張煒華，劉華斌，羅火錢

(福建水利電力職業(yè)技術學院，福建 三明 366000)

十八大以來，習近平總書記多次對生態(tài)文明建設作出重要指示，強調“綠水青山就是金山銀山”，堅持“山水林湖草是生命共同體”。河流作為地表水循環(huán)的重要載體，是維系地球生態(tài)健康的重要因子和人類及其他生物賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)，同時也受到人類活動的劇烈干擾，因此河流生態(tài)系統(tǒng)與人類互相交融、交互影響[1]。 近幾十年來，水生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動的嚴重影響，包括污水排放、水的過度利用和土地建設等[2]。河流特別是大型河流的生態(tài)功能退化是全球關注的主要問題[3]。韋格爾等[4]研究發(fā)現(xiàn)，自20世紀30年代以來，由于建造堤壩和水壩，導致密西西比河的棲息地被破壞，魚類的多樣性和組成明顯減少。研究表明，隨著我國城市化率的增加，單位面積的河流水系污水排放量也大幅增加?；诖吮尘?，“河長制”這一治河模式開始出現(xiàn)。河長制的評價體系是指河流治理在遵循河湖治理共性要求的基礎上，也需因地制宜，結合實際情況選擇側重的評估指標，該指標體系綜合考慮到了河流的社會經(jīng)濟、水環(huán)境、水資源和水生態(tài)對其健康狀況的影響[5]。目前全國已有31個省(市)建立河長制，在一定程度上推動改善了河湖面貌。

在當前全面推行河長制的背景下，建設幸福河是全面推行河長制的目標，保障河流健康是建設幸福河的基礎[6]。因此，為維持河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展，我們需要解決以下問題：河流健康的內涵體現(xiàn)在哪幾個方面？如何選用科學、合理的健康評估方法？通過總結梳理國內外河流健康評估在這些方面的研究進展，提出相應的建議。

1 河流健康內涵

20世紀70年代以后，國際上開始重視河流健康并相應的采取保護措施，推動了河流健康概念的形成和發(fā)展。河流健康的概念最早是在1972年美國的《聯(lián)邦水污染控制修正法》中被提出的[7]。其中國外對河湖健康的概念從河湖生態(tài)系統(tǒng)完整性和自然恢復性發(fā)展到生態(tài)系統(tǒng)的完整性和社會服務功能的可持續(xù)性；而國內從側重河湖生態(tài)系統(tǒng)完整性和社會服務功能的完整性到聚焦關注河流自然屬性和社會復服務功能的平衡性。尤其是在2019年習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展座談會上發(fā)出“讓黃河成為造福人們的幸福河”這一偉大號召，為新時代基于河湖的管理和保護提供了遵循，為新時代基于河湖評價的河長制工作奠定了堅實的保障。依據(jù)上述認識和理解，河湖健康的內涵在人們對美好生活的向往和學者們研究視角的不同下，其概念越來越豐富，學者們也從不同方面闡述了對河流健康概念的認識。概括而言河流生態(tài)系統(tǒng)健康的內涵應包括自身屬性(生態(tài)系統(tǒng)結構的完整性)、社會服務功能和自我修復凈化功能這三個方面[8]。

(1)在河流自身屬性方面，強調河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性。吳濃娣等[9]認為健康的河流就是生態(tài)系統(tǒng)結構具有良好性；Schofield等[10]認為河流的健康的應是其生態(tài)系統(tǒng)未受到破壞。

(2)在河流社會服務功能可持續(xù)性方面，關注河流生態(tài)系統(tǒng)結構完整性的同時兼顧保障河流的社會服務功能。李云等[11]認為河湖健康應是河湖系統(tǒng)能滿足人類活動的需求并支撐社會經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展；中國水利部門在評估河流健康時，健康的河流應該是在具有良好的自然生態(tài)狀況情況下，還具有社會服務功能可持續(xù)性；Meyer等[12]認為河流生態(tài)系統(tǒng)的健康不但包括生態(tài)系統(tǒng)的完整性和服務功能，而且也應包括其為人類創(chuàng)造的社會價值。

(3)在河流的自我修復凈化方面。河流生態(tài)系統(tǒng)的健康應包括其結構、功能及生態(tài)過程均能保持一定抗擾動能力。其中鄭保等[13]認為健康的河流除生態(tài)系統(tǒng)結構合理，運轉功能良好外，在受到人為或自然擾動時能保持一定的彈性和自愈能力；龐治國等[14]認為健康的河流生態(tài)系統(tǒng)在自然和人為擾動下都應具備一定的抵抗力和可恢復力。新時代河流健康的內涵既要從人類對幸福生活的追求出發(fā)，也要考慮河流的自身健康，同時也應注重人類與河流相互支撐、和諧發(fā)展的關系[15]。

