基于生態(tài)完整性和社會(huì)服務(wù)功能的柏條河-府河河流健康評(píng)價(jià)

席浩郡 袁一斌 昝曉輝 李天宏,?

1.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100871; 2.國家環(huán)境保護(hù)河流全物質(zhì)通量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871;3.成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 成都 610072; ? 通信作者, E-mail: lth@pku.edu.cn

河流是地球上物質(zhì)循環(huán)和能量遷移的主要通道, 河流的健康狀況對(duì)人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響[1]。河流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)因自然與人類活動(dòng)的作用而不斷發(fā)生時(shí)空變化, 一旦這些變化超出河流系統(tǒng)自身負(fù)反饋調(diào)節(jié)能力, 河流健康就會(huì)受到損害[2]。因此, 如何以維護(hù)河流健康為目標(biāo)對(duì)河流進(jìn)行科學(xué)管理, 是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題?！昂恿鹘】怠币辉~最早由 Scrimgeour 等[3]提出, 認(rèn)為河流健康管理中應(yīng)該關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的完整性。健康的河流應(yīng)該是穩(wěn)定、完整、充滿活力和有彈性的[4]。隨著社會(huì)的發(fā)展, 河流健康管理關(guān)注的對(duì)象由自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)到受人類主導(dǎo)的社會(huì)–經(jīng)濟(jì)–自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[5], 認(rèn)為健康的河流除要符合所在流域特征的結(jié)構(gòu)、功能和生物多樣性, 對(duì)長期或突發(fā)的擾動(dòng)能保持彈性、穩(wěn)定性以及一定的自我恢復(fù)和適應(yīng)能力外, 還能持續(xù)地為人類提供社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能,包括供水、通航、行洪、輸沙、科研文化和景觀娛樂等[6]。

河流健康評(píng)價(jià)是河流健康管理的重要依據(jù), 通過建立指標(biāo)體系, 對(duì)河流現(xiàn)狀和問題進(jìn)行評(píng)價(jià)和診斷, 從而確立河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo), 并對(duì)修復(fù)過程進(jìn)行監(jiān)控, 為河流管理提供信息支撐。近年來, 河流健康評(píng)估方法的研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展, 學(xué)者們提出許多方法進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)[7], 包括歐盟水框架指令(WFD)、美國快速生物評(píng)價(jià)規(guī)程(RBPs)、澳大利亞溪流狀況指數(shù)(ISC)、英國河流無脊椎動(dòng)物預(yù)測(cè)分類系統(tǒng)(RIVPACS)和南非河流健康計(jì)劃(RHP)等。河流健康評(píng)價(jià)的方法一般分為生物指標(biāo)評(píng)價(jià)法和多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法。生物指標(biāo)主要包括浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲無脊椎動(dòng)物和魚類等水生生物, 能夠較好地反映水體健康的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)[8]。在河流水生生物的監(jiān)測(cè)中, 環(huán)境 DNA(eDNA)分析是一種快速且成本低效益高的生物多樣性監(jiān)測(cè)工具, 克服了傳統(tǒng)取樣的局限性, 采樣簡(jiǎn)便, 分析準(zhǔn)確度高, 在水生生物保護(hù)和管理方面有巨大的應(yīng)用潛力[9]。例如, Li 等[10]采用環(huán)境 DNA宏條形碼技術(shù), 揭示長江與太湖流域河流水質(zhì)與生態(tài)健康。然而, 由于社會(huì)–經(jīng)濟(jì)–自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性, 在空間和時(shí)間上均具有多樣的變量函數(shù),因此需要采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的方法為河流生態(tài)系統(tǒng)提供更加全面的評(píng)價(jià)。多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系通常包括物理形態(tài)、水質(zhì)、水文、水生生物和河岸帶等指標(biāo), 所選指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)可以通過歷史資料分析、實(shí)地調(diào)研監(jiān)測(cè)和遙感、GIS 等手段獲得, 再通過層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析、灰色關(guān)聯(lián)分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[11]多種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

