平原河網(wǎng)地區(qū)河流健康評估研究
——以太浦河為例

(太湖流域管理局 水利發(fā)展研究中心，上海 200434)

河流健康概念提出至今已近30 a，美國、澳大利亞、英國、南非等國家相繼研究形成了RIVPACS、AUSRIVAS、IBI、RCE、ISC、RHP等一系列評價方法。進入21世紀，國內(nèi)流域管理部門以及眾多研究機構(gòu)對于河流健康的問題日益重視，黃河、長江、海河、珠江等分別于2004,2005,2006,2006年相繼由相應流域機構(gòu)提出河流健康評價體系。2010年水利部印發(fā)了《河流健康評估指標、標準與方法》(辦資源〔2010〕484號)[1]，確定了水文水資源、物理結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、水生物及社會服務功能5個準則層的河流健康評估體系及評估方法。

太浦河是太湖流域綜合治理的十大骨干工程之一，為典型的人工河道，是連接太湖和黃浦江的主要通道，主要承泄太湖洪水和杭嘉湖澇水，具有防洪、排澇、供水、灌溉、航運、改善水環(huán)境等綜合效益。太浦河跨江蘇、浙江、上海三省(市)，全長57.6 km，其中江蘇吳江境內(nèi)40.4 km，浙江嘉善境內(nèi)2 km，上海青浦境內(nèi)15.2 km。以水利部河湖健康評估技術(shù)導則為基礎(chǔ)，結(jié)合太浦河實際情況，構(gòu)建了一套太浦河健康評估體系[2]，并以2016年為基準年，對太浦河健康狀況進行了評估。

1 水利部河流健康評估體系

《河流健康評估指標、標準與方法》(以下簡稱《河流標準》)中河湖健康評估指標體系采用目標層、準則層和指標層3級體系。準則層包括水文完整性、物理結(jié)構(gòu)完整性、化學完整性、生物完整性和服務功能完整性5個方面，見圖1。

每個準則層對應不同的評估指標，包括必選指標和自選指標，評估方法采用分級指標評分法，自下而上，逐級加權(quán)計算各層得分，最終得到河湖的健康等級，見表1。

圖1 河流健康評估準則層

《河流標準》中確定的評價指標對于評估平原河網(wǎng)地區(qū)受人工調(diào)蓄影響較大、功能復雜的人工河道健康狀況具有一定的局限性。例如流量過程變異程度指標多針對山丘區(qū)具有控制斷面的天然河道，評價人工河道時，需對“天然徑流量”定義進行調(diào)整；《河流標準》中生態(tài)流量計算方法亦不適用于感潮河道，且健康評估指標體系無法反映人工河道的通航能力以及沿線地區(qū)水資源水環(huán)境需求等特點，故評價類似于太浦河的人工河道健康狀況時，需對《河流標準》評估體系及評價指標進行調(diào)整[3]。

表1 河流健康評估分級

2 太浦河健康狀況及存在的問題

太浦河是太湖流域重要的供水水源地之一，承擔著向浙江省嘉善、平湖及上海市西南五區(qū)的供水任務，目前太浦河一線供水規(guī)模達到446萬m3/d，2030年將達到595萬m3/d。隨著區(qū)域經(jīng)濟社會快速發(fā)展和人們對清潔水源要求的不斷提高，太浦河的戰(zhàn)略地位和作用更加凸顯。然而受兩岸污染源、沿線支河匯入、航運、圍網(wǎng)養(yǎng)殖等因素影響，太浦河沿程水質(zhì)呈逐步下降趨勢，從太浦閘下的Ⅱ類逐漸下降至Ⅲ～Ⅳ類，水源地取水口水質(zhì)尚不能穩(wěn)定達標。太浦河健康狀況近年來關(guān)注度日益增加。