2 河流體系健康評價方法研究

河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價既是評價河流生態(tài)健康等級的標準[16]，也是管理河流的一種工具[17]，能夠為河流生態(tài)的修復指引一條明確的方向。根據(jù)其評價方法可將其分為最常見的3類：預測模型法、生物指示法和綜合多指標評價法。

2.1 預測模型法

預測模型法是指通過比較生物組成(相對豐富度)和環(huán)境特征，預測出河流系統(tǒng)的健康狀況。該模型首先需要樣點在受人類活動影響小的條件下，建立理想狀態(tài)的河流環(huán)境特征和物種組成的經(jīng)驗模型，然后將其與研究地點的實際物種組成(O)與模型模擬的預測值(E)進行對比分析[18]。O/E比值越接近1，表明河流受人為干擾小，其健康狀況越好[19]。常見的預測模型法包括基于熵權的模糊物元模型[20- 21]、英國的河流無脊椎動物預測和分類系統(tǒng)(RIV-PACS)[22]美國的物理棲息地模擬模型(PHABSIM)[23]及美國陸軍工程師團提出的河流地貌指數(shù)法(HGM)?；陟貦嗟哪：镌Ｐ透鶕?jù)河流的特征，通過熵權法、層次分析法和物元分析法結合確定河流健康評價中各評價指標的權重，從而計算得到綜合關聯(lián)度，該方法克服了傳統(tǒng)物元模型的主觀性和指標間缺乏依存和不相容性等缺點，使評價結果具有較高的可信度。RIV-PACS是一個多元預測模型，能夠預測和解釋底棲無脊椎動物在河流中受人為影響的程度[24]。PHABSIM法[25]是一個理論體系框架，由水力、水文、水質和生態(tài)等專業(yè)模型和方法構成，模擬物種可利用棲息利用性地和流量的關系，能為河流管理者對水資源進行管理和分配提供有效依據(jù)。但需要注意的是，該方法中不能認為棲息地的可利用率越高，物種數(shù)量就多，在使用該模型時需充分利用時間關系數(shù)據(jù)。

2.2 生物指示法

生物指示法是對水環(huán)境系統(tǒng)中的污染物質能產(chǎn)生敏感性反應或較高耐受力的生物體，該類生物體可以將受到的影響表現(xiàn)出來以表征環(huán)境質量狀況，從而用于指示某種因素對河段的干擾程度[26]。IBI完整性指數(shù)通過多種生物指數(shù)(包括生物群落組成、物種豐度、多樣性水平和優(yōu)勢水平)來表征生態(tài)系統(tǒng)的完整性，如魚類種群的特征評價魚類的生境狀況，進而評價河流健康狀況[27]。IBI完整性指數(shù)可用于定量描述人類活動影響后的環(huán)境變化與生物群落變化之間的關系，從而反映外界環(huán)境對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響程度。IBI指數(shù)首先應用于魚類生態(tài)系統(tǒng)健康的指標評價[28- 29]，后來廣泛應用于水生藻類[30- 31]、底棲動物[32- 33]、大型水生維管植物[34]、浮游生物[35- 36]、水生昆蟲[37]和沿海植物[38]等。眾多研究者通過利用這些生物群體進行了生物完整性和多樣性評估[39]。其中Karr[40]等提出的底棲動物指數(shù)被廣泛應用于淡水生態(tài)系統(tǒng)、水資源、水環(huán)境的研究中。

張方輝等[41]利用B-IBI底棲動物完整性指數(shù)對梁灘河和瀨溪河的水系樣點進行水生態(tài)西戎的健康評價，B-IBI的參數(shù)共3個，分別為軟體動物占比、軟體動物不含肺螺+甲殼動物+水生昆蟲不含搖蚊幼蟲占比、耐污值5

IBI生物完整性指數(shù)作為被認為最具代表性的指標體系方法之一，在生物指示方面主要通過魚類和底棲動物評估水生生態(tài)系統(tǒng)健康評估。但是對于高多樣性的生物類群可能存在生境干擾，而低多樣性物種的生境狀況大多接近自然狀態(tài)。因此目前的研究主要集中于多種群落的生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評估，以減少使用單一物種或單一評估指數(shù)造成結果的不確定性，并能更全面的反映水生生態(tài)的健康狀況。

