基于綜合指標法的高原河流健康評價探討

（1.長江大學(xué)" 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北" 武漢" 430100；2. 水利部科技推廣中心，北京" 100038）

摘 要：氣候變化和人類活動對高原河流健康的影響日益加劇。結(jié)合藏東南地區(qū)實際情況，基于綜合指標法，從水量、水質(zhì)、生物、形態(tài)結(jié)構(gòu)等4個方面，選取7個指標構(gòu)建高原河流健康評價指標體系，采用層次分析法計算指標權(quán)重，對藏東南地區(qū)內(nèi)的金沙江（西藏段）、瀾滄江、怒江（那曲段）、帕隆藏布、尼洋河、察隅曲、雅魯藏布江和西巴霞曲等8條高原河流進行了健康評價。結(jié)果表明，瀾滄江的總磷指標和魚類保有指數(shù)指標欠佳，怒江（那曲段）的月均流量偏差指標和河流縱向連通指數(shù)指標欠佳，西巴霞曲的水量指標表現(xiàn)欠佳，金沙江（西藏段）的總氮指標欠佳，帕隆藏布的排污口密度指標欠佳。尼洋河、帕隆藏布、怒江（那曲段）、雅魯藏布江、金沙江（西藏段）和察隅曲等6條河流處于健康狀態(tài)，西巴霞曲和瀾滄江兩條河流處于亞健康狀態(tài)，藏東南地區(qū)河流總體呈健康狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：高原河流；健康評價；綜合指標法；層次分析法

中圖分類號：X824；TV213.4" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

0 引言

高原地區(qū)是地球上特殊而珍貴的自然資源區(qū)域。高原河流是高原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，作為重要的淡水資源供應(yīng)源，不僅對維持區(qū)域生態(tài)平衡和人類生活具有重要意義，也會對下游地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。由于氣候變化、人類活動和環(huán)境壓力等因素的影響[2]，高原河流的健康正面臨嚴峻的威脅。通過對高原河流進行健康評價，有助于闡明河流的健康現(xiàn)狀水平及預(yù)判未來可能出現(xiàn)的問題。

目前，河流健康評價的常用方法有預(yù)測模型法和綜合指標法[3]。預(yù)測模型法通過選擇參考點（無人為干擾或者人為干擾最小的樣點），建立理想情況下樣點的環(huán)境特征及相應(yīng)生物組成的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停容^觀測點生物組成的實際值與模型推導(dǎo)的預(yù)期值的比值，進行評價[4]。綜合指標法則通過對多類指標賦分加權(quán)后求和，開展評價[5]。綜合指標法能夠綜合多個單一指標，評價結(jié)果具有全面性[6]，通過將不同類型的數(shù)據(jù)整合到一個指標中，能夠減少數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，且允許根據(jù)實際情況調(diào)整不同指標的權(quán)重，使得評估結(jié)果更具針對性和靈活性[7]。因此本文選用綜合指標法。

本文以藏東南地區(qū)為研究對象，選取綜合指標法，構(gòu)建了包含水量、水質(zhì)、生物和形態(tài)結(jié)構(gòu)4個層級，以及多年平均流量、月均流量偏差、總氮、總磷、魚類保有指數(shù)、河流縱向連通指數(shù)和排污口密度共7個指標的指標體系，開展了金沙江（西藏段）、瀾滄江、怒江（那曲段）、帕隆藏布、尼洋河、察隅曲、雅魯藏布江和西巴霞曲等8條河流的單一指標分析及綜合評價分析。

1 研究地區(qū)概況

西藏自治區(qū)（簡稱“西藏”）地處青藏高原的西南部[8]，地勢高峻，平均海拔在4 000 m以上，被譽為“世界屋脊”[9]。西藏規(guī)模以上（河流流域面積1 000 km2以上，湖泊水面面積1 km2以上）河流有331條，湖泊有808個，呈現(xiàn)河湖數(shù)量多、分布廣的特點。西藏的地表水資源量為4 394億m3，約占全國河川徑流量的16.5%，水資源總量、人均水資源量均居全國之首[10]。據(jù)西藏信息中心資料，藏東南地區(qū)水能蘊藏量約占全區(qū)地表水資源的70%，水資源豐富。

