鄂西北箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度綜合評價

李 雙 喜，龔 旭 昇，耿 旭，姬 俊 虎

(1.長江水利委員會 長江流域水土保持監(jiān)測中心站，湖北 武漢 430010； 2.湖北科技學院 核技術(shù)與化學生物學院，湖北 咸寧 437100； 3.鄖西縣水土保持局，湖北 十堰 442600)

0 引 言

開展生態(tài)清潔小流域清潔程度綜合評價是生態(tài)清潔小流域建設(shè)效果后評價的需要，也是科學編制生態(tài)清潔小流域建設(shè)方案的重要基礎(chǔ)[1]。黨的“十九大”報告中全面闡述了加快生態(tài)文明體制改革、建設(shè)美麗中國的戰(zhàn)略部署，作為深入貫徹落實國家生態(tài)文明建設(shè)理念及新時期治水思路的重要一環(huán)，生態(tài)清潔小流域綜合評價在生態(tài)清潔小流域建設(shè)驗收及指導等方面具有重要作用[2]。

早在20世紀70年代，歐美等發(fā)達國家已經(jīng)開始研究小流域生態(tài)清潔健康評價，學者們基于當?shù)氐沫h(huán)境特點從系統(tǒng)綜合的角度，主要借助水質(zhì)、河流形態(tài)結(jié)構(gòu)、河岸帶、河流水文結(jié)構(gòu)以及水生生物來監(jiān)測評估小流域清潔狀況[3-4]。國內(nèi)關(guān)于生態(tài)清潔小流域綜合評價的研究起步較晚，2007年吳敬東[5]構(gòu)建了北京市生態(tài)清潔小流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標體系，該體系以水土流失與面源污染狀況、點源污染狀況以及河流健康狀況3個層次評價生態(tài)清潔小流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，但是并未對生態(tài)清潔小流域整體做出綜合性評價。2014年馬文鵬等[6]對北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度進行分級評價，該研究從坡面、溝道以及村莊選取了8個指標構(gòu)建生態(tài)清潔小流域評價標準，但是標準中的各指標賦分區(qū)分度較低，僅有“1分”和“0分”兩種得分項[7]。2017年李璐等[7]從生態(tài)、社會以及經(jīng)濟3個方面來構(gòu)建小流域綜合治理效益評價體系，對丹江口庫區(qū)小流域水土保持綜合效益進行了評價，但該研究僅涉及水土保持方面的指標。近幾年關(guān)于小流域生態(tài)清潔度綜合評價的研究已經(jīng)成為了熱點，學者們在川南以及東北等多地運用不同的評價指標體系進行了探索，但這些研究對于水生態(tài)環(huán)境方面的指標關(guān)注較少[8-9]。目前，湖北省已經(jīng)探索了一些符合當?shù)貙嶋H的生態(tài)清潔小流域建設(shè)模式，同時也取得了一定的實踐成果，分別在丹江口庫區(qū)、三峽庫區(qū)、大別山區(qū)和武陵山區(qū)等水土流失重點區(qū)域開展了生態(tài)清潔小流域建設(shè)。然而對于如何評價小流域生態(tài)清潔程度，使其為生態(tài)清潔小流域建設(shè)提供參考和驗收依據(jù)，這方面的工作還有待完善[10-11]。

箭流鋪小流域地處鄂西北，是漢江一級支流歸仙河的一條支流，屬丹江口庫區(qū)及上游國家級水土流失重點預防區(qū)范圍，是漢江流域加快實施最嚴格水資源管理制度試點工作中選擇的典型小流域之一，開展箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度綜合評價對該區(qū)域生態(tài)清潔小流域建設(shè)具有積極推動作用。而且箭流鋪小流域也是湖北省規(guī)劃建設(shè)的100多條生態(tài)清潔小流域之一，鑒于湖北省計劃在2030年之前還將建設(shè)400多條生態(tài)清潔小流域，開展箭流鋪小流域清潔程度評價對提高湖北省生態(tài)清潔小流域建設(shè)質(zhì)量具有指導作用[12]。但到目前為止，關(guān)于湖北省小流域清潔程度綜合評價等研究還很缺乏。本次研究改進了2017年生態(tài)清潔小流域監(jiān)測及后評價初探中的監(jiān)測評價方法[13]，以箭流鋪作為生態(tài)清潔小流域建設(shè)的典型區(qū)域，利用野外調(diào)查與監(jiān)測、“3S”技術(shù)及實驗室分析等方法，開展箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度綜合評價，以期為箭流鋪生態(tài)清潔小流域后續(xù)建設(shè)方案編制提供決策依據(jù)，同時也可為湖北省其他小流域生態(tài)清潔程度綜合評價提供參考。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于距湖北省鄖西縣城25 km處的河夾鎮(zhèn)境內(nèi)，與十堰市鄖陽區(qū)的青曲鎮(zhèn)交界，地理位置為110°32′48″～110°36′54″ E，32°51′27″～33°0′52″ N，屬侵蝕剝蝕形成的中低山地貌。該地區(qū)屬北亞熱帶大陸性季風氣候區(qū)，多年平均氣溫16 ℃，≥10 ℃年積溫5 060 ℃，多年平均降雨量790 mm，土壤類型有黃棕壤、石灰土和水稻土，黃棕壤面積占80%以上。箭流鋪小流域集雨區(qū)面積23.63 km2，涉及魏家埡、箭流鋪2個行政村的部分區(qū)域，小流域呈條形狀，最高海拔620 m，最低海拔150 m。