太浦河健康狀況面臨的主要問題包括：①太浦河沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口密集、工業(yè)企業(yè)眾多，污染物入河量仍遠超區(qū)域納污能力，且太浦河位于典型的平原河網(wǎng)區(qū)，地勢低平，區(qū)域內(nèi)水體流動緩慢，水系交換能力差；②太浦河岸線開發(fā)利用程度較高，紡織、印染、化工等高污染企業(yè)居多，各項目分布密集，建成時間長，整治難度大，加之頻繁的航運給太浦河帶來突發(fā)水污染事件風險，使得飲用水水源地安全問題凸顯；③太浦河沿途跨越江蘇、浙江、上海，既是流域性骨干河道，也是省際邊界河道，沿線地區(qū)對太浦河保護定位不一，為太浦河水資源統(tǒng)一管理與有效保護造成困境[4]。

3 太浦河健康評估體系構(gòu)建

此次研究選取的評估指標以《河流標準》的評估指標為基礎(chǔ)，部分指標根據(jù)太浦河自身情況進行適當調(diào)整。同時考慮到太浦河人工河道特性及供水、航運等特色功能，增加部分自選指標[5]。

3.1 評估河段劃分

根據(jù)太浦河水文特征、河床及河濱帶形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物特征以及流域經(jīng)濟社會發(fā)展特征的相同性及差異性，對太浦河河段進行分段，作為開展太浦河健康評估的單元。太浦閘至京杭運河以上段，主要為東太湖來水，受兩岸支流影響較小，水質(zhì)穩(wěn)定；京杭運河至汾湖以東蘆墟大橋段，太浦河兩岸支流來水量較大，且沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)較多，水質(zhì)變化顯著；蘆墟大橋以東段已劃為水源地保護范圍，水質(zhì)較為穩(wěn)定；同時考慮到太浦河沿線水文、水質(zhì)資料監(jiān)測情況，將太浦河劃分成3段，分別為太浦閘-京杭運河段、京杭運河-蘆墟大橋段、蘆墟大橋以東段，見表2。

表2 太浦河評估河段劃分

3.2 水文水資源準則層評估指標調(diào)整

《河流標準》中水文水資源準則層的評估指標有兩個，即流量過程變異程度與生態(tài)流量滿足程度，權(quán)重分別為0.3和0.7。

流量過程變異程度由實測月徑流量與天然月徑流量的平均偏離程度表達，由于太浦河屬于人工開挖河道，水利工程控制運用對河道流量起決定性的影響作用，不存在“天然徑流量”的概念，故此次研究用逐月的多年平均月徑流量代表該月份一般狀態(tài)下的河道流量，即“天然月徑流量”。考慮到太浦河為人工河道，流量過程變異程度受水利工程人工控制運用影響，本身較天然河道大，故對《河流標準》中的賦分標準進行適當放寬[6]。

《河流標準》中生態(tài)流量計算方法采用4～9月份及10月至次年3月份日徑流量占多年平均流量的最低百分比來表示。由于太浦河本身為感潮河段，存在潮汐流、部分時段滯留的現(xiàn)象，所以此次研究采用《全國水資源保護規(guī)劃技術(shù)大綱》中確定的Tennant法，即將多年平均流量的30%作為太浦河代表斷面生態(tài)基流，計算生態(tài)流量滿足程度。

3.3 物理結(jié)構(gòu)準則層指標及權(quán)重調(diào)整

《河流標準》中物理結(jié)構(gòu)準則層包括“天然濕地保留率”、“河流連通阻隔狀況”和“河岸帶狀況”3個指標，權(quán)重分別為0.25，0.25，0.5。由于太浦河周邊區(qū)域沒有與其直接產(chǎn)生水力聯(lián)系，且屬于國家、地方濕地名錄的天然濕地，故將“天然濕地保留率”指標予以剔除，并對“河流連通阻隔狀況”和“河岸帶狀況”分別賦權(quán)重0.5。

3.4 水質(zhì)準則層指標調(diào)整

《河流標準》中水質(zhì)準則層包括“水溫變異狀況”、“DO水質(zhì)狀況”、“耗氧有機物污染狀況”、“重金屬污染狀況”4個指標，賦分取幾個指標中的最小賦分值。由于太浦河干流沒有大型水利水電工程，不存在低溫影響問題，故對“水溫變異狀況”指標不予考慮[7]?！逗恿鳂藴省分兄亟饘傥廴緺顩r評價選取砷、汞、鎘、鉻(六價)、鉛5項指標，考慮到太浦河近年來發(fā)生的銻污染事件，在重金屬污染狀況中增加銻指標，銻指標的評價方法采用超標頻次方法進行分級賦分，見表3。