藏東南地區(qū)涉及的行政區(qū)包括拉薩市、山南市、林芝市和昌都市，金沙江（西藏段）、瀾滄江、怒江（那曲段）、帕隆藏布、尼洋河、察隅曲、雅魯藏布江和西巴霞曲8條河流流經(jīng)此區(qū)域（見圖1）。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構(gòu)建

本文所采用的數(shù)據(jù)主要源于金沙江（西藏段）、瀾滄江、怒江（那曲段）、帕隆藏布、尼洋河、察隅曲、雅魯藏布江和西巴霞曲共8條高原河流上水文站2021年月均流量數(shù)據(jù)、2021年國家生態(tài)環(huán)境部監(jiān)測數(shù)據(jù)、2021年流域內(nèi)縣級政府單位的報告等。

評價指標體系構(gòu)建是河流健康現(xiàn)狀分析、問題識別、成因辨析等的基礎(chǔ)，其目的是通過篩選適宜的指標，全面反映河流的健康狀況，并識別和診斷影響河流健康的關(guān)鍵因素。參考水利部于2020年6月發(fā)布的《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》（SL/T 793—2020，以下簡稱《導(dǎo)則》）及相關(guān)研究[11-18]，以實現(xiàn)高原河流健康評價為目標，構(gòu)建以水量、水質(zhì)、生物和形態(tài)結(jié)構(gòu)為準則層，以多年平均流量、月均流量偏差、總氮、總磷、魚類保有指數(shù)、河流縱向連通指數(shù)和排污口密度為指標層的指標體系（見表1）。

（1）月均流量偏差。由于西藏水文站資料不完整，將年均流量偏差改為月均流量偏差（見式（1））。該指標能夠有效評估河流流量的穩(wěn)定性與持續(xù)性。

式中：F為月均流量偏差（m3/s）； 為月均流量（m3/s）；xi為第i個月的流量（m3/s）；n為12。

（2）魚類保有指數(shù)。評價現(xiàn)狀魚類種數(shù)與歷史參考點魚類種數(shù)的差異狀況。對于無法獲取歷史魚類監(jiān)測數(shù)據(jù)的評價區(qū)域，可采用專家咨詢的方法確定。調(diào)查魚類種數(shù)不包括外來魚種。魚類調(diào)查取樣監(jiān)測可按《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》（SL 167—2014）等魚類調(diào)查技術(shù)標準確定，計算公式為

式中：FOEI為魚類保有指數(shù)（%）；FO為河流調(diào)查獲得的魚類種類數(shù)量（種）；FE為1980年以前河流的魚類種類數(shù)量（種）。

（3）河流縱向連通指數(shù)。反映沿河建設(shè)工程對河流橫向連通的干擾情況，根據(jù)單位長度河流內(nèi)影響河流連通性的建筑物或設(shè)施數(shù)量評價，有生態(tài)流量或生態(tài)水量保障、有過魚設(shè)施且能正常運行的不在統(tǒng)計范圍內(nèi)，計算公式為

式中：LT為河流縱向連通指數(shù)（%）；N為河流內(nèi)影響河流連通性的建筑物或設(shè)施數(shù)量（個）；L為河長（km）。

（4）排污口密度。單位河長（100 km）排污口個數(shù)，反映人類對河流污染強度，計算公式為

式中：PW為河排污口密度（個/km）；B為單位長度河流岸邊建設(shè)的排污口建筑物的數(shù)量（個）；L為河長（km）。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

根據(jù)不同指標對于河流健康的趨向特點，將這些指標分為正向指標和負向指標，正向指標與河流健康之間是正向關(guān)系，按式（5）進行處理；負向指標與河流健康之間是負向關(guān)系，按式（6）進行處理。因魚類保有指數(shù)是以百分比來表達的，無量綱，具有普適性和可比性，在進行河流健康評價時，可以直接使用，無需再進行額外的無量綱化處理。

式中：x′ij為極差法處理后的數(shù)值；xij為指標原始數(shù)值；minxij為8條河流中最小的原始數(shù)值；maxxij為8條河流中最大的原始數(shù)值。

