趙鵬宇，馮文勇＊，步秀芹，崔嬙，張俊卿，劉秀麗

（1.忻州師范學(xué)院 旅游管理系，山西 忻州034000；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西 南寧530000；3.忻州師范學(xué)院 地理系，山西 忻州034000）

生態(tài)健康是在20世紀(jì)80年代興起的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。生態(tài)系統(tǒng)健康學(xué)被認(rèn)為是在傳統(tǒng)的自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和健康科學(xué)相互交叉和綜合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新學(xué)科。近年來(lái)，許多學(xué)者和專家［1，2］從不同方面論述了河流生態(tài)系統(tǒng)健康的概念，其概念也逐漸明朗化，即指河流生態(tài)系統(tǒng)在保持物理、生物及化學(xué)上的完整性的基礎(chǔ)上，且能夠維持其對(duì)人類社會(huì)提供的各種服務(wù)功能。河流生態(tài)系統(tǒng)健康研究主要集中于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)模型等方面［3～12］。對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究，眾多研究成果［13～16］表明河流生態(tài)系統(tǒng)可以用水環(huán)境指標(biāo)、河岸帶結(jié)構(gòu)以及生物體五個(gè)要素來(lái)表達(dá)；對(duì)評(píng)價(jià)方法和模型的研究主要分為兩類，即多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法和生物監(jiān)測(cè)法，關(guān)于河流健康多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)研究方法的應(yīng)用較多，主要有綜合健康指數(shù)法、模糊層次綜合評(píng)價(jià)法、模糊概率評(píng)價(jià)法等。這些方法都有各自的特點(diǎn)和不足，本文根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源及完整性采用綜合健康指數(shù)法，在參考戶作亮［17］對(duì)海河流域平原21條河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上對(duì)具體指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，開展對(duì)滹沱河忻州段河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，以期為科學(xué)管理河流生態(tài)系統(tǒng)提供依據(jù)，為滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)模式提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 滹沱河忻州段概況

滹沱河是海河流域子牙河水系兩大支流之一，滹沱河發(fā)源于山西省忻州市繁峙縣東北泰戲山麓的橋兒溝村，滹沱河干流全長(zhǎng)587km，在忻州市境內(nèi)長(zhǎng)260km；滹沱河流域面積24 690km2，在忻州市境內(nèi)流域面積為11 936km2，流經(jīng)繁峙、代縣、原平、忻府、定襄、五臺(tái)六個(gè)縣（市、區(qū)），在定襄縣嶺子底村出境。滹沱河支流較多，呈羽狀分布于中上游山區(qū)。忻州段境內(nèi)支流有清水河、陽(yáng)武河、云中河、牧馬河、峨河、峪口河等。在河流形態(tài)和河道特征方面表現(xiàn)為：溝壑密度大，水系發(fā)育；坡陡流急，河流侵蝕切割嚴(yán)重。滹沱河在忻州段屬典型的游蕩型河流，主槽擺動(dòng)頻繁，河勢(shì)變化散亂，尤其具有暴漲暴落的洪水過(guò)程及洪、枯水流量變化較大等水文特征。本段內(nèi)的河道呈“S”型，上游116km為河谷型河道，沿程縱坡變化較大；下段為平原型河道，兩岸平坦開闊河床寬淺，見圖1。

圖1 滹沱河忻州段示意圖Fig.1 The schematic diagram of Xinzhou in Hutuo River

滹沱河忻州段水環(huán)境的特點(diǎn)是水環(huán)境容量較小，且具有季節(jié)差異性，流域內(nèi)明顯為夏雨型，汛期流量占到全年的70%以上，加之水利工程的截留，春末夏初農(nóng)業(yè)灌溉大量引水，多數(shù)河段長(zhǎng)時(shí)間斷流，水環(huán)境容量基本為零，同時(shí)一些城區(qū)河段實(shí)際上變?yōu)槲鬯疁希瑖?yán)重地威脅著周圍的生態(tài)環(huán)境。滹沱河水資源主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水。根據(jù)界河鋪水文站的監(jiān)測(cè)，近55年來(lái)河水逐漸減少：1954—1959年平均為5.95億m3，1960—1969年平均為3.55億 m3，1970—1979 年 平 均 為 2.53 億 m3，1980—1989年平均為1.66億 m3，1990—1999年平均為1.89億 m3，2000—2010年平均為0.94億m3。據(jù)1997—2005年界河鋪水文站流量資料顯示，滹沱河平均河干天數(shù)為202d。由此可見，滹沱河生態(tài)環(huán)境是非常脆弱的。