2.3 綜合多指標評價法

為全面反映河流生態(tài)系統(tǒng)的結構、生態(tài)功能和健康狀況，指標體系的構建需要遵循科學性和系統(tǒng)性。綜合多指標評價法的評估原理是首先制定河流生態(tài)方面的評估指數(shù)，然后為各指數(shù)選取適當指標，并為這些指標確定相關的評分標準，接著對調查的指標進行打分，各項指標通過分配適當?shù)臋嘀氐玫阶詈罂偡?，進而評價河流狀況[47]。目前多指標評價法包括ISC、RHP和RCE等。

ISC法[48]通過融合表征因子對河流的健康狀況進行評價，該方法將河流的各項指標與參照點進行比較得出評分，其總分為評價的綜合指數(shù)。RHP法[49]很好的將生境指標與河流狀況結合在一起對河流進行總體評價。RCE法將河流健康狀況分為5個劃分等級[50]。這些方法的評價特征及內容見表1。分配權重的方法主要有主觀賦權法、客觀賦權法和主客觀賦權法3類。其中主觀賦權法指評價者主觀上對評價指標法重視程度進而確定權重，因此避免不了人的主觀能動性和已臆斷性。而客觀賦權法通過原始數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進而建立相關數(shù)學模型來確定權重，但該方法需要有足夠數(shù)據(jù)支撐，面對復雜問題時無法完全依靠數(shù)據(jù)模型。因此為了讓評價結果更為準確，一般采用主客觀賦權法即組合賦權法，該方法結合了主觀賦權法和客觀賦權法的優(yōu)點，同時克服了兩者的缺點。

鄧曉軍等[51]通過城市河流健康評價指標體系和主觀賦權法(層次分析)的原理設計出要素層和專家咨詢表，最后計算出各要素指標的最終權重并確定最終排序。張杰等[52]以渾太河河流為研究流域，按照層次分析法將生物完整性、物理完整性和化學完整性這三部分指標分賦予不同的權重，構建出生態(tài)系統(tǒng)完整性(IEI)的評價體系。商書芹等[53]基于層次分析熵值法對濟南流域的水功能分區(qū)分配權重，對流域生態(tài)健康狀況進行評價。秦鵬等[54]為系統(tǒng)評價河流生態(tài)系統(tǒng)和社會效益，以模糊層次評價法確定河流各級指標的權重，引入可變模糊集理論，提出了基于模糊層次法的河流健康耦合模型并將該模型應用于京杭大運河中，表明模型有效可行。山成菊等[55]引進利用主觀賦權 法(層次分析)法與客觀賦權法(熵值法)相結合得到組合賦權法計算權重，該方法既避免了主觀賦權法的主觀性，又避免了客觀賦權法的絕對客觀性。但是這種方法的評價標準又難以確定，因此精度也存在一定的欠缺。

表1 綜合評價中的分配權重法

2.4 河流健康評估方法對比

基于對河流生態(tài)系統(tǒng)健康的認識，研究者們通過采用不同的模型對河流健康進行準確的評價研究。針對其評價方法，本文系統(tǒng)的比較了其方法的特點、應用對象、指標體系選擇等方面的異同。

預測模型法與生物指示和多指標評價法相比，模型的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)直觀，能克服資料缺失和人為主觀性[56]。如徐昕等[57]以江蘇省河流為研究對象，建立預測-多指標評價模型應用于河流健康評價，該方法能客觀預測出河流的健康狀況。模型的缺點在于只研究單一物種的變化對河流健康的影響進行評價， 而實際狀況往往比較復雜。當河流受外界活動干擾時若沒影響到所選擇的物種，那就無法了解所評價河流的健康狀況。目前國內較少使用該方法評價河流的健康狀況。

IBI生物完整性指數(shù)是當前在國外的實際應用中較為廣泛的河流健康狀況評價方法之一，可對所研究河流的健康狀況作出全面評價。優(yōu)點評估步驟清晰，選取魚類等生物作為觀察監(jiān)測的對象更為明確直觀。但該評估方法主要針對水生態(tài)健康的某一方面，評估不夠全面。并且生物指標主要限于大型生物，主要包括魚類、底棲無脊椎動物和大型植物[58]。雖然大型生物已被較廣泛應用于河流健康評估，但在應用于中大型河流方面仍存在一些局限。比如大型生物具有季節(jié)異質性和捕捉難度性，并且大型生物不能立即對環(huán)境變化作出反應。除此之外，由于河流上游和下游存在河段差異，而大多數(shù)生物只能應用于局部河段。因此該類評價指標方法常與其它評估方法結合應用于河流的生態(tài)特征評估。