2.3 指標權(quán)重確定

層次分析法由是一種具有多層次、多目標的決策性分析方法[19]。首先，針對評價指標體系準則層和指標層分別進行重要性調(diào)查，得到不同層次的指標在整體評價中的相對重要性。再根據(jù)標度法（見表2）對調(diào)查結(jié)果進行量化，并構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣。最終對判斷矩陣進行一致性檢驗，通過計算特征向量的一致性指標（CI）和一致性比率（CR）來判斷判斷矩的一致性程度。如果CR值小于某個預(yù)定的閾值（通常取為0.1），則認為判斷矩陣具有較高一致性[20]。

2.4 評價標準

河流健康的綜合評級可根據(jù)《導(dǎo)則》所提供的分級標準進行細分，將河流按其健康狀況評價指數(shù)劃分為五個明確的等級：病態(tài)、不健康、亞健康、健康以及非常健康（見表3）。這種分級使河流健康狀態(tài)的評估更加系統(tǒng)化和精確化[21-22]。

3 高原河流健康評價

3.1 評價指標數(shù)據(jù)極差處理

多年平均流量和魚類保有指數(shù)為正向指標，月均流量偏差、總氮、總磷、河流縱向連通指數(shù)和排污口密度為負向指標。根據(jù)式（5）、式（6）處理得到極差處理得分數(shù)據(jù)（見表4）。

3.2 指標權(quán)重確定

在構(gòu)建目標層的評價指標體系時，參考《導(dǎo)則》中的權(quán)重劃分。對于河流健康評價而言，水量、水質(zhì)、生物以及形態(tài)結(jié)構(gòu)的重要性依次遞減。本研究建立判斷矩陣Q來計算各指標（B1、B2、B3和B4）的權(quán)重，見式（7）。

矩陣Q特征向量w=（1.863，1.109，0.644，0.384）T，最大特征根λmax=4.016。一致性檢驗指標CR=0.006＜0.1，檢驗結(jié)果合格。準則層指標權(quán)重見表5。

建立Q1、Q2和Q4判斷矩陣，如表6所示，計算得到對應(yīng)判斷矩陣的特征向量，再通過一致性檢驗，得到C1、C2、C3、C4、C6和C7權(quán)重（見表6）。

3.3 綜合健康評價

通過將河流各指標的極差處理得分與相應(yīng)的指數(shù)權(quán)重相乘并累加，得到金沙江（西藏段）、瀾滄江、怒江（那曲段）、帕隆藏布、尼洋河、察隅曲、雅魯藏布江和西巴霞曲等8條河流綜合健康評價得分及健康分類（見表7）。

4 結(jié)果分析

4.1 單指標分析

根據(jù)表4結(jié)果對各單指標進行分析。

多年平均流量指標中西巴霞曲得分位居最末。西巴霞曲所在的隆子縣年平均降雨量為223～326 mm，年平均蒸發(fā)量為1 758～2 116 mm，稀少的降雨量與較高蒸發(fā)量相并存[23]，這種氣候造成河流的補給水源減少，并加劇水分的蒸發(fā)速度，最終造成河流流量的顯著降低。

月均流量偏差指標中怒江（那曲段）得分位居最末。這主要是由于怒江（那曲段）在汛期的流量占全年的比重較大，同時年內(nèi)各季節(jié)之間的流量變化也極為顯著。流量的季節(jié)性集中以及顯著的季節(jié)差異，造成了年際徑流在時間分配上的不均，在月均流量偏差指標上的表現(xiàn)較差。

總氮指標中金沙江（西藏段）得分位居最末。金沙江（西藏段）流域范圍內(nèi)主要城鎮(zhèn)為各縣縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地，部分地區(qū)生活污水未經(jīng)集中處理直接排放，導(dǎo)致了水體中有機氮及各類無機氮化物的含量升高，使得金沙江（西藏段）的河水總氮含量上升。

總磷指標中瀾滄江得分位居最末，主要有兩個原因。一是瀾滄江干流內(nèi)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)未建設(shè)污水處理設(shè)施，也沒有排水溝渠，主要依賴旱廁作為主要衛(wèi)生設(shè)施。生活污水根據(jù)自然地形就近排放到附近的河流或地勢低洼的區(qū)域。二是瀾滄江流域的畜牧業(yè)相對較發(fā)達，主要采用散養(yǎng)方式。畜禽養(yǎng)殖的糞便污染物往往通過河流沖刷或降雨徑流進入水體。這兩個原因?qū)е铝松钗鬯廴疚锖托笄蒺B(yǎng)殖的糞便污染物進入水體，使河流中總磷含量增加。