成都平原岷江內(nèi)江水系是自然條件和人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果。近幾十年來, 快速城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中, 人類活動(dòng)對(duì)河流水系的影響尤其明顯,這些河流水系屬于典型的社會(huì)–經(jīng)濟(jì)–自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)前, 流域面臨斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)不穩(wěn)定、水資源開發(fā)強(qiáng)度大、水生態(tài)系統(tǒng)整體性需提升等問題。因此, 本文以流域中典型河流柏條河–府河為研究對(duì)象, 采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 建立滿足河流生態(tài)系統(tǒng)完整性和人類服務(wù)需求的河流健康評(píng)價(jià)方法, 分析不同河段河流健康水平和空間變化特征,以期為成都平原河流的可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù),并為其他深受人類活動(dòng)影響河流系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)探索新方法。

1 研究區(qū)概況

錦江流域, 又稱岷江內(nèi)江流域, 位于四川省成都市中部, 地勢(shì)西北高、東南低, 總面積約為 2380 km2。岷江是長江上游的一條重要支流, 經(jīng)都江堰水利工程分為內(nèi)、外二江, 內(nèi)江通過寶瓶口流入成都平原, 從天府新區(qū)黃龍溪出境, 流域概況如圖1所示。研究區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫為 17oC,年降水量約為 860 mm, 季節(jié)分配不均, 主要集中在 6—9月。錦江流域是成都市社會(huì)經(jīng)濟(jì)最集中的區(qū)域, 包括都江堰市、溫江區(qū)、郫都區(qū)、雙流區(qū)和天府新區(qū)成都直管區(qū)等 11個(gè)區(qū)。流域內(nèi)人口密集, 常住人口約占全市總?cè)丝诘?45%,全 流 域 GDP 為 1.03×104億元 , 約占全市 GDP 的60%。研究區(qū)域內(nèi)土地類型多樣, 以耕地和建設(shè)用地為主, 分別占 52.4%和 41.5%。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

柏條河是都江堰內(nèi)江四大干渠之一, 是成都市自來水六廠、七廠的主要水源河道。府河是古代成都通往中國沿海的黃金水道, 根據(jù)《成都港總體規(guī)劃》(草案), 成都港將成為四川省的重要港口, 主要發(fā)展旅游客運(yùn), 兼顧發(fā)展水上公交。府河亦匯合了成都市境內(nèi)其他的河流, 包括南河、沙河和江安河等。

2 研究方法

2.1 河流健康指標(biāo)體系構(gòu)建

河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)遵循系統(tǒng)性、完備性和可操作性相結(jié)合的原則[12]。本研究將河流健康評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的層次結(jié)構(gòu),目標(biāo)層為“河流健康”, 基于健康河流應(yīng)具備的生態(tài)環(huán)境功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能, 選取生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)為準(zhǔn)則層。每個(gè)準(zhǔn)則層由若干狀態(tài)層構(gòu)成, 每個(gè)狀態(tài)層由一個(gè)或若干具體指標(biāo)進(jìn)行表征。本文中指標(biāo)參考水利部《河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》[13]和文獻(xiàn)[11–12,14–21], 結(jié)合流域特征, 共選取 16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo), 建立河流健康評(píng)價(jià)體系。表1給出各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算依據(jù)和量化法。

表1 河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Index system of river health assessment

2.1.1 生境特征

生境特征主要表現(xiàn)在河流水文、水質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)上, 其中物理結(jié)構(gòu)包括河流本身的形態(tài)、河岸帶的形態(tài)以及河流周邊的土地利用。生態(tài)需水滿足程度反映河流水資源配置時(shí)生態(tài)用水的保障程度, 決定著河流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性, 是河流生態(tài)健康的核心[22]。因此, 選擇生態(tài)基流滿足程度作為水文評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于錦江流域河流的流量受人類影響劇烈, 大部分水文測(cè)站已不能反映天然徑流的狀況,且不能有效地進(jìn)行還原計(jì)算, 故水文變異值不納入評(píng)價(jià)指標(biāo)。水質(zhì)指標(biāo)中采用流域主要污染物的水質(zhì)綜合指數(shù)反映河流的污染程度, 對(duì)內(nèi)江流域地表水的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行篩選, 識(shí)別出主要污染物為氨氮、總磷和化學(xué)需氧量。此外, 采用溶解氧含量來反映河流生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能。水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面位置如圖1 所示。

