劉 千 禧,金 琪 華,喬 海 娟,張 叢 林,王 思 遠(yuǎn)

(1.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心,北京 100085; 2.湖州南太湖新區(qū)社會發(fā)展局,浙江 湖州 313099; 3.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室,江蘇 南京 210029; 4.中國科學(xué)院 科技戰(zhàn)略咨詢研究院,北京 100190)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與人民生活水平的提高,在滿足人類對河流生態(tài)系統(tǒng)功能需求和解決河流存在現(xiàn)實問題等方面均面臨一系列新的挑戰(zhàn),必須在保障河流健康的前提下加以應(yīng)對。因此提出了河流健康的概念,并開展了相關(guān)研究[1]。國外河流健康概念的提出最早可追溯至美國1977年頒布的《清潔水法》,對維持及恢復(fù)水體的完整性作出規(guī)定。相比于發(fā)達(dá)國家,中國河流健康評價起步較晚。20世紀(jì)90年代,中國首次引入基于河流自然屬性的河流健康概念[2]。歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展,基于河流生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和社會屬性而提出的河流健康概念是指河流既有穩(wěn)定的生態(tài)結(jié)構(gòu)以維持自身持續(xù)發(fā)展,又能提供合理的社會服務(wù)以維持經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展[3]。

維持及恢復(fù)河流健康逐步成為河流管理的重要任務(wù),各國開始將河流健康評價納入河流保護(hù)管理實踐[4]。20世紀(jì)90年代,都柏林舉行的水環(huán)境會議提出運(yùn)用一體化方法管理和評價水資源的準(zhǔn)則;同期,以美國、澳大利亞、英國等為首的發(fā)達(dá)國家相繼提出一系列河流健康評價方法,創(chuàng)建河流健康評價框架,并開展河流健康評價實踐工作[5]。中國21世紀(jì)初初步形成河流健康評價指標(biāo)體系框架,明確要求國家及地方定期開展河湖健康評估工作,隨著河流健康概念不斷深化擴(kuò)展,水利部和生態(tài)環(huán)境部在此基礎(chǔ)上不斷補(bǔ)充完善評價指標(biāo)框架結(jié)構(gòu)。

全面系統(tǒng)的河流健康評價必須依托科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u價方法。目前,已有的相關(guān)研究從評價方法方面來看,主要通過指標(biāo)體系法[6-10]與物種指示法[11-16],對部分流域開展健康評價。兩種方法均通過參數(shù)監(jiān)測來反映河流的物理和化學(xué)特性,并對河流健康狀況進(jìn)行評級。從指標(biāo)賦權(quán)方法方面來看,主要有主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和主客觀組合賦權(quán)法3種。其中,主觀賦權(quán)法包括層次分析法、模糊層次評價法、超標(biāo)倍數(shù)法等[17-20];客觀賦權(quán)法包括熵值法、標(biāo)準(zhǔn)離差法等[21-22];主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法相結(jié)合即為組合賦權(quán)法[23-24]。

隨著中國國情、水情和河流管護(hù)實際情況發(fā)生變化,需對河流健康評價方法進(jìn)一步探索和研究[11,25]。從主客觀組合賦權(quán)系數(shù)(賦權(quán)系數(shù)指組合賦權(quán)法中對主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法確定的權(quán)重的加權(quán)合成系數(shù))方面來看,已有研究中的組合賦權(quán)系數(shù)通常由人為確定,主觀性較強(qiáng)、缺乏客觀依據(jù),易導(dǎo)致評價結(jié)果不夠科學(xué)合理。從指標(biāo)評價方法來看,已有研究對河流生態(tài)系統(tǒng)岸線植被物種豐富度與文化建設(shè)等方面關(guān)注不足,多指標(biāo)的評價方法還需進(jìn)一步完善。

發(fā)展與完善河流健康評價方法,提高河流健康評價的系統(tǒng)性和科學(xué)性,有助于系統(tǒng)評價河流健康狀態(tài),為河流管護(hù)提供有力支撐[26]。本文基于國內(nèi)外已有研究,在進(jìn)行國家需求識別、理論依據(jù)分析和已有研究總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上,新增岸線植被保有指數(shù)和文化建設(shè)程度兩項評價指標(biāo),并運(yùn)用熵值-G2交叉賦權(quán)法克服組合賦權(quán)系數(shù)的主觀性,以優(yōu)化河流健康評價方法,結(jié)合案例開展河流健康評價,分析影響河流健康的制約因素,提出河流管護(hù)措施。