魚類保有指數(shù)指標中瀾滄江得分最低。瀾滄江的水質(zhì)惡化、水污染、水體改變和棲息地破壞等因素都會對魚類的生存環(huán)境造成負面影響。這些因素導(dǎo)致魚類棲息地的減少和魚類棲息地適宜度的下降，限制了魚類的繁殖和生存，致使魚類種數(shù)下降。

河流縱向連通指數(shù)指標中怒江得分最低。怒江（那曲段）干流上目前已建成三座水電站，且這三座電站均未建設(shè)過魚設(shè)施，屬于影響河流連通性的建筑設(shè)施。

排污口密度指標中帕隆藏布得分最低。帕隆藏布干流上現(xiàn)有集中式排污口大部分設(shè)置較早，基本沒有辦理入河排污口設(shè)置論證和審批手續(xù)，導(dǎo)致排污口缺乏規(guī)劃和管理。

4.2 綜合評價分析

從河流的水量、水質(zhì)、生物、形態(tài)結(jié)構(gòu)等4個方面對藏東南地區(qū)的8條河流的健康情況進行了綜合評價，結(jié)果表明，雅魯藏布江、怒江（那曲段）、尼洋河、察隅曲、帕隆藏布、金沙江（西藏段）6個流域處于健康狀態(tài)，西巴霞曲和瀾滄江處于亞健康狀態(tài)。因此，藏東南地區(qū)河流總體呈健康狀態(tài)。綜合評價結(jié)果分布見圖2。

5 結(jié)論

基于河流健康的內(nèi)涵，構(gòu)建基于水量、水質(zhì)、生物和人類影響的河流健康評價體系，定量評價了藏東南地區(qū)的8條高原河流健康狀態(tài)。主要結(jié)論如下：

（1）單指標分析表明，瀾滄江的總磷指標和魚類保有指數(shù)指標欠佳，怒江（那曲段）的月均流量偏差指標和河流縱向連通指數(shù)指標欠佳，西巴霞曲的水量指標欠佳，金沙江（西藏段）的總氮指標欠佳，帕隆藏布的排污口密度指標欠佳。

（2）綜合評價分析表明，尼洋河、帕隆藏布、怒江（那曲段）、雅魯藏布江、金沙江（西藏段）和察隅曲等6條河流處于健康狀態(tài)，西巴霞曲和瀾滄江兩條河流處于亞健康狀態(tài)。

（3）藏東南地區(qū)河流總體呈健康狀態(tài)。

參考文獻：

[1] 璩偉卿，張博美，黃雪，等. 基于16S rRNA測序技術(shù)的青藏高原河流細菌群落多樣性[J]. 環(huán)境科學(xué)，2023，44（1）：262-271.

[2] 孫鴻烈，鄭度，姚檀棟，等. 青藏高原國家生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)[J]. 地理學(xué)報，2012，67（1）：3-12.

[3] 徐浩，彭輝，蘭峰，等. 基于層次分析法的龍溪河健康評價研究[C]//中國水利學(xué)會. 中國水利學(xué)會2021學(xué)術(shù)年會論文集第二分冊. 鄭州：黃河水利出版社，2021：51-60.

[4] 王國勝，徐文彬，林親鐵，等. 河流健康評價方法研究進展[J]. 安全與環(huán)境工程，2006，13（4）：14-17.

[5] 楊曉燕，王熾，吳甜，等.綜合多指標評價法在河流健康評價中的應(yīng)用研究綜述[J].人民珠江，2024，45（2）：84-89.

[6] NARDO M，SAISANA M，SALTELLI A，et al. Handbook on Constructing Composite Indicators：Methodology and User Guide[J].Organisation for Economic Co-operation and Development，2005（3）：64.

[7] 邱東.多指標綜合評價方法[J].統(tǒng)計研究，1990（6）：43-51.

[8] 戴特奇，郭凱菲，吳俊強，等. 西藏自治區(qū)公路建設(shè)對空間可達性和沿線景觀破碎度的影響[J]. 地理科學(xué)進展，2023，42（10）：1882-1890.

[9] 曹緒軍. 建設(shè)面向南亞開放通道視角下的西藏自治區(qū)與緬甸關(guān)系研究[J]. 時代經(jīng)貿(mào)，2023，20（7）：95-98.

