鄒 曦，丁世敏，吳易雯，鄭志偉，萬成炎*

（1.水利部中國科學(xué)院水工程生態(tài)研究所，水利部水工程生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)修復(fù)重點實驗室，武漢 430079；2.長江師范學(xué)院 綠色智慧環(huán)境學(xué)院，重慶 408100）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動影響和干擾了河流生態(tài)系統(tǒng)的自然狀態(tài)。近年來，世界范圍內(nèi)河流都出現(xiàn)了水環(huán)境惡化、棲息地退化、水文變化、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化等問題。這一系列問題導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損，進(jìn)而對人類社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生了較大影響。河流健康評估技術(shù)用于評估河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，可以指導(dǎo)河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)。歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家在河流健康評價指標(biāo)體系的構(gòu)建以及評價方法方面開展了較多研究和應(yīng)用。其中美國的“快速生物監(jiān)測協(xié)議”（Rapid Biological Monitoring Protocol，RBPs）、澳大利亞的“溪流狀態(tài)指數(shù)”（Index of Stream Condition，ISC）、南非的“河流健康計劃”（River Health Programme，RHP）等應(yīng)用較為廣泛。美國RBPs側(cè)重于河流底棲動物、著生藻類以及魚類的監(jiān)測方法和相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，為全美河流水環(huán)境監(jiān)測和管理提供了基礎(chǔ)支撐[1-3]。ISC構(gòu)建了包含河流形態(tài)、水文、河岸帶、水質(zhì)和水生生物5個指標(biāo)層面的河流評價體系，用于評估澳大利亞河流生境恢復(fù)效果，為河流管理提供技術(shù)依據(jù)[4-6]。RHP更進(jìn)一步細(xì)化了指標(biāo)體系，包括河流形態(tài)、河岸帶、水文、水質(zhì)、水生生物以及生境等，滿足了更為廣泛的監(jiān)測和評價需求[7]。基于國外的技術(shù)經(jīng)驗，我國于21世紀(jì)初開展河流健康評價體系探索，之后發(fā)展迅速[8]，在全國各大流域中小河流紛紛開展研究[9-11]。近年來，國內(nèi)外河流健康評價研究工作已日趨成熟，逐步建立包括河流物理形態(tài)、河岸帶狀況、水文水質(zhì)、水生生物等方面的綜合指標(biāo)體系，較為全面地反映河流水文、水質(zhì)和水生態(tài)等方面的現(xiàn)狀和問題，評價河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，為河流管理和河流生態(tài)恢復(fù)提供技術(shù)支撐[12-15]。本文針對三峽漢豐湖流域的特點，構(gòu)建了適用于漢豐湖入湖支流的健康評價指標(biāo)體系，并對河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了健康評價，以期為區(qū)域的河流生態(tài)修復(fù)及河流管理提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域

漢豐湖位于重慶開州城區(qū)內(nèi)東河與南河交匯處（圖1）。它是在原澎溪河開州漢豐街道段烏楊村（左岸）至木橋村（右岸）間構(gòu)筑一座水位調(diào)節(jié)壩后形成的。水位調(diào)節(jié)壩是為盡可能減少三峽水庫蓄水對開州影響，解決整個小江流域的水生環(huán)境變化、水沙動態(tài)平衡、物種遷移等生態(tài)環(huán)境問題而修建的。漢豐湖水位調(diào)節(jié)壩竣工后，將開州境內(nèi)原有東河、桃溪河、南河及部分澎溪河變更為漢豐湖流域，形成庫容5.6×107m3、水域面積14.83 km2的一座新生水庫。根據(jù)匯水狀況，漢豐湖流域可分為1個湖區(qū)、24個湖周支流子流域，東河、南河、桃溪河和頭道河是漢豐湖最大的4條支流。漢豐湖流域多年平均流量約為2.4×109m3，其中55.9%來自東河子流域、17.3%來自桃溪河子流域、13.6%來自南河子流域、13.2%來自其他子流域[16]。

圖1 漢豐湖流域示意圖Fig.1 The diagram of Hanfeng lake basin

1.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)河流健康評價思路，2013年對漢豐湖流域東河、南河、桃溪河和頭道河4條入湖支流進(jìn)行采樣調(diào)查。以《開縣志》和《漢豐湖水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》為背景資料，每條支流選取6個調(diào)查斷面，分別調(diào)查河流水文、形態(tài)結(jié)構(gòu)、河岸帶、水質(zhì)以及生物指標(biāo)等，具體數(shù)據(jù)采集情況見表1。其中河流形態(tài)結(jié)構(gòu)和河岸帶狀況指標(biāo)根據(jù)歷史資料以及2013年3月對每個斷面進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查獲得，河流水文、水質(zhì)和生物指標(biāo)則根據(jù)2013年3，6，9，12月4次每個斷面的采樣分析結(jié)果獲得。