1.2 研究方法

河流健康是一個(gè)動(dòng)態(tài)的相對(duì)模糊的概念，而綜合評(píng)價(jià)能較好地解決這種帶有模糊性質(zhì)的問(wèn)題。該法一般是通過(guò)實(shí)測(cè)、估算和調(diào)查獲得各項(xiàng)指標(biāo)的現(xiàn)狀值并將其按一定的方法量化，然后按一定的模型加權(quán)合成計(jì)算出河流的健康指數(shù)值。具體步驟如下：①確定各指標(biāo)的現(xiàn)狀值，②各指標(biāo)現(xiàn)狀值的無(wú)量綱化，③確定各指標(biāo)的權(quán)重，④綜合計(jì)算健康指數(shù)值。即

式中：E為綜合健康指數(shù)，此值代表河流的健康現(xiàn)狀；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)總數(shù)，i為各指標(biāo)的無(wú)量綱化值；Wi為各指標(biāo)的權(quán)重。綜合健康指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果是一個(gè)具體的數(shù)值，較為直觀，便于記憶，評(píng)價(jià)過(guò)程較簡(jiǎn)單，易于操作和使用。

2 河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

由于海河流域內(nèi)河流的配置特點(diǎn)等存在相似性，本文在海河水利委員會(huì)對(duì)海河流域21條河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合滹沱河生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，建立滹沱河忻州段的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系。滹沱河生態(tài)的主要問(wèn)題是：水量減少、水質(zhì)惡化、生物多樣性被破壞?？紤]指標(biāo)的簡(jiǎn)明性、獨(dú)立性以及數(shù)據(jù)的可得性，從水質(zhì)、水量、生物狀況、水體連通性4個(gè)方面選取河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，見圖2。

圖2 河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)Fig.2 The index of river ecological system health evaluation

河流健康作為一個(gè)相對(duì)概念，評(píng)價(jià)河流的健康狀態(tài)需要一個(gè)河流的基準(zhǔn)狀態(tài)作為參照點(diǎn)。根據(jù)滹沱河水利工程大規(guī)模建設(shè)時(shí)間，把滹沱河水資源利用大致分為2個(gè)時(shí)期，1954—1979年為閘壩興建前期，1980—2010年為閘壩興建后期，來(lái)對(duì)比2個(gè)時(shí)期滹沱河流域閘壩興建前后河流水量變化（見圖3）。滹沱河在尚未受水利工程等影響的1954－1979年段，徑流量較大，7－9月份汛期建庫(kù)前后徑流量之比達(dá)到1∶4，由此可見建庫(kù)前水文情勢(shì)比較穩(wěn)定，同時(shí)自然的生態(tài)系統(tǒng)受到的干擾較小，生態(tài)功能較為完整，在數(shù)據(jù)可得的范圍內(nèi)，可以把閘壩興建前生態(tài)水平做為生態(tài)環(huán)境健康的參照，見圖3。

圖3 滹沱河閘壩興建前后年內(nèi)徑流量變化情況Fig.3 The change of the diameter of the river flux between before and after building the gate and dam

指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。對(duì)難以準(zhǔn)確定量表達(dá)的定性指標(biāo)，以分值閾0～20、21～40、41～60、61～80、81～100代表5個(gè)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)。定量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)則借鑒滹沱河河道歷史資料、相關(guān)研究成果與國(guó)家適用標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多區(qū)域?qū)Ρ确治龃_定，見表1。河流生態(tài)健康分為5個(gè)級(jí)別：瀕于崩潰、病態(tài)、亞健康、基本健康和健康，具體指標(biāo)的計(jì)算與權(quán)重的確定參照戶作亮［16］等學(xué)者的方法，水量、水質(zhì)、生物、連通性指標(biāo)權(quán)重分別為 0.29、0.49、0.17、0.05。