[10] 羅平安，尹明玉，許永江. 西藏高原河湖管理范圍劃定對策研究[J]. 長江技術(shù)經(jīng)濟，2023，7（2）：32-37.

[11] 陳鶯燕. 《河湖健康評價指南（試行）》實際應(yīng)用與問題探討[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督，2022，30（11）：11-15.

[12] 洪藝銘，王冬梅，王智源，等. 蘇南運河水生態(tài)健康關(guān)鍵表征指標識別與綜合評價體系構(gòu)建[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2023，43（9）：407-417.

[13] 鐘亮欽. 基于多維度指標的河道健康監(jiān)測調(diào)查評價[J]. 水利科學(xué)與寒區(qū)工程，2023，6（4）：64-67.

[14] 田震，敖偲成，李先福，等. 高黎貢山南段河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志，2023，44（1）：25-33.

[15] 王鴻翔，桑明崎，查胡飛，等. 基于生態(tài)水文學(xué)法的湘江生態(tài)流量研究[J]. 人民長江，2019，50（8）：70-73

[16] SINGH P K，SAXENA S. Towards Developing a River Health Index[J]. Ecological Indicators，2018，85：999-1011.

[17] ZHANG X，MENG Y，XIA J，et al. A Combined Model for River Health Evaluation Based Upon the Physical，Chemical，and Biological Elements[J]. Ecological Indicators，2018，84：416-424.

[18] WANG S，ZHANG Q，YANG T，et al. River Health Assessment：Proposing a Comprehensive Model Based on Physical Habitat，Chemical Condition and Biotic Structure[J]. Ecological Indicators，2019，103：446-460.

[19] SAATY T L，BENNETT J P. A Theory of Analytical Hierarchies Applied to Political Candidacy[J]. Behavioral Science，1977，22（4）：237-245.

[20] 趙麗子，石林，喬祺，等. 基于層次分析法的城市河流健康綜合評價[J]. 河南水利與南水北調(diào)，2023，52（9）：6-8.

[21] 彭文啟. 河湖健康評估指標、標準與方法研究[J]. 中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2018，16（5）：394-404，416.

[22] 張祖鵬，張澤賢，劉思遠，等.太湖流域河流健康評價指標體系研究及應(yīng)用[J].人民長江，2023，54（11）：8-15.

[23] 金雄偉，馬國桃，張林奎，等. 藏南扎西康礦集區(qū)土壤鹽漬化空間分布及成因分析[J]. 沉積與特提斯地質(zhì)，2020，40（4）：83-94.

Discussion on Health Evaluation of Plateau Rivers Based on"Comprehensive Index Method

YANG Haiming1，LOU Yu2

（1. College of Resources and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2. Science and Technology Promotion Center of the Ministry of Water Resources，Beijing 100038，China）

Abstract：The impact of climate change and human activities on the health of plateau rivers are increasingly significant. In line with the actual conditions in southeast Tibet，we utilized comprehensive index method to establish a health evaluation index system consisting seven indicators of four aspects including water quantity，water quality，biota and morphological structure for plateau rivers. We employed the analytic hierarchy process （AHP） to calculate index weights，and assessed the health conditions of eight plateau rivers in southeast Tibet：the Jinsha River （Tibet section），the Lancang River，the Nujiang River （Naqu section），the Parlung Tsangpo River，the Nyang River，the Chayu River，the Yarlung Zangbo River，and the Xibaxia River. Results revealed unsatisfactory indicators as follows：the total phosphorus index and fish retention index of the Lancang River，the average monthly flow deviation index and longitudinal connectivity index of the Nujiang River （Naqu section），the water quantity index of the Xibaxia River，the total nitrogen index of the Jinsha River （Tibet section），and the discharge outlet density index of the Parlung Tsangpo River. Six rivers including the Nyang River，the Parlung Tsangpo River，the Nujiang River （Naqu section），the Yarlung Zangbo River，the Jinsha River （Tibet section），and the Chayu River were in healthy state，while the Xibaxia River and the Lancang River were in a sub-healthy state. Rivers in southeast Tibet were generally in a healthy condition.

Key words：plateau rivers；health assessment；comprehensive index method；analytic hierarchy process

作者簡介：楊海明，男，碩士研究生，主要從事水環(huán)境方面研究工作。 E-mail：16637662814@163.com