選取河流縱向連通性作為河流形態(tài)指標(biāo), 用來表示生物、物質(zhì)、能量在河流縱向上運(yùn)移的通暢程度, 使用 Google Earth 軟件計(jì)算單位河長內(nèi)影響河流連通性的建筑物或設(shè)施數(shù)量[16]。河流生態(tài)緩沖帶是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要載體, 緩沖帶生態(tài)修復(fù)是《“十四五”重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》的重要工作。因此, 選取河岸帶穩(wěn)定性、河岸帶植被覆蓋率和河岸緩沖帶寬度作為河岸緩沖帶指標(biāo)。人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越深刻, 而土地利用強(qiáng)度是河流生態(tài)系統(tǒng)健康的第一位驅(qū)動(dòng)因素[23]。因此, 利用 ArcGIS 10.6 計(jì)算土地利用強(qiáng)度, 表征由自然因素和人為因素對(duì)河流健康雙重作用的結(jié)果。

2.1.2 生物群落

生物群落與生境的統(tǒng)一性是生態(tài)系統(tǒng)完整性的基本特征, 生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的主體, 生境是生物群落的生存條件[24]。藻類、底棲生物和魚類都是河流健康評(píng)價(jià)的重要指示物種, 對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)及維持生態(tài)系統(tǒng)平衡起重要作用[25]。Shannon-Wiener 指數(shù)綜合考慮群落的豐富度和均勻度, 數(shù)值越大, 表明群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和穩(wěn)定性越高, 生物多樣性越高[8]。本研究依托北京大學(xué)構(gòu)建的以環(huán)境樣品遺傳物質(zhì) eDNA 為核心的水生生物監(jiān)測(cè)技術(shù), 獲取研究區(qū)域內(nèi)藻類以及底棲動(dòng)物和魚類生物群落的多樣性與結(jié)構(gòu)特征, 并采用Shannon-Wiener指數(shù)表述藻類、底棲生物和魚類多樣性狀況。采樣點(diǎn)位置如圖1 所示。

2.1.3 社會(huì)服務(wù)

本文采用防洪工程措施達(dá)標(biāo)率來表征河流的輸水泄洪功能, 采用水資源開發(fā)利用率和萬元 GDP用水量來表征河流的供水功能。水資源開發(fā)利用率是判斷人類開發(fā)利用的水資源是否擠占生態(tài)用水的重要標(biāo)準(zhǔn), 萬元 GDP 用水量反映人類對(duì)水資源的利用效率[23], 這兩個(gè)指標(biāo)從不同方面間接地反映供水功能及其所受人類社會(huì)活動(dòng)的影響。采用公眾滿意度和水文化傳承載體數(shù)量分別反映河流的景觀娛樂功能和文化傳承功能。

2.2 河流健康評(píng)價(jià)模型

根據(jù)河流健康評(píng)價(jià)體系, 確定各單項(xiàng)指標(biāo)的現(xiàn)狀值。根據(jù)河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 將各指標(biāo)現(xiàn)狀值進(jìn)行量化打分, 優(yōu)、良、中、差和劣 5個(gè)級(jí)別分別對(duì)應(yīng)量化分值 5, 4, 3, 2 和 1。各指標(biāo)劃分方法包括: 1) 采取現(xiàn)有國家、地方、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn); 2) 結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)中相似研究區(qū)域的指標(biāo)分級(jí)情況; 3) 專家咨詢。表2 給出各指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)。

表2 河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation standard for river health

生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)均是河流健康的主要組成部分, 因此, 本研究采用等權(quán)的綜合指數(shù)法進(jìn)行健康評(píng)價(jià), 認(rèn)為生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)的權(quán)重相同, 每個(gè)準(zhǔn)則層內(nèi)的健康指標(biāo)權(quán)重相同。采用綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算河流健康評(píng)價(jià)指數(shù)(River Health assessment Index, RHI), 計(jì)算公式為

式中,Ii為第i個(gè)指標(biāo)的得分值,wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

將河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為健康、亞健康、中等、亞病態(tài)和病態(tài) 5個(gè)等級(jí), 見表3。