水量指標(biāo)：本文選擇相對(duì)干涸長(zhǎng)度、相對(duì)干涸天數(shù)、相對(duì)斷流天數(shù)、年平均流量偏差率為分指標(biāo)來(lái)量化水量指標(biāo)的具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。參考特納（Tennant）法［17］，各水期流量平均值占多年平均流量的100%～61%、60%～41%、40%～21%、20%～10%，分別對(duì)應(yīng)為最佳、較好、尚可、較差狀態(tài)，10%和5%為可忍受的最小流量和極端最小流量。

水質(zhì)指標(biāo)：目前國(guó)內(nèi)對(duì)于地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法已經(jīng)比較成熟，參考國(guó)家對(duì)各水質(zhì)項(xiàng)目的規(guī)定，采用單因子指數(shù)及內(nèi)梅羅方法，計(jì)算得到相關(guān)水質(zhì)指數(shù)的數(shù)值。

生物指標(biāo)：生物狀況是河流生態(tài)健康的重要表征，國(guó)外雖然有PIVPACS，AUSRIVAS等方法能預(yù)測(cè)河流理論上應(yīng)該存在的生物量，但這些方法僅考慮了大型無(wú)脊椎動(dòng)物，并且有數(shù)據(jù)不易取得、計(jì)算方法復(fù)雜等缺點(diǎn)。本研究中，對(duì)于生物指數(shù)，主要依據(jù)生物多樣性，尤其是魚類種群結(jié)構(gòu)、河灘植被覆蓋率等，將其生物指數(shù)分為生物絕跡、生物物種單一、生物多樣性一般、生物多樣性較豐富、生物多樣性豐富5個(gè)等級(jí)分別對(duì)應(yīng)5個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)0～20、21～40、41～60、61～80、81～100。

連通性指標(biāo)：由于滹沱河流域多出于灌溉蓄水、洪水調(diào)度的考慮而在河流上興建水閘水壩，對(duì)于河流流動(dòng)、自凈，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。本研究采用河流上每百公里大、中型閘壩個(gè)數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水體的連通性情況。連通性指數(shù)的具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table1 The index system and the evaluation standard

3 滹沱河河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)現(xiàn)狀情況

根據(jù)已建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)其河流生態(tài)健康情況。水質(zhì)、水量資料根據(jù)忻州市水資源公報(bào)整理所得，生態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)忻州市農(nóng)田水利資料、滹沱河志、文獻(xiàn)論文匯總及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所得，根據(jù)資料的可得性與河段的特殊性選擇滹沱河干流6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面下茹越、西留屬、崞陽(yáng)橋、界河鋪、濟(jì)勝橋、南莊作為各個(gè)河段的起止點(diǎn)。分別見表2、表3、表4及表5。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

綜合河流各方面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)滹沱河忻州段進(jìn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià)，得到滹沱河4條河段生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)結(jié)果，滹沱河下茹越—西屬留段總指標(biāo)數(shù)為46.7，呈亞健康狀態(tài)；西屬留—界河鋪段總指標(biāo)數(shù)值為36.1，呈病態(tài)狀態(tài)；界河鋪—濟(jì)勝橋段總指標(biāo)數(shù)值為29.0，呈病態(tài)狀態(tài)；濟(jì)勝橋—南莊段總指標(biāo)數(shù)值為70.4，呈基本健康狀態(tài)。評(píng)價(jià)結(jié)果具體見表6。