表1 漢豐湖支流資料來源與數(shù)據(jù)采集Tab.1 The data source and data collection of the tributaries in Hanfeng Lake Basin

2 結(jié)果與分析

2.1 漢豐湖入湖支流河流健康評價體系構(gòu)建

在漢豐湖入湖支流健康評價體系構(gòu)建過程中，考慮到漢豐湖流域受三峽水庫蓄水及漢豐湖調(diào)節(jié)壩的影響，根據(jù)流域特性，選取了適合漢豐湖流域生態(tài)系統(tǒng)特點的評價因子，從河流水文狀況、河流形態(tài)狀況、河岸帶狀況、河流水質(zhì)狀況和河流水生生物狀況5個方面選取16個評價指標(biāo)，構(gòu)建了漢豐湖流域入湖支流健康評價指標(biāo)體系。

2.1.1 評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

綜合國內(nèi)外河流健康評估的各類方法，將漢豐湖入湖支流健康評估指標(biāo)體系分為3個層次。第一層次是河流健康指數(shù)（RHI），是最終評價分值，反映河流的整體健康狀況；第二層次包括河流水文狀況、河流形態(tài)狀況、河岸帶狀況、河流水質(zhì)狀況和河流水生生物5個一級指標(biāo)，其分值分別反映河流生態(tài)系統(tǒng)5個方面的健康狀況；第三個層次是從各項一級指標(biāo)中選取16項具體評價因子構(gòu)成二級指標(biāo)，其分值反映各項具體指標(biāo)的健康狀況。采取現(xiàn)場監(jiān)測和調(diào)查的方式，獲得16項二級指標(biāo)的定量或定性數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行賦分評價。評價指標(biāo)體系詳見圖2。

2.1.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

參考國內(nèi)外河流健康評估指標(biāo)體系的評價標(biāo)準(zhǔn)，確定本指標(biāo)體系中二級指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)。其中河流水質(zhì)狀況和河流水生生物的評分標(biāo)準(zhǔn)參考了國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）；引用美國EPA生境調(diào)查方法中的水量評價標(biāo)準(zhǔn)，確定河流水文特征評價標(biāo)準(zhǔn)；參考美國RBPs、新西蘭USHA（Urban Stream Habitat Assessment）[17]和澳大利亞的ISC等評價標(biāo)準(zhǔn)確定河岸帶狀況和河流形態(tài)的評價標(biāo)準(zhǔn)，該類指標(biāo)屬于定性評價，根據(jù)受人類干擾程度強(qiáng)弱來賦分。

二級指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)漢豐湖流域的背景資料、實地調(diào)查監(jiān)測情況以及參照的相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，確定各項二級指標(biāo)的評分值，每項指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)分為3～5級，最高分為4分，最低分為0分。

（1）河流水文狀況(A1)

圖2 河流健康狀況評價指標(biāo)體系Fig.2 The river health assessment index system

包括河流流速狀況（B11）和河道水量狀況（B12）分別用來評價河流流速和流量的變化情況，通過觀察水體水量狀況、河道底質(zhì)暴露情況、流速狀況等，從河流水文狀況角度來評估其對河流生境和河流生物的影響[18]。該類指標(biāo)評價方法為根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查直接按標(biāo)準(zhǔn)評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，最低0分，最高4分。

表2 河流水文狀況指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The evaluation indexes for river hydrological characteristics