表3 河流健康狀況等級(jí)劃分表Table 3 Classification of river health status

2.3 河流分段

在河流健康評(píng)價(jià)中, 對(duì)于大中型河流, 由于涉及面積廣, 自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景差異大, 需要對(duì)河流進(jìn)行分段評(píng)價(jià)[28]。結(jié)合流域地貌形態(tài)、水文分區(qū)、水功能分區(qū)、土地利用狀況和行政區(qū)劃等, 將錦江流域的柏條河–府河河流分為 4 段(圖1),從上游到下游依次為柏條河(I)、府河上游(II)、府河中游(III)和府河下游(IV)。

從圖2 可以看出, 不同河段間生境特征指標(biāo)和社會(huì)服務(wù)指標(biāo)差別較大, 生物群落指標(biāo)差別較小。柏條河 N4, N10 和 N11 的賦值小于 3, 府河上游 N4,N12 和 N13 的賦值小于 3, 府河中游 N4, N8, N11 和N13 的賦值小于 3, 府河下游 N4, N10, N11, N12 和N13 的賦值小于 3。

圖2 指標(biāo)層得分Fig.2 Health score of index layer

3 結(jié)果與討論

3.1 單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分

對(duì)評(píng)價(jià)河段的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算, 不同河段指標(biāo)賦值情況如圖2 所示。

3.2 準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.1 生境特征

利用綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算各河段準(zhǔn)則層的健康指數(shù), 結(jié)果如圖3 所示, 可以看出, 柏條河–府河生境特征的健康指數(shù)取值范圍為 3.38~4.25。從河流健康分級(jí)情況(圖4)可以看出, 除柏條河的生境特征評(píng)價(jià)等級(jí)為健康以外, 其余河段的生境特征評(píng)價(jià)等級(jí)為亞健康。

圖3 柏條河-府河河流健康評(píng)價(jià)指數(shù)Fig.3 RHI of Baitiao-Fu River

圖4 柏條河-府河河流健康狀況分級(jí)Fig.4 Health status classification of Baitiao-Fu River

從水文指標(biāo)看, 各評(píng)價(jià)河段的生態(tài)基流滿足程度均大于 90%, 評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。從水質(zhì)指標(biāo)看, 柏條河–府河河流斷面水質(zhì)綜合指數(shù)范圍為 0.43~1.20,府河中下游斷面的水質(zhì)最差, 主要超標(biāo)污染物為氨氮和總磷。出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因是府河中下游流經(jīng)全市人口最為密集、商業(yè)最集中的中心城區(qū),南河、沙河、江安河和鹿溪河等支流沿程依次匯入。由于流域產(chǎn)污量大以及周邊區(qū)縣的污水收集處理率不高, 導(dǎo)致城鎮(zhèn)生活直排污水成為污染物的主要來源。此外, 受到降水影響, 雨季時(shí)非點(diǎn)源污染負(fù)荷增加, 導(dǎo)致河流污染物通量增加。府河設(shè)置較多的水閘和橡膠壩, 河流縱向連通性破壞嚴(yán)重, 對(duì)洄游魚類造成嚴(yán)重影響[29]。唐家璇等[16]對(duì)長江流域河流縱向連通性特征進(jìn)行分析, 結(jié)果表明, 近 60年來河流縱向連通性呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì), 評(píng)價(jià)等級(jí)為劣的河流主要為岷沱江、嘉陵江和洞庭湖水系,與本文對(duì)錦江流域中柏條河–府河的評(píng)價(jià)結(jié)果一致。結(jié)合實(shí)地勘查結(jié)果與遙感影像目視解譯, 對(duì)河岸帶穩(wěn)定性、護(hù)岸類型、河岸帶植被覆蓋率以及河岸緩沖帶寬度進(jìn)行分析。

