寧夏重點湖泊生態(tài)健康評價與修復(fù)對策研究

田 巍，周志軒，陳耀文

(寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

湖泊濕地具有保護(hù)水源、凈化水質(zhì)、蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候和維護(hù)生物多樣性等重要生態(tài)功能，同時具有觀光旅游、教育科研等社會效應(yīng)和重要的經(jīng)濟(jì)效益，是人類重要的自然資源和環(huán)境資源[1]。近些年來，由于人類發(fā)展的影響，湖泊濕地生態(tài)遭到破壞，功能退化，對濕地的保護(hù)和修復(fù)已經(jīng)成為人類共同的目標(biāo)[2]。生態(tài)系統(tǒng)健康評價已成為湖泊環(huán)境管理的基礎(chǔ)，通過評價找出湖泊結(jié)構(gòu)與功能退化的原因，由此提出針對性的治理方案，為湖泊保護(hù)與治理提供科學(xué)依據(jù)[3]。目前湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法主要有生物檢測法和多指標(biāo)綜合評價法，國內(nèi)外學(xué)者在評價方法和指標(biāo)體系方面對湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價都做了大量的研究[4-7]。本文以寧夏重點湖泊為研究對象，采用多指標(biāo)體系評價法，構(gòu)建寧夏湖泊濕地生態(tài)健康評價指標(biāo)體系，得出評價結(jié)果，并針對各湖泊提出治理方案，為湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的管理、治理和修復(fù)提供了參考和決策依據(jù)。

1 寧夏湖泊濕地概況

寧夏雖然地處我國西北地區(qū)，干旱少雨，但黃河干流縱貫寧夏平原397 km，引黃河水灌溉具有得天獨厚的條件，且已有2 000 多年的歷史，使寧夏引黃灌區(qū)形成了大量的濕地[8]。寧夏濕地總面積為20.72 萬hm2，其中河流濕地9.79 萬hm2，湖泊濕地3.35 萬hm2，沼澤濕地3.81 萬hm2，人工濕地3.77 萬hm2；湖泊濕地中，永久性淡水湖濕地2.01 萬hm2，永久性咸水湖濕地0.11 萬hm2，季節(jié)性淡水湖濕地0.15 萬hm2，季節(jié)性咸水湖濕地1.08 萬hm2[9]。

2 寧夏湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價

2.1 評價指標(biāo)體系的選取

多指標(biāo)綜合評價法是在選擇不同組織水平的類群和考慮不同尺度的前提下，對生態(tài)系統(tǒng)各個組織水平進(jìn)行綜合評價的方法。

參考國內(nèi)湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系[10,11]，并根據(jù)生態(tài)健康評價指標(biāo)選取的原則[12]，從影響寧夏湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變化較大的生態(tài)指標(biāo)、功能指標(biāo)、社會環(huán)境指標(biāo)三個層面上，采取17個具體指標(biāo)作為寧夏湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標(biāo)體系，反映了完整的地表水生態(tài)系統(tǒng)狀況(詳見表1)。

表1 寧夏湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of lake ecosystem health in ningxia

2.2 評價標(biāo)準(zhǔn)確定

參考國內(nèi)的研究成果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13,14]，并結(jié)合寧夏引黃灌區(qū)實際情況，將湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)級別分出五級，為很健康、健康、亞健康、不健康、病態(tài)，各指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。綜合評價分值(W)與評價等級的關(guān)系為：很健康(0.8≤W≤1.0)，健康(0.6≤W<0.8)，亞健康(0.4≤W<0.6)，不健康(0.4≤W<0.6)，病態(tài)(0.2

表2 寧夏湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Water ecosystem health evaluation standard of lakes in Ningxia

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

在模糊綜合評判中，權(quán)重的確定是極其重要的，反映了各因素指標(biāo)在綜合評判過程中所占的比重，會影響到評判結(jié)果。本文在專家學(xué)者打分評價的基礎(chǔ)上，采用層次分析法，最終確定出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，詳見表3。

表3 各評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)Tab.3 Weight coefficient of each evaluation index

2.4 各指標(biāo)隸屬度確定

依據(jù)各湖泊實地調(diào)研資料以及水利、環(huán)保、林業(yè)部門等資料，對各湖泊進(jìn)行指標(biāo)隸屬度確定(以沙湖為例如表4)。

表4 沙湖健康評價指標(biāo)隸屬度Tab.4 Subordinate degree of Shahu lake health evaluation index

2.5 模糊綜合評判

2.5.1 隸屬度函數(shù)的構(gòu)建

模糊綜合評判[15]就是利用模糊變換原理和最大隸屬度原則，對多因素的模糊性現(xiàn)象進(jìn)行綜合考慮，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行決策評判。隸屬度函數(shù)的確定是模糊語言變量的定量描述，隸屬度函數(shù)是模糊集合論的基礎(chǔ)之一。以沙湖為例，依據(jù)各指標(biāo)隸屬度關(guān)系，建立隸屬關(guān)系矩陣為：