滹沱河忻州段全長(zhǎng)260km，生態(tài)健康評(píng)價(jià)評(píng)結(jié)果主要為基本健康、亞健康、病態(tài)，所占河長(zhǎng)比例分別為13.4%、24.8%、61.8%，在空間上表現(xiàn)為：上段呈亞健康狀態(tài)，中段呈病態(tài)狀態(tài)，下段呈基本健康狀態(tài)，主要原因?yàn)橄氯阍健鲗倭舳紊鷳B(tài)惡化的主要原因是水資源短缺，以及潛在的礦業(yè)開采水環(huán)境污染，因此該河段適宜的修復(fù)模式為在河道補(bǔ)水的同時(shí)，加強(qiáng)控制污染源，并通過(guò)改善生境的方法提高河流自凈能力以及營(yíng)造健康的生態(tài)系統(tǒng)。西屬留—界河鋪、界河鋪—濟(jì)勝橋河段存在的主要生態(tài)問(wèn)題有兩個(gè)主要方面：一是生活污水與工業(yè)廢水造成的水質(zhì)污染，根據(jù)2010年水資源公報(bào)顯示，西屬留－濟(jì)勝橋河段廢污水排入量占全河段的76.2%。二是由于灌區(qū)、水閘、水庫(kù)截流工程以及河道采沙造成的河流天然形態(tài)破壞，即生境問(wèn)題。因此，該河段可以采用水質(zhì)改善型修復(fù)模式，興建污水處理廠，提高污水處理率、工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放，通過(guò)控制污染源來(lái)修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)；濟(jì)勝橋—南莊河段來(lái)自滹沱河最大的支流發(fā)源于五臺(tái)山清水河的水量補(bǔ)充，見圖1。清水河一般清水流量為2.78m3·s－1，其流量約占滹沱河流量的1／3，其峽谷型河道地質(zhì)地形決定了河流的稀釋能力強(qiáng)，使得污染物濃度在這一段大幅下降，環(huán)境容量比前面河段總的環(huán)境容量都要大，該河段可以采用管理保護(hù)型修復(fù)模式。

表2 滹沱河水量現(xiàn)狀（2006—2010年）Table 2 The status quo of water quantity（2006—2010）

表3 2010年滹沱河忻州段水質(zhì)各單項(xiàng)監(jiān)測(cè)值／mg·L－1Table 3 The each individual monitoring values of water quality of Hutuo River in Xinzhou in 2010／mg·L－1

表4 滹沱河干流生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查Table 4 The survey of ecosystem status quo of the main stream of Hutuo River

表5 2009年滹沱河區(qū)水閘基本情況Table 5 The basic information of sluice of Hutuo River in 2009

表6 滹沱河生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Table.6 The health evaluation results of the tHutuo River ecological

4 討論與結(jié)論

由以上分析可知，滹沱河忻州段存在資源型缺水與水質(zhì)型缺水并存的問(wèn)題，確立河流生態(tài)保護(hù)的核心是水資源的保護(hù)的思想，同時(shí)依照河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)及功能定位，結(jié)合各斷面生態(tài)現(xiàn)狀及修復(fù)目標(biāo)確定修復(fù)模式。

（1）根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和滹沱河忻州段生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合已有研究成果，從水質(zhì)、水量、生物狀況、水體連通性4個(gè)方面選取河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了滹沱河忻州段生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2）滹沱河4條河段生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果為：下茹越—西屬留段呈亞健康狀態(tài)，西屬留—界河鋪段呈病態(tài)狀態(tài)，界河鋪—濟(jì)勝橋段呈病態(tài)狀，濟(jì)勝橋—南莊段呈基本健康狀態(tài)。總體看滹沱河忻州段生態(tài)基本健康、亞健康、病態(tài)所占河長(zhǎng)比例分別為13.4%、24.8%、61.8%，在空間上表現(xiàn)出差異性，具體為：上段呈亞健康狀態(tài)，中段呈病態(tài)狀態(tài)，下段呈基本健康狀態(tài)。

（3）本文以滹沱河忻州段河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，受多方面因素的影響，由于資料可得性的限制，所對(duì)照建立的指標(biāo)體系還存在一定的局限性，有待進(jìn)一步完善，以后將進(jìn)一步研究探討該地區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)健康的動(dòng)態(tài)變化，希望此項(xiàng)研究有助于改善滹沱河河流生態(tài)系統(tǒng)的管理水平。

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