柏條河以自然土質(zhì)岸坡為主, 河岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”, 植被覆蓋率大于 75%, 緩沖帶寬度 30 m。府河上游以自然土質(zhì)岸坡和生態(tài)護(hù)岸為主, 穩(wěn)定性較好, 植被覆蓋率為50%~75%, 緩沖帶寬度范圍為 20~50 m。府河中游位于中心城區(qū), 河流護(hù)岸以直立式漿砌石護(hù)岸為主, 河道渠化明顯, 穩(wěn)定性強(qiáng), 植被覆蓋率為 50%~75%, 河流臨近道路, 緩沖帶寬度范圍為 2~15 m。府河下游以自然土質(zhì)岸坡為主, 植被覆蓋率大于 75%, 左右兩岸的緩沖帶寬度均在 20 m 以上。但是, 受降水沖刷和水土流失的影響, 河岸穩(wěn)定性為河段中最差。

沿河流的兩岸向外延展 1 km[11]作為緩沖區(qū), 通過對(duì)遙感圖像進(jìn)行解譯, 獲得各土地利用類型的面積數(shù)據(jù), 各河段土地利用強(qiáng)度指數(shù)范圍為 3.31~4.88, 府河中游土地利用類型以城鎮(zhèn)用地為主(93.1%), 土地利用強(qiáng)度最大。柏條河和府河下游土地利用類型以耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)為主, 土地利用強(qiáng)度較小。

3.2.2 生物群落

采用環(huán)境 DNA (environmental DNA, eDNA)技術(shù), 對(duì)柏條河–府河采樣點(diǎn)的藻類、底棲動(dòng)物和魚類的生物多樣性進(jìn)行分析。在流域中檢出藻類 15門 35 綱 76 目 127 科 197 屬 329種 , 硅藻門(Bacilla

riophyta)、綠藻門(Chlorophyta)和隱藻門(Cryptophyta)在空間分布中占主要優(yōu)勢(shì)。流域中有底棲動(dòng)物共 6 門 8 綱 22 目 66 科 139 屬 192種, 優(yōu)勢(shì)科主要為搖蚊科(Chironomidae)、水?？?Hydridae)和水虻科(Stratiomyidae)等。流域中的魚類都屬于脊索動(dòng)物門條鰭魚綱, 共 7 目 20 科 28 屬 33種, 優(yōu)勢(shì)屬主要為鯉屬(Cyprinus)、頜須鮈屬(Gnathopogon)和云南鰍屬(Yunnanilus)等。

從圖3 可以看出, 柏條河–府河生物群落的健康指數(shù)取值范圍為 2.67~4.00, 府河上游的生物群落評(píng)價(jià)等級(jí)為健康, 柏條河和府河中游的生物群落評(píng)價(jià)等級(jí)為亞健康, 府河下游的生物群落評(píng)價(jià)等級(jí)為中等。從各斷面的環(huán)境 DNA 檢測(cè)結(jié)果看, 所有點(diǎn)位的藻類多樣性等級(jí)都在“中等”以上, 66.7%點(diǎn)位的底棲動(dòng)物多樣性等級(jí)在“中等”以上, 16.7%點(diǎn)位的魚類多樣性等級(jí)為“中等”, 其余點(diǎn)位魚類多樣性等級(jí)為“差”?？偟膩碚f, 多樣性指數(shù)較低的點(diǎn)位多位于府河中下游, 且多樣性指數(shù)有隨距離增加而衰減的趨勢(shì), 但變化幅度不大。

與文獻(xiàn)[30]對(duì)比, eDNA 技術(shù)相較于傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)可以識(shí)別出更多的物種, 促進(jìn)研究人員對(duì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的理解。此外, 要真正了解流域內(nèi)物理因子(溫度和流速等)、化學(xué)因子(溶解氧、氮磷和重金屬等)、生物因子(種內(nèi)種間的競(jìng)爭(zhēng)和捕食)和人為干擾(城市化以及閘壩建設(shè))等對(duì)物種多樣性和功能完整性的影響機(jī)制, 需要與傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)方法相結(jié)合, 獲得更全面的生物信息, 并需要進(jìn)行多次采樣調(diào)查分析。

3.2.3 社會(huì)服務(wù)

從評(píng)價(jià)結(jié)果看, 柏條河–府河社會(huì)服務(wù)的健康指數(shù)取值范圍為 3.40~4.20, 柏條河和府河中游的社會(huì)服務(wù)評(píng)價(jià)等級(jí)為健康, 府河上游和下游的社會(huì)服務(wù)評(píng)價(jià)等級(jí)為亞健康。