1 研究方法與研究區(qū)域

1.1 研究方法

本文研究思路如圖1所示,著眼于中國國情與水情的發(fā)展變化,河流健康評價方法有待進(jìn)一步完善。首先,健全河流健康評價方法包括完善河流健康評價指標(biāo)體系與建立熵值-G2交叉賦權(quán)法。其次,以浙江省麗水市松陰溪為案例開展河流健康評價,以實地考察和資料檢索方式驗證評價結(jié)果。最后,從系統(tǒng)角度分析影響河流健康的主要因素,提出河流管護(hù)措施與治理途徑。

圖1 研究思路Fig.1 Research ideas

1.2 河流健康評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.2.1評價指標(biāo)的遴選

在查閱分析已有河流健康評價理論研究[8,27-32]與實踐探索的基礎(chǔ)上,基于水利部印發(fā)的《河湖健康評價指南(試行)》,構(gòu)建河流健康評價指標(biāo)體系框架,主要涉及“盆”、“水”、生物、社會服務(wù)功能4個方面。經(jīng)大量實踐驗證發(fā)現(xiàn),該評價指南適用范圍廣,可操作性強(qiáng),指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取容易,但《河湖健康評價指南(試行)》提出的指標(biāo)體系有待進(jìn)一步完善。

(1) 從國家需求層面來看,一方面,積極推進(jìn)水文化建設(shè)日益成為河湖健康的應(yīng)有之意。為加快推動河流健康評價進(jìn)入新發(fā)展階段,滿足廣大人民群眾日益增長的精神文化需求,迫切需要開展水文化建設(shè)對河流總體健康狀態(tài)的影響研究[33]。另一方面,本文新增的岸線植被保有指數(shù)指標(biāo)以岸線植被豐富度作為評價標(biāo)準(zhǔn)。岸線植被豐富度大的地區(qū),河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。河流健康評價重要內(nèi)容之一包括河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[34],因此,研究河岸帶植被保有度對河流健康水平的影響具有重大意義。

(2) 從理論分析層面來看,首先,隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展,人民涉水需求逐漸發(fā)生變化,除生存型和發(fā)展型涉水需求外,新增的涉水需求以保護(hù)水生態(tài)、改善水環(huán)境等環(huán)境型需求為主。與此同時,水文化、水歷史、涉水遺產(chǎn)等涉水精神型需求開始大量涌現(xiàn)[35]。其次,河流生態(tài)系統(tǒng)健康既包括河流生態(tài)系統(tǒng)功能的實現(xiàn),也包括其結(jié)構(gòu)的完整性。岸線植被作為河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分之一,能在保證岸坡穩(wěn)定的前提下,充分發(fā)揮岸線植被的緩沖帶功能和護(hù)坡效應(yīng),幫助恢復(fù)與實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)功能,進(jìn)而改善河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況[36]。

(3) 從已有研究來看,一方面,已有研究將景觀文化[37]、文化屬性[38]、文化歷史遺跡保存指數(shù)[39]、水文化體系[40]等與水文化相關(guān)的評價指標(biāo)納入河流健康評價體系。另一方面,已有研究將岸坡植被完整性等與岸線植被相關(guān)的評價指標(biāo)納入河流健康評價體系[29]。

基于上述分析,河流健康評價應(yīng)兼顧河流生態(tài)系統(tǒng)水文化建設(shè)層面和岸坡生態(tài)建設(shè)層面,構(gòu)建河流健康評價指標(biāo)體系時,應(yīng)將水文化指標(biāo)與岸坡植被完整性指標(biāo)納入其中。

1.2.2評價指標(biāo)體系

改進(jìn)的多指標(biāo)河流健康評價體系包含河流河道“盆”、“水”、生物、社會服務(wù)功能4個準(zhǔn)則層21個指標(biāo),如表1所示。