2 研究方法與數(shù)據(jù)源

本次研究的小流域調(diào)查、監(jiān)測及綜合評價主要參照李雙喜等[13]生態(tài)清潔小流域監(jiān)測及后評價初探中的方法實施，該方法從人類社會和自然環(huán)境兩方面選取10個指標構(gòu)建生態(tài)清潔小流域后評價指標體系，選取的指標較為全面、有較強的區(qū)分度，監(jiān)測及計算方法科學、可操作性強，但也存在未經(jīng)過實踐檢驗以及部分指標不合理等問題。該方法中需要改進的指標是水土流失綜合治理率和小流域出口水環(huán)境質(zhì)量。水土流失綜合治理率僅考慮了小流域中水土流失治理面積在水土流失面積中的占比，并不能客觀反映實施水土流失治理措施后的最終效果。本次研究以水土保持率作為水土保持綜合治理的效果評價指標，其計算公式為：水土保持率=區(qū)域內(nèi)水土保持狀況良好的面積(非水土流失面積)/區(qū)域國土總面積×100%，其相應的指標分級標準見表1。

表1 改進后的生態(tài)清潔小流域后評價指標分級標準Tab.1 Improved classification standards of post-evaluation indicators for ecological and clean small watersheds

另一個需要改進的指標是小流域出口水環(huán)境質(zhì)量。原評價方法依據(jù)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的標準限值評定水環(huán)境質(zhì)量等級，即單因子評價法，該評價方法反映的是地表水中的最差污染物情況，對于地表水等級的綜合評判具有局限性，不能客觀反映小流域出口水環(huán)境質(zhì)量的整體狀況，因此本次研究參考張新鈺等[14]的F值評分法取代單因子評價法，對小流域出口水環(huán)境質(zhì)量進行綜合評定(見表1)。

依據(jù)箭流鋪小流域2016年調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別對植被覆蓋率(0.5 m高分辨率遙感影像解譯)、河溝道生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(現(xiàn)場調(diào)查)、小流域出口水環(huán)境質(zhì)量(現(xiàn)場采樣和實驗室分析)、水土保持率(0.5 m高分辨率遙感影像解譯)、村鎮(zhèn)生活污水處理率(現(xiàn)場調(diào)查和資料收集)、村鎮(zhèn)生活垃圾處置率(現(xiàn)場調(diào)查和資料收集)、畜禽養(yǎng)殖污水處理率(現(xiàn)場調(diào)查和資料收集)、畜禽養(yǎng)殖固廢資源化率(現(xiàn)場調(diào)查和資料收集)、農(nóng)藥化肥施用系數(shù)(現(xiàn)場調(diào)查和資料收集)、公眾參與度(走訪調(diào)查問卷)等10個指標開展評價，按照生態(tài)清潔小流域后評價指標分級標準逐項賦分，并通過各項指標權(quán)重計算出各項指標得分和小流域綜合得分，最后進行小流域生態(tài)清潔程度綜合評價分級。

3 綜合評價結(jié)果

3.1 各項指標評分結(jié)果

3.1.1植被覆蓋率

根據(jù)2016年箭流鋪小流域遙感解譯數(shù)據(jù)可知，箭流鋪小流域土地總面積2 362.50 hm2，其中林地面積1 076.90 hm2，占總面積的45.58%；草地面積960.50 hm2，占總面積的40.66%。植被覆蓋率為86.24%，本項評分為10分(見圖1)。

3.1.2河溝道生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

2016年河溝道水文地貌調(diào)查結(jié)果顯示，箭流鋪小流域主河道長15.79 km，人工漿砌護岸長度為2 752 m，占主河道的17.43%，均為寬型護岸。橫向攔擋建筑物有4處，無水流阻斷現(xiàn)象。沿河居民集中居住區(qū)存在少量垃圾傾倒和生活污水排入現(xiàn)象，無采石采砂現(xiàn)象。根據(jù)河溝道自然指數(shù)評分標準，評分80分。河溝道水生植物多樣性調(diào)查結(jié)果顯示，箭流鋪小流域水生植物共計11科19屬24種，其中挺水植物22種，漂浮植物1種為滿江紅，沉水植物1種為水馬齒。根據(jù)河溝道生物多樣性指數(shù)評分標準，評分48分。最后根據(jù)兩項評分綜合計算，箭流鋪小流域河溝道生態(tài)環(huán)境指數(shù)為0.67，本項評分為4分。