表3 太浦河重金屬(銻)污染狀況評價指標賦分標準

3.5 生物準則層指標及權(quán)重調(diào)整

《河流標準》中生物準則層包括“大型無脊椎動物生物完整性指數(shù)”、“魚類生物損失指數(shù)”兩個指標，賦分取2個指標中的最小賦分值。此次研究考慮到近年來太浦河魚類生物監(jiān)測數(shù)據(jù)較少，不足以反映太浦河魚類生物現(xiàn)狀，故以大型無脊椎動物生物完整性指標賦分作為生物準則層最終賦分。

3.6 社會服務功能準則層指標及權(quán)重調(diào)整

《河流標準》中社會服務功能準則層包括了水功能區(qū)達標指標、水資源開發(fā)利用指標、防洪指標、公眾滿意度指標4個必選指標，研究中所涉及的4項指標計算、調(diào)查方法及賦分均參考《河流標準》要求。同時考慮到太浦河承擔的供水、航運及區(qū)域水環(huán)境改善等綜合功能，在社會服務準則層中增加兩岸入河污染負荷指標、入河排污口布局指標、航運能力3個自選指標。

3.6.1 兩岸入河污染負荷指標

兩岸入河污染負荷指標(FW)反映支流匯水對太浦河水質(zhì)水環(huán)境的影響，考慮COD和NH3-N兩個代表性評價指標，兩岸污染負荷計算公式如下：

(1)

(2)

式中，F(xiàn)WCOD為某評價河段內(nèi)全年支河COD入河污染負荷,t；Qi為該評價河段支河該月入太浦河水量,億m3；CCODi為某月與該評價河段對應的水質(zhì)監(jiān)測站點COD監(jiān)測的超標部分濃度,mg/L。FW賦分標準考慮太浦河干流COD、NH3-N納污能力，以COD、NH3-N兩個指標的平均得分為最后得分，計算公式如下：

當FW

(3)

當FW>M時，F(xiàn)W賦分=0

(4)

式中，F(xiàn)W為評價河段超過納污能力的入河污染負荷,t;M為該河段納污能力,t。對太浦河3個評價河段對應支河分別選取相應的水量、水質(zhì)代表站計算2016年支河匯入太浦河的COD、NH3-N入河污染負荷量，再依據(jù)污染負荷與相應評價河段納污能力的比值，計算得到2016年3個評價河段兩岸入河污染負荷指標得分，見表4。

表4 兩岸入河污染負荷(FW)賦分結(jié)果

3.6.2 入河排污口布局指標

經(jīng)調(diào)查，太浦河周邊區(qū)域的工業(yè)企業(yè)仍存在工業(yè)廢水直排附近水體的現(xiàn)象，但絕大多數(shù)工業(yè)企業(yè)已納管，工業(yè)廢水通過污水處理廠處理，故入河排污口主要關(guān)注污染處理廠排污口。

入河排污口布局指標(DY)反映太浦河周邊一定區(qū)域內(nèi)污染物入河量分布情況。依據(jù)太浦河支流空間分布及河道水力聯(lián)系，按可能對太浦河產(chǎn)生污染貢獻的原則，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為調(diào)查單位計算對相應評價河段有匯入影響的區(qū)域入河排污口廢污水排放強度。并參考太湖流域平均廢污水排放強度對DY進行賦分，賦分標準如下：

當P河段

(5)

當P河段>P流域平均時，DY賦分=[1-(P河段-P流域平均)/P流域平均]×100(DY賦分>=0)

(6)

式中，P為河段對應的廢污水排放強度,t/(a·km2)，對3個評價河段有匯入影響的污水處理廠類型及個數(shù)，以及2016年廢污水排放量及污染物入河量進行評價，得到3個河段入河排污口布局賦分(見表5)。