表1 河流健康評價指標(biāo)Tab.1 River health evaluation index

1.2.3指標(biāo)計算方法

本文構(gòu)建的河流健康評價指標(biāo)體系中,除C5、D7兩項指標(biāo)外,其余19項指標(biāo)均按照水利部印發(fā)的《河湖健康評價指南(試行)》規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。新增指標(biāo)計算方法如下:

(1) 岸線植被保有指數(shù)計算方式如下:

Ic=∑Co/Ce×100%

(1)

式中:Ic為岸線植被保有指數(shù);Co為現(xiàn)有評價河段植被種類數(shù);Ce為歷史記錄評價河段植被種類數(shù)。

植被保有指數(shù)為100%～85%,85%～60%,60%～40%,40%～20%和20%～0%時,對應(yīng)的賦分結(jié)果分別為100,80,60,40分和0分。若評價河段出現(xiàn)珍稀物種,該項滿分。

(2) 文化建設(shè)程度。此為定性指標(biāo),由相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍σ韵?個方面進(jìn)行評定打分,包括河流文化輸出水平、河流文化教育重視程度、居民河流保護(hù)意識強(qiáng)度、河流文化自信建立程度、河流公共文化服務(wù)體系建設(shè)程度、河流文化歷史遺跡完整性與河流文化新岸線打造程度。其中,每個方面分為非常好(100分)、好(80分)、良好(60分)、一般(40分)和差(0分)5個級別。

1.2.4河流健康評價指標(biāo)權(quán)重確定方法

為突破主客觀賦權(quán)方法的局限,克服組合賦權(quán)系數(shù)主觀性與隨機(jī)性,本次研究將熵權(quán)法與G2法相結(jié)合,采用熵值-G2交叉賦權(quán)法,以提高評價體系精度。

權(quán)重計算分層逐一進(jìn)行,以評價指標(biāo)對準(zhǔn)則層權(quán)重分配為例,計算步驟如下。

(2)

(3)

(4)

(5)

1.2.5河流健康評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)河流健康綜合指數(shù)賦分標(biāo)準(zhǔn),將河流健康評價分級分為5級:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,分別表示河流健康狀況為非常健康(100～80分)、健康(80～60分)、亞健康(60～40分)、不健康(40～20分)、病態(tài)(20～0分)。根據(jù)評價指標(biāo)的判定情況確定河流健康評價分級,采用線性插值法進(jìn)行賦分,由式(6)計算河流生態(tài)健康綜合指數(shù)。

(6)

式中:H為河流生態(tài)健康綜合指數(shù);Wi為評價指標(biāo)權(quán)重指標(biāo);Ii為評價指標(biāo)賦值。

2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

松陰溪位于浙江省麗水市,全長120 km,流域面積2 055 km2(見圖2)。結(jié)合自然與社會條件差異,將松陰溪劃分為2個河段8個監(jiān)測站點進(jìn)行分段健康綜合評價。河段A起于遂昌縣垵口鄉(xiāng)桂義嶺,止于港口溪橋,沿程涵蓋渡船頭斷面、遂昌取水口斷面、大石斷面、石門橋下斷面、青蒙斷面5個斷面,全長65 km。河段B起于港口溪橋,止于麗水大港頭,沿程涵蓋黃田鋪斷面、靖居口斷面、堰后斷面3個斷面,全長55 km。

圖2 研究區(qū)域示意Fig.2 Map of research area

2.2 數(shù)據(jù)來源

河流健康評價指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)如表2所列。

表2 指標(biāo)數(shù)據(jù)來源Tab.2 Index data sources

3 結(jié)果與討論

3.1 評價權(quán)重

本研究邀請12位來自水利工程、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境治理、環(huán)境法、環(huán)境經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的專家,對河流健康評價指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行3輪打分,當(dāng)結(jié)果滿足一致性檢驗后即止。河流健康評價指標(biāo)權(quán)重結(jié)果見表3。

表3 河流健康評價指標(biāo)權(quán)重列Tab.3 River health evaluation weight list

結(jié)果表明:各準(zhǔn)則層對目標(biāo)層權(quán)重分別為19%,25%,27%,29%,均值為25%。其中,“盆”層面的權(quán)重值最小,比均值偏低6%;社會服務(wù)功能層面權(quán)重值最大,占比29%。

