漢江漢中平川段河流健康評價研究

曹永翔,寇曉梅,周明濤

(1中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065 ；2.陜西省“四主體一聯(lián)合”河湖生態(tài)系統(tǒng)保護與修復(fù)校企聯(lián)合研究中心,西安 710048 ；3.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 前 言

河流健康概念起源于20世紀80年代后期，國外普遍認為，從生態(tài)系統(tǒng)層面出發(fā)，一個健康的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定和可持續(xù)的，即生態(tài)系統(tǒng)隨著時間進程有活力而且能維持其組織及自主性，受外界脅迫后容易恢復(fù)。國內(nèi)以董哲仁[1]為代表的學(xué)者認為，河流健康評價是一種實施生態(tài)管理的有用工具，并與國內(nèi)學(xué)者吳阿娜、劉昌明、楊文慧等將河流健康重新定義為河流健康是河流生態(tài)系統(tǒng)的一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，河流系統(tǒng)能夠維持其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性，充分發(fā)揮其自然生態(tài)功能，并滿足人類社會合理需求，提供相應(yīng)的社會服務(wù)功能[2-4]。

2012年國務(wù)院印發(fā)的“關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見(國發(fā)〔2012〕3號)”要求定期開展河湖健康評估工作[5]。在當前水利發(fā)展新階段，堅持以“十六字”治水思路為指導(dǎo)，推動水利高質(zhì)量發(fā)展，保持河流健康無疑應(yīng)該擺在重要的位置。漢江漢中平川段是南水北調(diào)中線工程和陜西省引漢濟渭工程水源地，隨著區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，水生態(tài)系統(tǒng)受到一定程度的脅迫。本文針對漢江漢中平川段，采用層次分析法，從河流的生物、化學(xué)以及形態(tài)特征等方面逐級加權(quán)，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)，分析評價漢江河流健康狀況，為建設(shè)“水清岸綠、生態(tài)健康、自然優(yōu)美、人水和諧”的幸福漢江提供科學(xué)的依據(jù)。

1 項目區(qū)概況

漢江平川段西起勉縣武侯鎮(zhèn)，東至洋縣小峽口，干流長約119.5 km，流域面積1.42萬km2，沿線主要匯入支流有27條，主要包括褒河、漾家河、堰河、濂水河、冷水河、湑水河、酉水河等。漢江在此段河谷開闊，地勢平坦，東西狹長呈橢圓狀，發(fā)育有寬廣的沖積漫灘和I級～Ⅳ級階地，屬平原次穩(wěn)定河段。漢江平川段地處華中北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，受地形條件影響，形成了獨特的秦巴山區(qū)氣候特征，氣候具有溫暖濕潤，夏無酷熱，冬無嚴寒，雨熱同季的特點。

區(qū)域植被具有植物種類繁多、區(qū)系成份復(fù)雜、植被類型多樣和垂直結(jié)構(gòu)明顯等特點。其中秦嶺南坡山地隨海拔升高一般可分為混有常綠落葉樹種的落葉闊葉林帶、針葉-落葉闊葉混交林帶、樺木林帶、冷杉林帶和落葉松林帶。漢江谷地植被幾乎全為農(nóng)田或荒坡，農(nóng)作物以水稻、小麥、油菜為主，其次為薯類、豆類、花生等。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

調(diào)查內(nèi)容通過收集資料、現(xiàn)場踏勘量測、與專家座談及利用遙感影像對比分析相結(jié)合的方法進行，同時針對河段突出問題開展典型調(diào)查和重點調(diào)查。河流生境形態(tài)現(xiàn)狀利用遙感衛(wèi)片解譯，結(jié)合資料收集分析獲得。水質(zhì)現(xiàn)狀收集了漢中平川段干流2014年勉縣梁西渡、城固南柳渡和洋縣蒙家渡3個斷面的水質(zhì)監(jiān)測資料及褒河、濂水河、冷水河、湑水河、漾家河、堰河、文川河和南沙河等支流設(shè)置的8個斷面的水質(zhì)監(jiān)測資料，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析該河段的水質(zhì)狀況。水生生物現(xiàn)狀利用中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司聯(lián)合西安理工大學(xué)及陜西省動物研究所在漢江勉縣武侯鎮(zhèn)至洋縣小峽口河段的調(diào)查結(jié)果。漢江平川段水系及水質(zhì)調(diào)查點分布見圖1。

圖1 漢江平川段水系及水質(zhì)調(diào)查點分布

2.2 河段健康評價方法

借鑒國外河流健康評價標準及國家水環(huán)境質(zhì)量標準，結(jié)合調(diào)查河段河流環(huán)境特征，采用層次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)，從河流的生物、化學(xué)以及形態(tài)特征等方面對河流健康狀況進行逐級加權(quán)，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)，對漢江漢中平川段河流健康進行評價。該類方法能夠較為客觀全面的反映河流健康狀況，缺點在于評價標準較難確定[6]。