3.1.3小流域出口水環(huán)境質(zhì)量

在箭流鋪小流域出口布設(shè)水質(zhì)取樣點，分別于2016年的枯水期(3月)、豐水期(9月)和平水期(11月)對TP、TN、NH3-N、COD等4項水環(huán)境指標進行監(jiān)測(見表2)。根據(jù)“F值評分法”的計算方法，綜合評定小流域出口水質(zhì)“F值”為4.6分，因此本項評分為4分。

表2 2016年箭流鋪小流域出口采樣點水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果Tab.2 The water quality monitoring results of the outlets of the Jianliupu small watershed in 2016

3.1.4水土保持率

根據(jù)鄖西縣水土保持局統(tǒng)計資料，2012～2015年湖北省發(fā)改委和水利廳批復并實施了安家項目區(qū)小流域綜合治理工程和清潔小流域治理工程，安家項目區(qū)覆蓋了箭流鋪村和魏家埡村兩個行政村范圍，實施的措施主要包括：新建排灌溝渠4.73 km、沉沙池27個、田間道路1.69 km、谷坊16座、水土石壩1座以及河堤3.16 km；同時坡改石坎糧梯、坡耕地造生態(tài)林、坡耕地造經(jīng)濟林、荒山造生態(tài)林和封禁治理面積分別為28.62，33.96，200.36，79.47 hm2以及2 057.19 hm2。2016年箭流鋪小流域遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，小流域水土流失面積為5.38 km2，占土地總面積的22.77%(見圖2)。其中輕度流失占流失總面積的45.7%，中度流失占43.54%，強烈流失占8.14%，極強烈流失占1.91%，劇烈流失占0.71%。因此箭流鋪小流域水土保持率為77.23%，本項評分為4分。

3.1.5村鎮(zhèn)生活污水處理率

調(diào)查結(jié)果顯示，箭流鋪小流域主要污染來源為生活污水。該流域已建潛流式人工濕地2處，并且對45戶的生活污水進行了集中處理，小流域集雨區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)戶為495戶，因此生活污水處理率約為10%，本項評分為2分。

3.1.6村鎮(zhèn)生活垃圾處置率

目前，箭流鋪小流域生活垃圾清運主要以村為單位，兩個行政村生活垃圾年生產(chǎn)總量約為2 500 m3，垃圾運輸車定時將生活垃圾轉(zhuǎn)運到鎮(zhèn)上集中處理，處理量為2 000 m3/a，村鎮(zhèn)生活垃圾處置率為80%，本項評分為10分。

3.1.7畜禽養(yǎng)殖污水處理率

調(diào)查結(jié)果顯示，箭流鋪小流域沒有畜禽養(yǎng)殖企業(yè)，均為農(nóng)戶自家散養(yǎng)，極少將養(yǎng)殖污水直接排入河溝道，畜禽養(yǎng)殖污水處理率按照85%以上評分標準賦分，本項評分為8分。

3.1.8畜禽養(yǎng)殖固廢資源化率

通過走訪調(diào)查和資料收集，箭流鋪小流域沒有畜禽養(yǎng)殖企業(yè)，畜禽養(yǎng)殖固廢以堆肥的方式還田，畜禽養(yǎng)殖固廢資源化率在90%以上，本項評分為8分。

3.1.9農(nóng)藥化肥施用系數(shù)

根據(jù)河夾鎮(zhèn)2016年農(nóng)村經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計年報數(shù)據(jù)，箭流鋪小流域涉及的兩個行政村作物種植面積為725.13 hm2(10 877畝)，其中糧食作物種植面積為506 hm2(7 590畝)，占總作物種植面積的70%；經(jīng)濟作物種植面積為3 287畝(219.13 hm2)，占總作物種植面積的30%。糧食作物主要種植小麥、玉米、土豆、紅薯及各種豆類作物，經(jīng)濟作物主要種植油菜、花生、芝麻、煙葉和各類蔬菜等。化肥使用總量約為290 t，農(nóng)藥使用總量約為0.13 t。根據(jù)種植面積和化肥農(nóng)藥施用總量進行計算，箭流鋪小流域化肥施用強度為400 kg/hm2，農(nóng)藥施用強度為0.17 kg/hm2，箭流鋪小流域農(nóng)藥化肥施用系數(shù)為0.81，本項評分為8分。

