甘肅省黑河中游段河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價

王 娟，牛曉宇，孫亞玲

（甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心,甘肅 蘭州 730000）

澳大利亞、美國、英國等許多國家對于河流的健康評價,建立了相對成熟的調(diào)查方法與評價體系,我國也于2010年提出了《河流健康評估指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)與方法（試點工作用）》[1-2],用于指導(dǎo)全國河流健康評價試點工作,為我國河流健康評價提供重要參考[3]。河流健康評價的方法繁多,但是從評價理論上講主要分為兩大類,一類是預(yù)測模型,另一類是多指標(biāo)統(tǒng)計分析[4],兩種方法相比,前者主要通過單一物種的變化對河流健康狀況進行比較評價,且河流的任何變化都需反映到這一物種的變化上。如果河流的健康狀況受到破壞,但并未體現(xiàn)到這一物種的變化上,就無法反應(yīng)河流健康的真實狀況,而采用綜合指標(biāo)評價,則可以避免。因此本文從河流的水文水資源、物理形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物和社會服務(wù)功能五個方面對甘肅省黑河中游進行調(diào)查評估,再從每個方面選取相對重要的指標(biāo),采用模糊數(shù)學(xué)與層次分析方法相結(jié)合的分析方法進行健康評估[5],進而確定其不健康的主要表征,調(diào)查導(dǎo)致不健康的原因,提出修復(fù)與保護的建議,保障黑河中游水生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

黑河流經(jīng)青海省北部祁連山區(qū)、甘肅省河西走廊和內(nèi)蒙古自治區(qū)西部阿拉善各地,流經(jīng)范圍介于東經(jīng)98°～102°、北緯37°50'～42°40'之間。黑河干流以鶯落峽和正義峽為界,劃分為上中下游,正義峽以上為中游,河道長204 km。

2 研究方法

2.1 評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

黑河中游段河流健康評估指標(biāo)體系采用目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3級體系,其中目標(biāo)層是反映河流健康狀況的總體水平；準(zhǔn)則層是從不同方面反映河流健康狀況的屬性和整體水平；指標(biāo)層是根據(jù)上述原則選取17個指標(biāo)組成,定量為主,定性為輔。

表1 黑河健康評價指標(biāo)體系表

2.2 黑河評價指標(biāo)權(quán)重的確定方法

2.2.1 層次分析法

層次分析法是由美國著名的運籌學(xué)專家Saaty 首先提出的,它合理的將定性與定量的決策結(jié)合起來,按照決策者的思維和心理的規(guī)律將決策的整個過程展現(xiàn)出來。按照層次分析的步驟首先確定層次結(jié)構(gòu),將指標(biāo)進行兩兩比較建立判斷矩陣,通常使用9表度法。構(gòu)造的判斷矩陣應(yīng)該具有一致性,因此所有指標(biāo)構(gòu)建的判斷矩陣都要進行一致性檢驗,只有一致性矩陣,其最大特征值所對應(yīng)的特征向量歸一化之后可以代表指標(biāo)的排序權(quán)重。

（1）構(gòu)造判斷矩陣

設(shè)所要構(gòu)造的判斷矩陣為A=（aij）,其中元素aij的設(shè)定,根據(jù)下表所示的9標(biāo)度法確定兩兩指標(biāo)重要性。

表2 9度表法

（2）根據(jù)判斷矩陣來計算特征值和特征向量

（3）一致性檢驗

表3 一致性指標(biāo)

表4 河流健康評估分級表

2.2.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)方法,再具體使用的過程中,根據(jù)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)分散性,利用信息熵計算出各個指標(biāo)的熵權(quán),再根據(jù)各指標(biāo)對熵權(quán)進行修正,就可得到較為客觀的指標(biāo)權(quán)重。

（1）根據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)造水平矩陣：R=（rij）

（2）對水平矩陣R進行歸一化處理,同質(zhì)指標(biāo)采用公式（1）處理,已知指標(biāo)采用公式（2）：

（3）計算每個指標(biāo)的熵值Hj：

（4）計算每個指標(biāo)的熵權(quán)Wj：

（5）計算各個指標(biāo)的權(quán)重：

2.2.3 綜合權(quán)重的確定

綜合權(quán)重的確定運用簡單加權(quán)求和,主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法各占50%,利用公式：qi=0.5xi+0.5 Wi計算,進而得到綜合權(quán)重。

2.3 評價指標(biāo)綜合評分標(biāo)準(zhǔn)

河流健康評估采用分級指標(biāo)評分法,逐級加權(quán),綜合評分。河流健康分為5級（表4）：理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態(tài),河湖健康等級,類型,顏色代碼見表4。

綜合健康指數(shù)計算公式為：

式中：Sij為綜合健康指數(shù)；aij為標(biāo)準(zhǔn)化后的各指標(biāo)數(shù)值；qi為評價指標(biāo)的權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 水文水資源評估分析

水文水資源狀況評價為理想狀態(tài)。本準(zhǔn)則層包括徑流年際變差傾向率和生態(tài)流量兩個評價指標(biāo),評估河段選取的代表站為鶯落峽站和高崖站,徑流年際變差傾向率分別為0.0041、0.0038,表明黑河張掖鶯落峽—正義峽段徑流呈逐年上升趨勢,利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善。生態(tài)流量指標(biāo)中,鶯落峽段和高崖段均為汛期大于非汛期,總體生態(tài)流量滿足程度好。