2.5.2 多級模糊綜合評價模型的構(gòu)建

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，可以得到如下權(quán)重向量：準(zhǔn)則層3項指標(biāo)的權(quán)重向量X=(0.493，0.194，0.313)；生態(tài)指標(biāo)層7個指標(biāo)權(quán)重向量為X1=(0.179，0.131，0.175，0.153，0.142，0.131，0.088)；功能指標(biāo)層3個指標(biāo)權(quán)重向量為X2=(0.333，0.444，0.222)；社會環(huán)境指標(biāo)層5個指標(biāo)權(quán)重向量為X3=(0.138，0.276，0.172，0.172，0.241)。根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)可以確定等級評分向量C=(1.0，0.8，0.6，0.4，0.2)。

利用公式Z=X×Y進(jìn)行模糊復(fù)合運算得到沙湖生態(tài)指標(biāo)Z1、功能指標(biāo)Z2、社會環(huán)境指標(biāo)Z3的生態(tài)健康評價值分別為：

Z1=X1×Y1=(0.175，0.426，0，0.398，0)

Z2=X2×Y2=(0，0.333，0，0.222，0.444)

Z3=X3×Y3=(0，0.241，0.344，0.276，0.138)

由上述結(jié)果可得到沙湖生態(tài)健康評價準(zhǔn)則層的模糊評價矩陣，因此沙湖生態(tài)健康綜合評價值為：

(0.086 3，0.350 1，0.107 7，0.325 7，0.129 3)

沙湖綜合評價分值為：

W=Z×CT=0.587 1

同理計算其他湖泊生態(tài)健康綜合評價值，計算結(jié)果見表5。

表5 重點湖泊濕地生態(tài)健康評價結(jié)果Tab.5 Ecological health evaluation results of key lakes

2.5.3 評價結(jié)果分析

(1)主要影響因子分析。從專家打分和層次分析的結(jié)果來看，指標(biāo)權(quán)重得分在準(zhǔn)則層的3個因素中，生態(tài)指標(biāo)所占份額最大，說明湖泊濕地水質(zhì)、補(bǔ)水保證率、植被、生物多樣性、富營養(yǎng)化程度、濕地面積及湖底淤積情況，對濕地生態(tài)系統(tǒng)健康水平的影響較大；其次是社會環(huán)境指標(biāo)，人類活動強(qiáng)度、周邊工業(yè)污染強(qiáng)度、污水處理率及實地管理情況等，也影響著濕地的生態(tài)健康。在指標(biāo)層的15個因素中，占比重最大的是水質(zhì)狀況、補(bǔ)水保證率、水質(zhì)凈化功能和周邊工業(yè)污染強(qiáng)度，說明這幾項對濕地生態(tài)健康的影響最為明顯。

從各指標(biāo)的隸屬度分析，制約主要湖泊濕地健康的疾病因子主要表現(xiàn)為：周邊工業(yè)污染、人類活動強(qiáng)度、水質(zhì)凈化功能、水體富營養(yǎng)化等原因。制約濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)特征的是湖泊濕地植被變化率、水質(zhì)以及水體富營養(yǎng)化程度，其次是湖泊濕地水源補(bǔ)給和湖泊濕地面積退化。

(2)綜合分析。根據(jù)綜合評分，沙湖、星海湖、閱海、騰格里湖為亞健康狀態(tài)，鳴翠湖和寶湖為健康狀態(tài)。亞健康所占比重程度比較大，說明了寧夏重點湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，需要采取相應(yīng)的措施，防止湖泊濕地生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。寧夏湖泊濕地經(jīng)過了近年來的綜合整治，退化狀況得到了逆轉(zhuǎn)，生態(tài)系統(tǒng)健康情況總體上有了明顯改善，但仍未到理想狀態(tài)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的因素是多方面的，主要原因有：

①多數(shù)湖泊沒有退水，湖水沒有流動性，加之寧夏蒸發(fā)量大，污染物逐漸聚集超出水體自凈能力，對水環(huán)境產(chǎn)生較大脅迫壓力，有水質(zhì)惡化風(fēng)險存在，濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性及功能的穩(wěn)定性受到破壞，極大地制約著整個濕地系統(tǒng)的健康發(fā)展。

②寧夏引黃灌區(qū)淺層地下水對湖泊的補(bǔ)給占比較大，因農(nóng)藥和化肥的大面積使用，以及區(qū)域內(nèi)工業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)的污水排放，造成淺層地下水的污染，從而對寧夏引黃灌區(qū)湖泊濕地的水質(zhì)和富營養(yǎng)化造成了嚴(yán)重的威脅。

③由于對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、功能等內(nèi)在特征還缺乏深入的認(rèn)識，保護(hù)和管理措施都比較粗放，造成了一些新的生態(tài)問題，如濕地植被退化、生物量下降、優(yōu)勢性植被減少等。