2.3 河流健康評價的標準確定

河流健康的評價需要選取一個基準狀態(tài)作為參照，不同研究者的研究角度不同，對參照狀態(tài)認識也存在差異，總體上將參照狀況分為最小干擾狀態(tài)(MDC)、歷史狀態(tài)(HC)、最低干擾狀態(tài)(LDC)或者是可達到的最佳狀態(tài)(BAC)4種類型。

由于河流健康標準是一個人類標準，對河流健康的理解不同，其健康標準也會不一樣[7]。其中最小干擾狀態(tài)(MDC)理解為基本不受人為活動干擾的狀態(tài)，在目前人類活動高度發(fā)達的情況下，這個狀態(tài)幾乎不存在。歷史狀態(tài)(HC)是過去某一時段的狀態(tài)，受限于資料數(shù)據(jù)的完整性和獲取難度，適應(yīng)性不高。最低干擾狀態(tài)(LDC)為選取研究河流相對干擾程度小的河段作為基準，采用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，具有較好的適應(yīng)性?？蛇_到的最佳狀態(tài)(BAC)為經(jīng)過技術(shù)和管理手段治理后所能達到的最好狀態(tài)，帶有預(yù)測和期望性質(zhì)，也具有較強的可操作性。

本研究采用最低干擾狀態(tài)(LDC)作為基準狀態(tài)，漢江漢中平川段漢惠渠上游約3.0 km范圍為漢江漢中平川段的上游，人為干擾少，因此把該河段作為參照狀態(tài)，將評價河段指標值與該段相應(yīng)指標進行比較，開展健康評價。

2.4 表征因子識別

健康評價體系分為3個層次，最高級為河流健康綜合指數(shù)，反映河流健康的總體狀況，分為水文、形態(tài)、河岸帶緩沖區(qū)、水體理化性質(zhì)以及水生生物5個一級指標，再下面細化為20個二級指標。

給各項指標賦以相應(yīng)的權(quán)重，各項指標權(quán)重反映了各指標在綜合評判過程中所占的地位或所起的作用，直接影響評價的結(jié)果。根據(jù)李鳳清[8]等人的研究，定權(quán)選用系統(tǒng)工程理論中廣泛使用的層次分析法，對健康評價指標體系中的指標賦以權(quán)重，河流健康評價指標詳見表1。

表1 河流健康評價指標及權(quán)重表

2.5 評價指標確定及賦值

本次評價過程對比評價指標與參照河段的差值，越接近參照河段得分越高，健康狀況越好。

2.5.1水文指標

河流水文指標分為水流速度、河流流量和水利工程干擾3個指標，綜合反映河流的氣候特征、地表覆蓋特征及受人工水利設(shè)施的干擾程度。水文指標的賦分詳見表2。

表2 河流水文指標賦分表

漢江干流漢中平川段水流流速在0.3～4.07 m3/s,河道沿線流速隨河床形態(tài)變化；河道水面覆蓋受沿線閘壩工程攔擋、河道采砂堆積影響年內(nèi)變化較大，水面覆蓋率75%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響。漢江漢中平川段沿線各支流，由于從河源至河口途徑山地、丘陵以及平原地帶，受地形地貌及河床比降影響，流速不均；漾家河、褒河、湑水河等流域面積在100 km2以上的支流受水利水電工程調(diào)度影響，年內(nèi)水量變化較頻繁，水面覆蓋率75%～99%。其余較小支流受水利工程調(diào)度影響不大，水流流速及水量變化均不大。

2.5.2河流形態(tài)指標

河流形態(tài)指標分為河道底質(zhì)、蜿蜒度、河道改變程度、河岸結(jié)構(gòu)、河岸穩(wěn)定程度和河床穩(wěn)定程度6項指標，反映了河流地貌形態(tài)發(fā)展變化情況。形態(tài)指標的賦分詳見表3。

表3 河流形態(tài)指標賦分表

漢江漢中平川段河床為沙質(zhì)河床，河床底質(zhì)多由原生基巖、亂石或卵石組成。河流彎曲率為1.19，屬順直微彎河道；河段河床平均比降0.85‰(勉縣段1.0‰，漢中段0.8‰，城固段0.55‰，洋縣段0.5‰)，河道呈寬淺狀，水流平緩，由于該段河道以淤積為主，河道內(nèi)形成許多微地貌形態(tài)，如沙洲和江心洲等發(fā)育。漢江干流漢中平川段隨著大部分堤防及河道整治工程的實施，使河道的主流歸順，橫向侵蝕減弱，河道橫向變形受控，侵蝕較小，除城固縣的史家灘、巨家灘和江灣灘展寬幅度較大以外，河床的平面形狀基本上是穩(wěn)定的。

2.5.3河岸帶緩沖區(qū)指標

河岸帶緩沖區(qū)指標分為河岸帶寬度、植被覆蓋度、生境類型3個指標，河岸帶緩沖區(qū)是河流水域與陸地物質(zhì)、能量交換的過渡區(qū)域，具有顯著的邊緣效應(yīng)，反映了水陸兩域的健康情況。河岸帶緩沖區(qū)指標的賦分詳見表4。