表7 太浦河干流健康評估指標體系

表5 入河排污口布局評價指標賦分

3.6.3 航運能力指標

太浦河現(xiàn)狀為Ⅳ～Ⅵ級航道，規(guī)劃建設(shè)三級航道，航運能力指標反映太浦河現(xiàn)狀對Ⅳ～Ⅵ級航道通航要求的滿足程度。經(jīng)調(diào)查研究，太浦河河道底寬及水深均滿足航道要求，唯獨部分跨河橋梁凈空不滿足現(xiàn)狀航道的通航標準要求，此次研究以各河段滿足太浦河現(xiàn)狀通航要求的橋梁比例乘100作為各河段航道能力的賦分，見表6。

由于社會服務功能準則層增加了3個自選指標，各指標權(quán)重較《河流標準》進行了調(diào)整，見表7。

表6 各評價河段航運能力HY賦分

3.7 太浦河干流健康評估指標體系

太浦河干流健康評估指標體系見表7。

4 2016年太浦河健康評估結(jié)果

3個評價河段健康評估得分較為相近，Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ段得分分別為77.37，65.13，64.78分，健康等級均為健康，見表8,健康狀況見圖2。

反映生物完整性的各準則層得分情況如下：水文水資源準則層得分較高，除Ⅰ段河道受太浦閘控制運用影響得分為70.4分外，流量過程變異程度Ⅱ,Ⅲ段河道流量過程穩(wěn)定，得分大于95分，另外由于平原河網(wǎng)地區(qū)河道水量豐沛，且2016年為相對豐水年，生態(tài)流量滿足程度各段評價均為滿足，得分100分；物理結(jié)構(gòu)準則層中河岸帶狀況得分較低，由高到低依次為：Ⅲ段(60.4分)、Ⅰ段(49.2分)、Ⅱ段(28.4分)，主要由于植被覆蓋度及人工干擾程度兩個指標得分均較低；水質(zhì)準則層得分較高，主要由于近年來太湖流域水環(huán)境綜合治理力度較大，水質(zhì)逐年趨向良好；生物準則層取決于大型無脊椎動物完整性指數(shù)，得分較低，其中Ⅲ段33分，Ⅰ段69分，Ⅱ段51分。

社會服務功能準則層得分情況如下：水功能區(qū)達標指標得分除Ⅱ段得分為50分，其他2段得分均為100分；水資源開發(fā)利用指標由于太浦河河道外取水占其斷面流量百分比較低，得分為100分；防洪指標3個河段得分均較低，其中Ⅰ段得分34.88分，其他2個河段因堤防達標率低或未建堤防，得分均為0，防洪指標為導致整個社會服務功能準則層得分降低的控制性指標；公眾滿意度指標針對整個太浦河開展調(diào)研，3段得分均為60.8分；兩岸入河污染負荷、入河排污口布局2個新增指標得分較高，其中Ⅰ段和Ⅲ段得分95～100分，Ⅱ段得分相對較低，兩個指標分別賦分65.4分和68.2分；航運能力指標Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段分別得分為50，87.5，33.3分。

表8 3個評價河段2016年健康狀況

圖2 2016年太浦河健康狀況

采用河長加權(quán)平均對太浦河全段2016年健康狀況開展綜合評價，總體得分為68.83分，健康等級為健康。

5 結(jié) 論

(1)從2016年太浦河健康評估結(jié)果看，全段得分為68.83分，健康等級為健康。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段得分分別為77.37，65.13，64.78分，健康等級均為健康。太浦河作為一條重要供水河道，雖然健康等級為健康，但健康評估得分偏低，需繼續(xù)加強太浦河水資源保護。

(2)鑒于太浦河獨特的平原河網(wǎng)河道特點，建議對《河流健康評估指標、標準與方法》中推薦的必選指標進行進一步優(yōu)化研究，根據(jù)資料條件及計算可達性，加強新增指標研究，完善評價指標體系。逐步建立起能準確反映太浦河特色的評價指標及賦分標準，建立完備的太浦河健康評估體系，以為平原河網(wǎng)地區(qū)河流健康評估提供參考和借鑒。

(3)太浦河水生態(tài)監(jiān)測尚顯薄弱，魚類生物損失指數(shù)調(diào)查頻次偏低而不能用于評價，導致生物準則層評價結(jié)果不能準確反映河道現(xiàn)狀。應加強水生態(tài)監(jiān)測站點布設(shè)，加密監(jiān)測頻次。