3 各湖泊生態(tài)健康管理建議

根據(jù)各個湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價的結(jié)果，分析各湖泊存在的主要問題，分別有針對性地提出各湖泊的管理建議。

3.1 星海湖

星海湖的綜合評分在6個湖泊中最低，水生系統(tǒng)境健康處于亞健康，面臨的各種威脅因子較多，9項指標(biāo)處于不健康狀態(tài)，其水質(zhì)差，一直處于劣Ⅴ類，水體中度富營養(yǎng)化，濕地生物種類單一，湖泊水體流動性弱，自凈能力差，周邊有污染源，人類活動強(qiáng)度較大，多種原因造成湖泊生態(tài)環(huán)境脆弱。在管理中，首先應(yīng)加強(qiáng)水文調(diào)控管理，限制水質(zhì)較差的溝道水排入湖內(nèi)，科學(xué)補(bǔ)排水，促進(jìn)湖泊水力流動；其次加強(qiáng)點源污染防控，限制魚類養(yǎng)殖、釣魚，加強(qiáng)湖泊生態(tài)保護(hù)宣傳，周邊工業(yè)污水、生活污水需處理達(dá)標(biāo)排放。

3.2 沙 湖

沙湖的生態(tài)系統(tǒng)健康健康評價處于亞健康，5項指標(biāo)處于不健康狀態(tài)，水質(zhì)較差，輕度富營養(yǎng)化，周邊污染源較多。沙湖是封閉水體，湖泊自凈能力差，生物多樣性減少，周邊農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，工業(yè)污水排放，通過地下水補(bǔ)給、溝道水滲漏對沙湖造成污染。管理中，首先應(yīng)加強(qiáng)水文調(diào)控管理，科學(xué)補(bǔ)排水，促進(jìn)湖泊水力流動；其次加強(qiáng)點源污染的管控，控制沙湖中燃油船的使用、加強(qiáng)生活污水的收集和處理、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)宣傳等；最后周邊農(nóng)業(yè)及工業(yè)污染，應(yīng)協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)卣訌?qiáng)管控。

3.3 閱 海

閱海的生態(tài)系統(tǒng)健康評價處于亞健康，8項指標(biāo)處于亞健康狀態(tài)，周邊植被擾動嚴(yán)重，土壤鹽漬化，植物生長受到嚴(yán)重影響，生物多樣性差單一。銀川市典農(nóng)河穿閱海而過，水體整體流動性較弱，典農(nóng)河的水質(zhì)直接影響閱海的水質(zhì)，因此閱海的管理與典農(nóng)河的管理密不可分。管理中，首先應(yīng)當(dāng)控制水質(zhì)較差的溝道水進(jìn)入典農(nóng)河，其次充分利用典農(nóng)河沿線3座污水處理廠的再生水，向典農(nóng)河補(bǔ)給水量，促進(jìn)水體流動，來提高水體的自凈能力，最后應(yīng)加強(qiáng)湖泊周邊鹽漬化土壤的治理，恢復(fù)濕地植被。

3.4 鳴翠湖

鳴翠湖的生態(tài)系統(tǒng)健康評價處于健康，在寧夏引黃灌區(qū)中屬于狀態(tài)較好的湖泊，但仍有3項指標(biāo)處于不健康，水體自凈能力較差，人類活動強(qiáng)度大，周邊污水處理率低，湖泊生態(tài)系統(tǒng)容易受到破壞，水質(zhì)變化波動較大。在管理中，應(yīng)注意旅游開發(fā)與濕地生態(tài)健康保護(hù)相協(xié)調(diào)，禁止水產(chǎn)養(yǎng)殖，建設(shè)生活污水收集及處理工程，同時可采用生物技術(shù)提升湖泊水體自凈能力。

3.5 寶 湖

寶湖的生態(tài)系統(tǒng)健康評價處于健康，近些年的治理工作取得了一些成效，寶湖湖水面積小，湖泊蓄水量小，水體封閉，湖泊易淤積，周邊市民活動較多，水體自凈能力差。在管理中，應(yīng)注意湖泊清淤工作，科學(xué)補(bǔ)水，禁止垂釣，對市民加強(qiáng)生態(tài)寶湖宣傳等。

3.6 騰格里湖

騰格里湖的生態(tài)系統(tǒng)健康評價處于亞健康，5項指標(biāo)處于不健康狀態(tài)，6項指標(biāo)處于亞健康狀態(tài)，其水質(zhì)差，一直處于劣Ⅴ類，水體中度富營養(yǎng)化，湖泊有一定的淤積，生活污水處理率較低。在管理中，首先應(yīng)控制水產(chǎn)養(yǎng)殖對湖泊水質(zhì)的直接污染，其次應(yīng)加強(qiáng)旅游區(qū)內(nèi)生活污水的收集與處理工作。

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