3.2 評價結(jié)果

通過實地調(diào)查監(jiān)測與文獻(xiàn)資料檢索,計算得到各指標(biāo)的評價得分與河流健康評價綜合得分,得分情況如圖3所示。結(jié)果顯示:松陰溪流域綜合評估得分為77.24分,綜合健康等級為“健康”。

圖3 河流健康評價得分Fig.3 River health evaluation score

(1) 從“盆”準(zhǔn)則層來看,得分為62.79分。其中,A1、A2、A3得分較低,其原因分析如下:據(jù)實測資料與文獻(xiàn)調(diào)查[46]統(tǒng)計,松陰溪干流目前已建成12座電站、堰壩,平均每隔10 km建有1座,縱向連通指數(shù)為1,主干河道水文連通性差。受人為活動影響,松陰溪河岸線多處可見拋石、堆石、干砌石等護(hù)坡工程,岸線自然狀況較差。河岸帶寬度指數(shù)為0.63,生態(tài)緩沖帶寬度較小,可能是因為電站、堰壩等設(shè)施建設(shè)對地表植被的擾動較為嚴(yán)重,導(dǎo)致植被蓋度降低。

(2) 從“水”準(zhǔn)則層來看,得分為80.71分。其中,B2得分23.55分,相比較低,可能原因是:近年來,松陰溪流域年均溫呈持續(xù)上升趨勢,降水異常偏多。梅汛期暴雨頻繁,與常年梅汛期雨量相比,降水量偏多,所以河流實際月徑流和天然月徑流平均偏離程度大。

(3) 從生物準(zhǔn)則層來看,總體得分為76分。其中,C1、C2得分較低,可能原因如下:據(jù)水生生物監(jiān)測點調(diào)查發(fā)現(xiàn),1972年松陰溪水域現(xiàn)有魚類80余種,而今調(diào)查魚類僅有54種,調(diào)查結(jié)果與已有統(tǒng)計研究相近[47]。8個監(jiān)測站點共發(fā)現(xiàn)76種著生硅藻,富營養(yǎng)化硅藻指數(shù)為61.33,流域水體富營養(yǎng)化,對水生生物生存造成潛在威脅,底棲動物生物量和豐度較低[48]。

(4) 從社會服務(wù)功能準(zhǔn)則層來看,得分為72.42分。但是D1、D3得分相對較低,原因如下:松陰溪河流沿線未設(shè)堤防長度共19.62 km,占全長約16.7%,堤防建設(shè)不足;松陰溪河岸已利用生產(chǎn)岸線長度占河岸線總長百分比約65%,河流岸線保護(hù)完好程度較低[49]。

3.3 討 論

增加了C5(岸線植被保有指數(shù))和D7(文化建設(shè)程度)兩項指標(biāo)后,與采用水利部印發(fā)的《河湖健康評價指南(試行)》進(jìn)行評價相比(見表4),松陰溪流域綜合健康水平均為“健康”,且綜合評估得分相近;從準(zhǔn)則層來看,松陰溪流域“水”和生物2個準(zhǔn)則層得分相差較大,分析原因可能如下:① 由于新增C5與D7指標(biāo),本次研究的“水”準(zhǔn)則層各項指標(biāo)權(quán)重總體減小19.1%,且3項賦分較高的指標(biāo)(B1、B3、B4)權(quán)重減幅更大,在指標(biāo)賦分不變的情況下,“水”準(zhǔn)則層得分變小。② 由于生物準(zhǔn)則層新增C5指標(biāo),且該項指標(biāo)賦分高(100分),在其他指標(biāo)賦分不變的情況下,生物準(zhǔn)則層得分變大。

表4 河流健康評價對比Tab.4 River health assessment comparison

從短板理論角度出發(fā),新增C5和D7指標(biāo)后,有助于平衡“水”和生物準(zhǔn)則層各項指標(biāo)權(quán)重,促進(jìn)政府加強(qiáng)河流管理,優(yōu)化政策,提高河流總體健康狀況,維護(hù)河流健康生命。此外,生物準(zhǔn)則層新增C5指標(biāo)后,在一定程度上能夠體現(xiàn)河流岸線健康水平;社會服務(wù)準(zhǔn)則層新增D7指標(biāo)后,能夠反映河流生態(tài)系統(tǒng)水文化建設(shè)水平,有利于完善河流健康評價指標(biāo)體系,落實《“十四五”水文化建設(shè)規(guī)劃》政策,也是建設(shè)造福人民幸福之河的應(yīng)有之義。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