綜合多指標評價法與預測模型和生物指示方法相比，國內較多使用綜合多指標評價法對河流健康進行評估，因為該方法的評估對象更為全面。

不同研究尺度的河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價中方法差異明顯，全球多數(shù)國家在不同尺度的研究中較多采用單一指標或者指示物種，而在小流域研究中則更多采用多指標等綜合評估方法。不同方法沒有絕對的優(yōu)劣，更多的是準確性和便利性的權衡結果。因此，在實際河流健康的評估工作中，應根據(jù)不同河流的具體情況選取合適的評價特征指標，綜合考慮各種評價方法，建立全面的河流健康指標體系，從而準確真實地判別河流的健康狀況。

3 研究與應用展望

河流體系的健康評估在不同研究尺度中存在差異，而我國對于河流的評估正處于發(fā)展和完善的階段，并且對河流生態(tài)系統(tǒng)的綜合性評估尚且不夠，因此國內的河流健康評估仍存在不少問題。

(1)在健康評估指標體系的選取中，由于影響河流生態(tài)系統(tǒng)的因素有很多，不同的河流具有不同的地域和時間特征，因此在選擇指標時缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范，導致結論存在差異。

(2)河流健康評價的研究尺度問題?，F(xiàn)有研究主要關注河流自身的健康狀況，對河流整體和生態(tài)系統(tǒng)的研究還不夠。

(3)基于生物指示河流健康評價是發(fā)展重點，而目前河流指示生物種類應用于健康評價方面的研究還較局限。

為推進河流生態(tài)系統(tǒng)的有效健康評價，針對目前存在的問題提出應用展望。

(1)建立綜合評價的指標體系。采用單類評價體系不能全面反映河流狀態(tài)，并且可能出現(xiàn)誤差，因此在對不同流域進行健康評價時應從實際出發(fā)，根據(jù)流域特征制定相應的基準，選擇適當?shù)脑u價體系并確定權重，制定符合流域、自然和經(jīng)濟發(fā)展的指標體系。同時相關河流管理部門要加強對數(shù)據(jù)的收集，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和評估。

(2)統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)結構和服務的綜合性。通過多學科知識學科等的理論和方法支撐，重點關注生態(tài)系統(tǒng)結構的完整性，全面評估河流的健康狀況。

(3)重點關注河流指示生物的監(jiān)測因子，開展新技術應用于河流健康評價。目前我國河流開展的河流健康評價以水質分析為主，在河流水文、水質條件和地貌變化對生物群落的影響分析還較少，并且用于河流健康評價的因子主要是底棲動物、魚類等，還可多增加其它因子如微生物、浮游動物等，建立完整的河流生物監(jiān)測系統(tǒng)，進行長期監(jiān)測調查，從而為未來健康評價研究積累評估數(shù)據(jù)。除此之外，還可通過遙感、GIS等新技術手段，及時獲取所研究流域及周圍環(huán)境的動態(tài)變化，為河流健康評價指標體系的建立提供參考依據(jù)。

(4)強調河流生態(tài)系統(tǒng)的保護和修復。河流生態(tài)系統(tǒng)的健康不是杜絕一切人類活動的參與，而是在相應流域的可承受范圍內實現(xiàn)人類與河流的可協(xié)調發(fā)展。因此我們要認識到維護河流生態(tài)系統(tǒng)的健康不是避免人類對河流造成影響，兩者之間需要實時關注外界活動對河流的影響程度和修復狀況，從而為相關河流的保護和修復的管理部門提供可靠的依據(jù)。

4 結語

健康的河流不僅關系到水資源的可持續(xù)利用，也關系到流域乃至全國的生態(tài)安全和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。開展河流健康評價對保障河流健康，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。在河流體系的健康評估中，不同研究尺度存在一定差異，不同的方法沒有絕對的優(yōu)劣，更多的是準確性和便利性的權衡結果。因此開展河流健康評價時應根據(jù)不同河流的具體情況選取合適的評價特征指標，同時綜合考慮各種評價方法，建立全面的河流健康指標體系。相比國外的全國性河流監(jiān)測和評價體系，國內對于河流的評估正處于發(fā)展和完善的階段，并且對河流生態(tài)系統(tǒng)的綜合性評估尚且不夠。國內河流健康研究還需結合自身特點繼續(xù)完善，早日建立一套適用于我國流域實際情況、兼具科學性和實用性的河流健康評價指標體系，為全面有效推動我國河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價的發(fā)展，推行河長制提供理論指導和技術支撐。