3.1.10公眾參與度

在箭流鋪小流域內(nèi)隨機走訪調(diào)查53人，其中知情或參與了箭流鋪生態(tài)清潔小流域建設(shè)的有46人，公眾參與度為87%，本項評分為8分。

3.2 生態(tài)清潔程度綜合評價結(jié)果

根據(jù)箭流鋪小流域10項指標單項評分結(jié)果，按照各項指標權(quán)重系數(shù)，計算出箭流鋪小流域綜合得分為63.8分(見表3)。依據(jù)文獻中生態(tài)清潔程度評價標準[13]，2016年箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度評價結(jié)果為較清潔。

表3 箭流鋪小流域綜合評價得分Tab.3 Comprehensive evaluation score calculation table of Jianliupu small watershed

4 箭流鋪小流域后續(xù)建設(shè)的重點

評價結(jié)果顯示，河溝道生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)中的河溝道水生植物多樣性、小流域出口水環(huán)境質(zhì)量、水土保持率、村鎮(zhèn)生活污水處理率等指標評分較低是箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度不高的主要原因，在后續(xù)建設(shè)中可針對這幾個重點問題，采取相應措施，進一步提高小流域生態(tài)清潔程度。

4.1 修復河溝道水生植物多樣性

在箭流鋪小流域范圍內(nèi)，應擴大人工束寬河道濕地面積，修復水域與陸域緩沖地帶，增加河溝道生物多樣性，提高河流的自凈能力，盡量選擇鄉(xiāng)土種進行濕地的恢復，水域內(nèi)可栽種穗花狐尾藻、輪葉黑藻、苦草等沉水植物和荇菜、田字萍等漂浮植物，河岸灘可種植香蒲、蘆葦、苔草等挺水植物[15]。

4.2 提高小流域水土保持率

利用“3S”技術(shù)將箭流鋪小流域精確劃分為生態(tài)修復區(qū)、坡耕地修復區(qū)、坡面治理區(qū)、坡耕地治理區(qū)、農(nóng)田治理區(qū)、村鎮(zhèn)綜合治理區(qū)及河(溝)道周邊整治區(qū)等7個不同水土流失特征的區(qū)域[16-17]，再依據(jù)各分區(qū)的實際情況，尊重小流域自然稟賦，科學制定預防治理方案，因地制宜實施水土流失防治措施，最大限度提高小流域水土保持率，實現(xiàn)減少水土流失面積、降低水土流失強度、提高水土保持生態(tài)功能的小流域水土保持高質(zhì)量發(fā)展目標[18]。

4.3 提高村鎮(zhèn)生活污水處理能力

在箭流鋪小流域農(nóng)戶集中居住區(qū)增加生活污水處理設(shè)施的資金投入，宜選擇方法簡單、操作方便、運行費低的處理工藝，一般采取三格化糞池、沼氣池、潛流式人工濕地、天然濕地、穩(wěn)定塘等措施，根據(jù)每日污水收集量合理選擇技術(shù)設(shè)計參數(shù)，污水經(jīng)過處理后需達到GB3838-2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類水質(zhì)標準后方可排入河道[19-20]。

4.4 提高小流域出口水環(huán)境質(zhì)量

小流域出口水環(huán)境質(zhì)量是各種自然和社會因素綜合影響的結(jié)果，也是小流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的直觀反映。本研究表明，村鎮(zhèn)生活污水處理率低、水土保持率不高和河溝道水生植物物種不豐富是箭流鋪小流域出口水環(huán)境質(zhì)量差的直接原因，需采取上述有效措施改進。同時，小流域內(nèi)農(nóng)藥化肥施用情況也是影響小流域出口水質(zhì)的重要因素，因此需持續(xù)提高箭流鋪小流域農(nóng)藥化肥施用的監(jiān)管水平，適當調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，減少面源污染對水質(zhì)的影響[21]。

5 結(jié) 論

(1)評價結(jié)果顯示，河溝道水生植物多樣性、小流域出口水環(huán)境質(zhì)量、水土保持率、村鎮(zhèn)生活污水處理率等指標評分較低是箭流鋪小流域生態(tài)清潔程度不高的主要原因。因此豐富河溝道水生植物多樣性、提高小流域水土保持率、提升村鎮(zhèn)生活污水處理能力以及改善小流域出口水環(huán)境質(zhì)量是箭流鋪小流域后續(xù)建設(shè)的重點。

(2)采用水土保持率和F值評分法分別替換原評價方法中的水土流失綜合治理率和單因子評價法能夠增加評價方法的科學性和綜合性，運用改進后的方法對箭流鋪小流域的生態(tài)清潔程度開展綜合評價，其評價等級為“較清潔”，研究結(jié)果可為箭流鋪生態(tài)清潔小流域后續(xù)建設(shè)方案編制提供重要參考。