(1) 本文基于水利部印發(fā)的《河湖健康評價指南(試行)》,構(gòu)建河流健康評價指標(biāo)體系,補(bǔ)充遴選指標(biāo),構(gòu)建“盆”、“水”、生物、社會服務(wù)功能4個準(zhǔn)則層,優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重確定方法,并以松陰溪流域為例開展研究。研究方法不僅可應(yīng)用于對松陰溪流域的健康狀況進(jìn)行客觀描述和評估,而且有助于相關(guān)單位對松陰溪流域進(jìn)行管理和保護(hù),以促進(jìn)流域?qū)崿F(xiàn)高水平保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。

(2) 在研究和實踐探索基礎(chǔ)上,從國家需求、理論分析和已有研究總結(jié)3方面分析了新增指標(biāo)的遴選合理性。為加快推進(jìn)水文化建設(shè),滿足人民群眾日益增長的涉水精神型需求,新增了文化建設(shè)程度指標(biāo);同時,為體現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)岸線植被的緩沖帶功能和護(hù)坡效應(yīng),更為全面地評估河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,新增岸線植被保有指數(shù)指標(biāo)。

(3) 本文基于熵值G2主客觀綜合賦權(quán)法,確定河流健康評價指標(biāo)權(quán)重,四大準(zhǔn)則層的權(quán)重大小排序為社會服務(wù)>生物>“水”>“盆”,社會服務(wù)功能層面對河流健康的權(quán)重值最大。

(4) 總體來看,松陰溪河流健康水平為“健康”,制約松陰溪健康水平的問題主要有三大類:① 水資源的過度開發(fā)利用,以取用水調(diào)節(jié)為主要特征的人類活動影響地表水文循環(huán)過程,導(dǎo)致河流流量變異程度高等問題;② 水生生物保護(hù)工作不到位,當(dāng)?shù)厮廴九欧艑?dǎo)致水體富營養(yǎng)化,造成魚類保有指數(shù)低等問題;③ 防洪排澇體系有待完善,主要涉及堤防建設(shè)工程不足等問題。

4.2 建 議

為促進(jìn)松陰溪流域總體健康水平,從問題著手,提出河流健康管理工作和生態(tài)修復(fù)的對策建議:

(1) 嚴(yán)格管控河流岸線開發(fā)利用。堅持生態(tài)優(yōu)先,盡可能減少漿砌石、混凝土等硬化材料的護(hù)坡護(hù)腳工程,宜采用人工植草生態(tài)護(hù)坡工程,整治邊坡病害,提高生態(tài)河岸帶寬度。完善水量調(diào)度方案,科學(xué)調(diào)度水資源,重點保障枯水期河道生態(tài)基流。建立湖區(qū)植被緩沖帶,及時清除廢棄電站、水庫等,以陸生和濕生植物為主建立灌草結(jié)合綠化隔離帶。

(2) 加強(qiáng)水生生物多樣性保護(hù)力度。應(yīng)建立水生生物多樣性觀測網(wǎng)絡(luò),定期開展生物多樣性普查,及時更新物種組成、分布和種群數(shù)量等信息,并進(jìn)行水生物脅迫因子評估工作。掌握重要水生生物動態(tài)變化情況。政府應(yīng)積極引導(dǎo),減少河流工業(yè)廢水和生活污水的排放,切實加強(qiáng)對污染排放單位的審核和監(jiān)督,并采取水污染治理技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)工程措施,控制浮游植物過度增長。

(3) 全面提高河流防洪能力。開展生態(tài)河道建設(shè),根據(jù)現(xiàn)有防洪岸堤和自然岸線,開展強(qiáng)塘固防工程、中小河流治理工程等松陰溪綜合治理工程,實施生態(tài)防洪工程、河道堤防管護(hù)設(shè)施建設(shè)等一系列措施,保障城鄉(xiāng)防洪安全。此外,應(yīng)建立健全松陰溪流域防洪排澇風(fēng)險預(yù)報體制,確保對突發(fā)洪水等災(zāi)害事件的及時有效響應(yīng)。