對(duì)于防洪指標(biāo), 中心城區(qū)的防洪措施達(dá)標(biāo)率已達(dá)到 100%, 府河上游和下游區(qū)域河段的防洪措施達(dá)標(biāo)率均小于 60%, 堤防建設(shè)長度仍有待加強(qiáng)。對(duì)于供水指標(biāo), 根據(jù)《成都市水資源公報(bào)》計(jì)算, 柏條河、府河上中下游的水資源開發(fā)利用率分別為35%, 143%, 332%和 93%, 府河的水資源開發(fā)利用率超過國際公認(rèn)的 40%的開發(fā)利用紅線[31]。柏條河以及府河上、中、下游的萬元 GDP 用水量分別為 52.2, 46.5, 9.3 和 39.9 m3, 除柏條河的評(píng)價(jià)等級(jí)為良外, 其他河段的評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。流域內(nèi)水資源可利用量包括本地水和岷江過境水, 而本地水資源時(shí)空分布不均: 在時(shí)間分配上, 豐水期和枯水期懸殊較大, 季節(jié)性缺水嚴(yán)重; 在空間分配上, 徑流深由西北向東南遞減, 缺少調(diào)蓄設(shè)施調(diào)節(jié)天然徑流[32]。岷江過境水資源豐富, 彌補(bǔ)了本地水資源的不足。但是, 受全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響, 河流水文條件發(fā)生較大的變化, 岷江上游來水減少[33]。

對(duì)于文化傳承指標(biāo), 根據(jù)《成都市城市總體規(guī)劃(2016—2035)》[34], 錦江流域河流具有豐富多樣的水文化。因此, 評(píng)價(jià)河段的水文化傳承體數(shù)量等級(jí)均為優(yōu)。受數(shù)據(jù)限制, 僅從水文化傳承載體數(shù)量對(duì)河流文化功能進(jìn)行評(píng)價(jià)具有一定局限性, 從水文化傳承、發(fā)展和創(chuàng)新等方面對(duì)河流文化功能進(jìn)行量化是未來研究的發(fā)展方向。對(duì)于景觀娛樂指標(biāo), 通過分發(fā)問卷, 對(duì)柏條河-府河的公眾滿意度進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括水質(zhì)、水生態(tài)、岸線衛(wèi)生、植被綠化和水文化宣傳等, 共收回 51 份有效問卷, 公眾滿意度范圍為 76.0%~98.0%。其中府河上游平均公眾滿意度最高(96.0%), 府河中游的公眾滿意度最低(81.7%)。在社會(huì)–經(jīng)濟(jì)–自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中, 河流景觀娛樂功能受多種因素影響。后續(xù)研究中應(yīng)從景觀格局異質(zhì)性和連通性、舒適宜居設(shè)施以及自然景觀保護(hù)設(shè)施等方面進(jìn)一步完善河流景觀娛樂功能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3 河流健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

本研究充分考慮河流健康內(nèi)涵和特征, 構(gòu)建基于生態(tài)完整性指標(biāo)和社會(huì)服務(wù)功能的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 較全面地反映河流系統(tǒng)自身運(yùn)行狀況和社會(huì)服務(wù)水平。所選各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)可以通過實(shí)地調(diào)研監(jiān)測(cè)、遙感、GIS 和環(huán)境 DNA 等手段獲得, 具有簡(jiǎn)潔明了、計(jì)算方便的特點(diǎn)。河流健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(圖3 和 4)表明, 各評(píng)價(jià)河段的健康指數(shù) RHI 范圍為 3.23~3.82, 根據(jù)各河段長度占總河長的比例, 確定權(quán)重, 得到柏條河–府河的 RHI 為3.55, 整體上處于亞健康水平, 尚未實(shí)現(xiàn)“人水和諧”的目標(biāo)。柏條河的河流健康狀況最好, 接近健康水平, 生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)的健康狀況均在“良”以上。由于柏條河是成都市的重要飲用水源地, 水資源保護(hù)、水生態(tài)保護(hù)等基礎(chǔ)設(shè)施均優(yōu)于其他河段。府河上游和中游健康狀況為“亞健康”, 府河下游的健康狀況最差, 接近中等水平, 其中生物群落的評(píng)分最低(2.67)。