表4 河岸帶指標賦分表

漢江干流漢中平川段及沿線支流河岸帶緩沖區(qū)平均寬度大于1倍河寬，緩沖區(qū)植被覆蓋度60%～80%，植被種類較多，達4～6種，緩沖區(qū)生境類型主要為灌木、灌叢及未利用地。

2.5.4水體理化性質(zhì)指標

水體理化性質(zhì)指標采用總氮、氨氮、總磷、溶解氧和化學(xué)需氧量5項指標，反映水體的水質(zhì)情況。依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，將Ⅰ、Ⅱ類水賦分值為4分，Ⅲ類水賦分值為3分，Ⅳ類水賦分值為2分，Ⅴ類水賦分值為1分，劣Ⅴ類水賦分值為0分。水體理化指標的賦分詳見表5。

表5 水體理化指標的賦分表

結(jié)合現(xiàn)場踏勘及收集的水質(zhì)監(jiān)測資料分析，除小河、尖山溝和濂水河水質(zhì)較差外，漢江干流漢中平川段及沿線支流水質(zhì)總體良好，溶解氧指標總體達到Ⅰ類水標準，總氮、總磷和化學(xué)需氧量指標總體達到Ⅱ類水標準，氨氮指標總體達到Ⅲ類水標準。

2.5.5水生生物指標

水生生物指標分為物種多樣性、豐富度和均勻度3個指標。大型底棲無脊椎動物的群落特征對于反映河流的污染程度有較好的指示性，因此利用大型底棲無脊椎動物的生物多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)來評價，其中生物多樣性指數(shù)采用的是Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)，水生生物指標賦分詳見表6。

表6 水生生物的賦分表

除堰溝河和文川河古道因下游河道斷流，水生生物量少外，漢江干流漢中平川段及沿線支流大型底棲動物種類較多，生物多樣性較高，水中浮游植物多達188種，底棲動物由節(jié)肢動物門、軟體動物門、環(huán)節(jié)動物門、扁形動物門等組成。

3 結(jié)果與分析

河流健康評價采取二級指標評分、一級指標評分和河流健康綜合評分3個層次依次獲得。首先確定二級指標得分，二級指標得分與各自權(quán)重加權(quán)獲得一級指標評分，5個一級指標評分之和作為河流健康綜合評分，按照分值共劃分為0～49、50～69、70～89、90～100四個等級，對應(yīng)河流健康狀況為病態(tài)、不健康、亞健康和健康。漢江干流平川段及支流健康評價指數(shù)分值見圖2。

圖2 漢江干流平川段及支流健康評價指數(shù)分值

河流水文指標中，漢江干流漢中平川段各斷面流速不均，河道沿線流速隨河床形態(tài)變化,河道水面覆蓋率55%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響，該項指標健康狀況良好。河流形態(tài)指標中，由于河段河床基本均為沙質(zhì)河床，河道砂卵石以2～156 mm為主，河道兩岸大部分已采用建筑材料防護，河岸穩(wěn)定，有少量區(qū)域存在明顯侵蝕；漢江干流因采砂、修筑水庫等活動均存在挖深河道等現(xiàn)象，破壞河流形態(tài)，但河床總體穩(wěn)定，存在一定的退化現(xiàn)象。河岸帶指標中，漢江干流絕大部分區(qū)域河岸帶緩沖區(qū)寬度較寬，植被類型以多種類灌草混生為主，局部分布較大面積的喬木林帶，植被覆蓋度達到60%～80%。水體理化指標中，2014年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析顯示，雖然各監(jiān)測斷面水質(zhì)指標都能滿足水功能區(qū)劃要求的水質(zhì)標準，但部分河段尤其是支流仍有生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放或處理不達標排放，直接影響局部河段水質(zhì)為Ⅴ類水或劣Ⅴ類水。水生生物指標中，河段生物多樣性指數(shù)>3，物種豐富度>80，物種均勻度在60%～80%。

對各項指標賦值加權(quán)得到各河流的健康綜合評分，干流平川段及其沿線27條主要支流中，大部分河流處于健康狀態(tài)，漢江干流、堰溝河、濂水河、汶川河古道河健康現(xiàn)狀為亞健康狀態(tài)。漢江干流漢中平川段健康綜合指數(shù)88分，呈亞健康狀態(tài)，需采取一定的生態(tài)修復(fù)措施恢復(fù)到相對健康狀態(tài)。

4 結(jié) 論

(1) 采用分級指標評分法，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)對漢江漢中平川段河流健康進行評價，河流水文指標、河岸帶緩沖區(qū)指標和水生生物指標相對較好，基本處于健康狀態(tài)。

(2) 評價指標中的河流形態(tài)指標處于呈亞健康狀態(tài)，部分河流水體理化性質(zhì)指標處于不健康水平。

(3) 河流健康綜合評分88分，整個平川段河流總體呈亞健康狀態(tài)。

漢江作為漢中人民的母親河，在改善人民生活環(huán)境質(zhì)量，美化城區(qū)環(huán)境，維護漢中市經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定等方面具有不可替代的作用，需要根據(jù)健康評價結(jié)果，科學(xué)開展生態(tài)修復(fù)建設(shè)，讓漢江保持生態(tài)活力，成為造福人民的幸福河。