3.2 物理形態(tài)評估分析

物理形態(tài)狀況評價為健康。分析結(jié)果表明評估河段河流形態(tài)基本處于穩(wěn)定狀態(tài),岸線植被覆蓋屬于高密度覆蓋,岸坡植被覆蓋度為鄰近基本穩(wěn)定,岸坡傾角屬于穩(wěn)定,岸坡高度變化介于次不穩(wěn)定和基本穩(wěn)定之間,河岸基質(zhì)屬于次不穩(wěn)定,河道屬于中度沖刷,綜合分析河岸穩(wěn)定性介于次不穩(wěn)定和基本穩(wěn)定之間。河岸帶寬度指數(shù)為本次評估新增指標(biāo),評估結(jié)果接近河岸帶寬度適中。評估河段影響河流連通性的水利設(shè)施均無過魚設(shè)施,影響了魚類的洄游、繁殖及索餌,限制了魚類生存空間。因無濕地的最新遙感解譯數(shù)據(jù),從更新的水域面積可以看出,2015年后黑河甘肅境內(nèi)水域面積出現(xiàn)大幅增長,間接反映出評估段天然濕地保留率也在逐年增長。2019年全國污染源普查數(shù)據(jù)顯示,評估河段入河排污口規(guī)范化建設(shè)率差,布局合理程度中等。通過梳理2020年水利部河長制督查暗訪問題清單中的“四亂”問題,雖然2020年12月底均已清零,但違規(guī)開發(fā)利用水域岸線程度仍然處于較高狀態(tài)。

3.3 水質(zhì)評估分析

水質(zhì)狀況處于理想狀態(tài)。水體自凈能力賦分100分,說明評估河段水體自凈能力好。

3.4 水生生物分析評估

水生生物狀況評價為健康狀態(tài)。魚類保有指數(shù)較低,底棲生物、浮游植物和浮游動物的多樣性指數(shù)均與2015年調(diào)查分析結(jié)果接近,表明近5年內(nèi)沒有明顯變化,可以確定生物狀況良好。綜合以上黑河水體生物多樣性的豐富性,生物狀況良好。

3.5 社會服務(wù)功能分析評估

社會服務(wù)功能狀況評價為理想狀態(tài)。通過分析2020年甘肅省生態(tài)環(huán)保廳提供的水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測代表斷面的監(jiān)測成果,評估河段內(nèi)水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率為理想狀態(tài)。依據(jù)2020年《甘肅省水資源公報》數(shù)據(jù),評估河段水資源開發(fā)利用狀況比較合理。根據(jù)2020年水利廳統(tǒng)計的已治理的城防段及農(nóng)防段的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù),評估河段防洪指標(biāo)均達標(biāo)。公眾滿意度指標(biāo)為本次評估新增指標(biāo),采用問卷調(diào)查的測評方式,調(diào)查對象為評估河段沿線城鎮(zhèn)生活居民及水利系統(tǒng)相關(guān)從業(yè)人員,調(diào)查結(jié)果為滿意。

3.6 綜合評估結(jié)論

從河流的水文水資源、物理形態(tài)、水質(zhì)狀況、水生生物、社會服務(wù)功能五個方面對黑河中游段河流健康情況進行全面評估,黑河中游段河流健康綜合賦分為83.4分,為理想狀況。賦分結(jié)果見表5。

表5 黑河張掖鶯落峽—正義峽段健康賦分結(jié)果

4 存在問題

4.1 河流縱向連通性差

本次評價河段為黑河張掖鶯落峽至正義峽,在204 km的評估河段內(nèi)共有兩個影響河流連通性的設(shè)施,分別為龍首一級電站和黑河草灘莊水閘樞紐進水閘。按照評估方法每百公里有多少個阻隔設(shè)施來算,河流縱向連通指數(shù)偏低,為20.8。若是評估整條黑河干流,則河流縱向連通指數(shù)將升高,影響黑河干流連通阻隔的水利工程只有這兩處。

4.2 魚類保有指數(shù)偏低

通過監(jiān)測及調(diào)查,對比歷史資料分析顯示,2015年的魚類保有指數(shù)為65%,2020年的為52.2%,魚類保有指數(shù)相比上一個評價年略有下降,可能與黑河干流連通性有關(guān),進而影響魚類的洄游、繁殖及索餌,限制了魚類的生殖環(huán)境（產(chǎn)卵場）有關(guān)。

5 建議

5.1 逐步開展水生態(tài)修復(fù)工作

水利工程對河道的阻隔明顯,影響河流的縱向連通性,進而影響魚類的洄游、繁殖。建議新修的水利工程中加修魚道,保障魚類的生存空間,保持黑河水生生物多樣性,遏制魚類資源退化。

5.2 加強水生態(tài)監(jiān)測,建立完整的水生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系

水生態(tài)監(jiān)測是做好河湖生態(tài)流量保障、水利工程過魚設(shè)施設(shè)計與建設(shè)、供水保障等水利工作的先決條件,也是研究摸清自然生態(tài)水文規(guī)律,實現(xiàn)系統(tǒng)思維管水治水,做好新發(fā)展階段水利工作的重要支撐。水利部多次要求開展水生態(tài)監(jiān)測,目前甘肅省農(nóng)業(yè)及其他部門均未開展此類監(jiān)測,水生態(tài)監(jiān)測體系不完善。建議加強水生態(tài)監(jiān)測,建立完整的水生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系。

5.3 加大宣傳教育力度鼓勵公眾參與河流健康保護

加強健康河流保護的宣傳工作,努力提高民眾的生態(tài)保護意識。保障人民群眾對河流健康評估的知情權(quán)、參與權(quán)、表達權(quán)和監(jiān)督權(quán),充分調(diào)動全民積極性,在全社會形成一個保護河流環(huán)境、節(jié)約水資源的良好風(fēng)氣。