總體來看, RHI 從上游到下游呈現(xiàn)沿程降低的趨勢(shì), 上游的健康狀況明顯好于中下游, 反映不同河段的河流健康水平存在空間異質(zhì)性, 表明人類活動(dòng)對(duì)河流系統(tǒng)健康狀況造成影響。歐陽莉莉等[35]選取水質(zhì)、生境和生物指標(biāo)對(duì) 2016年成都市河流健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià), 結(jié)果表明岷江上游河流的生態(tài)環(huán)境狀況良好, 中下游河流生態(tài)健康狀況等級(jí)為差或很差。評(píng)價(jià)結(jié)果與本文結(jié)果的趨勢(shì)大體上一致,也說明幾年來這一趨勢(shì)仍未改變。此外, 本文在生態(tài)完整性的基礎(chǔ)上增加了社會(huì)服務(wù)功能指標(biāo), 從復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的角度說明河流的健康水平, 本文的評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際情況, 具有較強(qiáng)的適用性與可靠性。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文基于河流健康的內(nèi)涵, 構(gòu)建基于生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)的河流健康評(píng)價(jià)體系, 從定量的角度評(píng)價(jià)錦江流域典型河流柏條河–府河的健康水平, 主要結(jié)論如下。

1) 不同河段間各生境特征指標(biāo)和社會(huì)服務(wù)指標(biāo)差別較大, 生物群落指標(biāo)差別較小。各河段生境特征、生物群落和社會(huì)服務(wù)的健康指數(shù)范圍分別為3.38~4.25, 2.67~4.00 和 3.40~4.20, 其中府河下游有5個(gè)指標(biāo)處于“差”或“劣”的狀態(tài)。

2) 河流健康綜合評(píng)價(jià)指數(shù)范圍為 3.23~3.82,健康狀況處于亞健康水平。河流健康評(píng)價(jià)指數(shù)呈現(xiàn)從上游到下游沿程降低的趨勢(shì), 反映不同河段的河流健康水平存在空間異質(zhì)性, 表明人類活動(dòng)對(duì)河流系統(tǒng)健康造成干擾。

3) 本文提出的河流健康評(píng)價(jià)框架采用遙感、GIS 和環(huán)境 DNA 等新型技術(shù)手段, 評(píng)價(jià)結(jié)果具有較強(qiáng)的適用性與可靠性, 可為柏條河–府河以及該地區(qū)類似河流的健康管理提供科學(xué)工具。

4.2 展望

河流這一復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜的分層等級(jí)結(jié)構(gòu), 評(píng)價(jià)尺度的不同會(huì)導(dǎo)致對(duì)河流各組成因素間相互作用規(guī)律產(chǎn)生不同的認(rèn)識(shí)。目前, 對(duì)河流健康評(píng)價(jià)的研究大多數(shù)以單條河流為主, 因此, 進(jìn)行河段–河流–流域的多尺度健康評(píng)價(jià)是未來研究的發(fā)展方向。

人類活動(dòng)是損害河流生態(tài)系統(tǒng)健康的主要原因, 基于河流健康評(píng)價(jià)模型識(shí)別影響河流健康的關(guān)鍵因素, 量化人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻(xiàn),揭示流域內(nèi)人類活動(dòng)影響河流生態(tài)健康的機(jī)制, 進(jìn)而采取針對(duì)性的河流保護(hù)和修復(fù)措施, 也是未來研究的重要內(nèi)容。

本研究提出的指標(biāo)體系是一個(gè)開放的體系, 在實(shí)際應(yīng)用時(shí), 可根據(jù)河流功能、管理需求和人類活動(dòng)方式等, 對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與完善。為全面掌握河流健康的變化, 進(jìn)一步探索河流健康的驅(qū)動(dòng)機(jī)制, 需要開展河流全物質(zhì)通量監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)庫建設(shè), 進(jìn)行長時(shí)間序列的河流系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。