（2）河流形態(tài)狀況（A2）

河流形態(tài)狀況指標(biāo)用來評價河流河道硬化渠化程度、蜿蜒程度、河岸的穩(wěn)定度以及河道、河岸的連通性等方面。河道改造指標(biāo)（B21）用以表征人類活動對河流形態(tài)結(jié)構(gòu)的改造，觀察河道渠道化程度，現(xiàn)場調(diào)查后按評價標(biāo)準(zhǔn)評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，最低0分，最高4分。彎曲程度指標(biāo)（B22）用以表征河道的蜿蜒度，通過現(xiàn)場觀察河道自然蜿蜒狀況，按照標(biāo)準(zhǔn)評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為3級，最高4分、最低0分。河岸穩(wěn)定性指標(biāo)（B23）用來評價河岸的穩(wěn)定程度，通過觀察河岸的侵蝕和穩(wěn)定程度，按標(biāo)準(zhǔn)評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，最高4分、最低0分。河床穩(wěn)定性指標(biāo)（B24）主要評價河床底質(zhì)侵蝕以及淤積程度，評分標(biāo)準(zhǔn)分為3級，最高4分、最低0分。河道護(hù)岸形式指標(biāo)（B25），主要評價河岸帶人為改造的情況，現(xiàn)場觀察河岸帶護(hù)岸形式，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，最高4分、最低0分。以上5個指標(biāo)涵蓋了河流形態(tài)狀況的幾個方面，基于背景資料和現(xiàn)場調(diào)查直接按標(biāo)準(zhǔn)評分（表3）。

（3）河岸帶狀況（A3）

河岸帶是水陸交界處的生態(tài)脆弱帶，是河流生態(tài)系統(tǒng)的水量、沉積物、有機(jī)物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)和生物體的交換、循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。河岸帶傾斜度指標(biāo)（B31）主要是指河流兩岸的坡度狀況，通過現(xiàn)場觀察評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，最高4分、最低0分。結(jié)構(gòu)完整性指標(biāo)（B32）主要是指河岸帶喬灌草植被群落結(jié)構(gòu)的完整性，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和照片資料等進(jìn)行評分，評分標(biāo)準(zhǔn)分為4級，最高4分、最低1分。

表3 河流形態(tài)結(jié)構(gòu)狀況指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Theevaluationindexesforrivermorphologicalstructure

表4 河岸帶狀況指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 The evaluation indexes for riparian zone

（4）河流水質(zhì)狀況理化指標(biāo)（A4）

河流水質(zhì)理化指標(biāo)是反映河流生境狀況和健康程度的重要指標(biāo)，可以定性定量反映出河流的污染狀況。漢豐湖流域河流污染狀況主要表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化，因此選取影響水體富營養(yǎng)化的水質(zhì)指標(biāo)，包括溶解氧（DO，B44）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn，B42）、總磷（TP，B41）、總氮（TN，B43）、氨氮（NH3-N，B45）。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），將該類指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)分為5級，將地表水Ⅱ類水設(shè)為最高的評分標(biāo)準(zhǔn)（4分），劣于V類標(biāo)準(zhǔn)的為0分（表5）。

表5 水質(zhì)理化指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 The evaluation indexes for water quality

（5）河流生物指標(biāo)（A5）

河流生物是反映河流生態(tài)系統(tǒng)狀況的重要指標(biāo)。底棲動物和浮游植物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。浮游植物是河流生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的初級生產(chǎn)者，底棲動物在水生生物中相對較為穩(wěn)定，它們對河流水質(zhì)的變化有著較強(qiáng)的響應(yīng)作用，其種群結(jié)構(gòu)、密度的變化可以較好地反映河流生境狀況的改變；水生生物多樣性指數(shù)則是反映河流水生生物種群狀態(tài)的重要指標(biāo)。因此選取底棲動物的豐富度指數(shù)（Margalef index）和浮游植物的香農(nóng)-威納指數(shù)（Shannon-Wiener index）作為河流生物指標(biāo)。具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 河流生物狀況指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.6 The evaluation indexes for aquatic status

2.1.3 評價指標(biāo)計算

將所有二級指標(biāo)評分值取平均值后，進(jìn)行等權(quán)加和得到5個一級指標(biāo)的分值。本研究中各一級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)都取相同值，每個一級指標(biāo)均加上權(quán)重，使得分值都在0～10之間。將5個一級指標(biāo)進(jìn)行加和，得到河流健康狀況綜合評價值，該值在0～50之間。根據(jù)國內(nèi)外河流健康評估的研究基礎(chǔ)，確定綜合評價標(biāo)準(zhǔn)（表7），確定河流的健康狀況。

表7 河流健康狀況綜合評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.7 The comprehensive evaluation criterion for river health status

