW=∑wixi

(2)

二式中：wi為水域二級指標(biāo)所占權(quán)重；xi為水域二級指標(biāo)值；wi′為陸域二級指標(biāo)所占權(quán)重；xi′為陸域二級指標(biāo)值。

榜沙河流域生態(tài)狀況分級標(biāo)準(zhǔn)見表5，代入各指標(biāo)值，得到榜沙河流域生態(tài)評價(jià)結(jié)果見表6。

表5 流域生態(tài)狀況分級

表6 榜沙河流域生態(tài)評價(jià)結(jié)果

榜沙河流域生態(tài)評價(jià)指標(biāo)的確定以狀態(tài)表現(xiàn)分為5級，以評價(jià)指標(biāo)生態(tài)特征值作為計(jì)算依據(jù)，分別計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的狀態(tài)分級值；采用綜合指數(shù)法進(jìn)行流域生態(tài)評價(jià)，得出榜沙河流域生態(tài)綜合指數(shù)WHI=56，流域生態(tài)狀態(tài)一般，其中：榜沙河中上游主流區(qū)WHI=65，流域生態(tài)狀態(tài)良好；漳河流域WHI=49，流域生態(tài)狀態(tài)一般；龍川河流域WHI=56，流域生態(tài)狀態(tài)一般。