2.2 評價結(jié)果

依據(jù)2.1中確定的各項二級指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，通過現(xiàn)場監(jiān)測和調(diào)查等手段，得到了16項二級指標(biāo)的評價均值；根據(jù)各項一級指標(biāo)的計算公式，得出河流水文、河流形態(tài)、河岸帶狀況、水質(zhì)理化以及河流生物5個一級指標(biāo)的得分；通過一級指標(biāo)加和得出漢豐湖4條入湖支流河流健康狀況綜合評分，見表8。從河流健康狀況綜合評價結(jié)果來看，東河、桃溪河健康狀況較好，綜合評分分別為35.5分和37.5分，河流健康狀況評估等級為“良”。南河和頭道河健康狀況略差，其中南河健康狀況綜合評分為28.0分，頭道河健康狀況綜合評分為26.7分，評估等級在“一般”水平，可以看出入湖支流中南河和頭道河健康狀況較差。從一級指標(biāo)評價結(jié)果來看，河流水文狀況桃溪河和東河狀況較好，南河和頭道河受水庫蓄水以及流域季節(jié)性水量變化影響較大，部分?jǐn)嗝娴牧魉佥^為緩慢或水量較?。缓恿餍螒B(tài)狀況方面，南河和頭道河評分也較低，表現(xiàn)為受人類活動影響較為明顯，河岸穩(wěn)定性較差、侵蝕較為嚴(yán)重，河床存在一定程度的退化，護(hù)岸也以砌石等硬質(zhì)護(hù)岸為主；河岸帶狀況以頭道河評分最低，頭道河河岸帶較陡，植被以草本植物為主，物種多樣性較差。水質(zhì)理化狀況4條支流情況較為接近，南河和頭道河略差，4條河流均以TN，DO，CODMn3項指標(biāo)評分較低；4條河流水生生物狀況評分均較低，浮游藻類的多樣性指數(shù)偏低，這與河流受流域污染影響，存在富營養(yǎng)化趨勢有一定關(guān)系。綜合以上情況來看，水質(zhì)、河岸帶和水生生物群落狀況是影響漢豐湖入湖支流健康狀況的主要因子。

表8 漢豐湖支流河流健康狀況評價結(jié)果Tab.8 The health assessment results for the tributaries of Hanfeng Lake

3 討論

本文針對三峽漢豐湖流域的特點，從河流水文狀況、河流形態(tài)狀況、河岸帶狀況、河流水質(zhì)狀況和河流水生生物狀況5個方面選取16個評價指標(biāo)，構(gòu)建了漢豐湖流域入湖支流健康評價指標(biāo)體系，根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)的研究經(jīng)驗以及國內(nèi)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定了指標(biāo)體系中各個指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)健康程度將河流健康狀況綜合評價標(biāo)準(zhǔn)分為“優(yōu)、良、一般、差、非常差”5個等級，運(yùn)用層次分析法和加權(quán)平均法對其進(jìn)行了健康評價。基于該評價體系，本研究對三峽庫區(qū)漢豐湖流域東河、南河、桃溪河和頭道河4支流24個監(jiān)測點進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測，獲得了各項評價指標(biāo)的評分均值，根據(jù)相關(guān)公式最后得出4條支流RHI在26.7～37.5之間。東河、桃溪河河流健康狀況評估等級為“良”，南河和頭道河評估等級在“一般”水平。水質(zhì)、河岸帶和水生生物群落狀況是影響漢豐湖入湖支流健康狀況的主要因子。

通過研究發(fā)現(xiàn)，漢豐湖入湖支流健康狀況主要受以下幾個方面的影響。第一，流域水文情勢改變，支流主要受三峽水庫蓄水影響，導(dǎo)致支流回水區(qū)流速變緩；第二，漢豐湖流域污染負(fù)荷較高，漢豐湖流域涉及開州的29個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的污染負(fù)荷的排放，嚴(yán)重影響了入湖支流的水質(zhì)狀況；第三，漢豐湖成湖初期，岸邊帶防護(hù)缺失，流域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較弱，加之污染負(fù)荷居高不下，水體生態(tài)系統(tǒng)相對比較脆弱，物種多樣性較低。針對漢豐湖入湖支流健康狀況存在的主要問題，從河流管理角度應(yīng)首先加強(qiáng)流域污染防治，重點加強(qiáng)流域污水處理廠建設(shè)和污水管網(wǎng)完善等點源污染防治措施；同時，通過改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)、合理布局畜禽養(yǎng)殖場、增設(shè)畜禽養(yǎng)殖污染處理設(shè)施等方式控制流域面源污染；最后，通過實施水域環(huán)境改良、生物增殖放流、岸邊帶植物的恢復(fù)與重建等措施，改善支流生境狀況，完善水生生物群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)新的合理的水生生物群落結(jié)構(gòu)形成，調(diào)控水生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)途徑，恢復(fù)受阻的生態(tài)過程，逐步提高水體自凈能力。