拜亞麗

(甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心,甘肅 蘭州 730000)

當(dāng)前,隨著經(jīng)濟(jì)社會的高度發(fā)展,受人類活動影響,流域下墊面條件不斷改變,各種廢污水進(jìn)入水體導(dǎo)致水環(huán)境不斷惡化,水生物不斷銳減,水生態(tài)系統(tǒng)健康程度不斷受損,河流服務(wù)功能不斷喪失等,改變了流域水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,嚴(yán)重威脅到河湖的水生態(tài)健康。

河流健康是生態(tài)文明建設(shè)的重要標(biāo)志。早在20世紀(jì)70年代,世界各國就開始對河流水生態(tài)進(jìn)行長期監(jiān)測,從而對流域生態(tài)健康狀況進(jìn)行相關(guān)研究和綜合評價。國外研究多集中在預(yù)測模型法、生物完整性法等評價方法上,重點(diǎn)關(guān)注流域生態(tài)永續(xù)發(fā)展,強(qiáng)調(diào)流域生物多樣性保護(hù)和生態(tài)修復(fù),注重流域生境與棲息地評價。我國在這方面的研究起步相對較晚,在引進(jìn)和推廣國外評價體系與技術(shù)方法方面開展了大量研究,同時借鑒國外學(xué)者的研究成果,近年來國內(nèi)學(xué)者的研究成果頗為豐富[1],其中3S技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用、流域水生態(tài)健康等都是其研究的熱點(diǎn)方向。

我們定義如果一個流域的水生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、合理、功能齊全,所蘊(yùn)含的能量流動和物質(zhì)循環(huán)能夠發(fā)揮流域正常的生態(tài)環(huán)境效益,進(jìn)而滿足人類和自然需求,則稱這個流域的水生態(tài)是健康的[2]。

流域水生態(tài)健康評價逐漸成為流域生態(tài)環(huán)境管理重點(diǎn),受到社會公眾廣泛關(guān)注。2022年生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《“十四五”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃》,明確要求各地“增強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測” “完善水生態(tài)監(jiān)測評價”[3]。近年來,各地在生態(tài)文明建設(shè)實(shí)踐中陸續(xù)頒布了流域生態(tài)健康評價的地方標(biāo)準(zhǔn),如:2017年山東省發(fā)布了《山東省生態(tài)河道評價標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/T 3081—2017),2021年蘇州市發(fā)布了《河湖健康評價規(guī)范》(DB3205/T 1016—2021),2023年甘肅省發(fā)布了《河流健康評價技術(shù)規(guī)范》(DB62/T 4681—2023)等。

甘肅省是我國河流健康調(diào)查評價工作開展較早的省份之一。從2017年開始,甘肅省河長制辦公室統(tǒng)一安排部署,全省14個市(州)及蘭州新區(qū)依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范陸續(xù)完成了107條河流的健康評價,2022年面向社會公開發(fā)布甘肅省河流健康藍(lán)皮書——《甘肅省河流健康評價報告(2017—2021)》。該報告結(jié)果顯示,河湖健康評估工作是全面推進(jìn)河湖長制、不斷提升河湖水生態(tài)質(zhì)量和穩(wěn)定性的重要依據(jù),對推進(jìn)全省河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要指導(dǎo)作用[4]。

1 研究區(qū)域概況

討賴河流域地處河西走廊中部,位于東經(jīng)97°22′46″～99°27′11″,北緯38°24′16″～40°56′08″,東起山丹馬營河,西以嘉峪關(guān)的黑山為界,南與疏勒河流域毗鄰,北以金塔盆地的馬鬃山為界,涉及青海省祁連縣,甘肅省張掖市肅南縣、嘉峪關(guān)市以及酒泉市肅州區(qū)、金塔縣,流域面積2.81萬km2。

流域地勢總體西南高東北低,由西南向東北傾斜,區(qū)域內(nèi)氣溫變化較大,冬季嚴(yán)寒,夏季酷熱,屬溫帶大陸性氣候,晝夜溫差較大,歷年最高氣溫38.7℃,最低氣溫-31.6℃,多年平均氣溫為6.7～7.7℃。年降水量稀少,多年平均年降水量272.7mm,多年平均年水面蒸發(fā)量(E601型蒸發(fā)器觀測值)為1800～2500mm。日照時間較長,全年約3000h;無霜期較短,全年約130天;風(fēng)沙較大,夏季多東南風(fēng),冬季多西北風(fēng),最大風(fēng)速為34.0m/s。

討賴河屬黑河水系一級支流,發(fā)源于青海省祁連山中段討賴掌,河長179.4km,集水面積6883km2。黑河的主要支流包括洪水河、紅山河、觀山河、豐樂河與馬營河等。流域內(nèi)河床比降大,洪水陡漲陡落,峰高量小、歷時短。降水是討賴河流域的主要補(bǔ)給來源,主要來水量集中在汛期。其中討賴河出山口年均徑流量6.27億m3,徑流年際變化幅度小,變差系數(shù)Cv為0.13,年極值比為2.41,年最大徑流量9.13億m3(1972年),年最小徑流量4.89億m3(1990年),是西部地區(qū)徑流量變化幅度最小的河流。

討賴河出山口以上為高山峽谷區(qū),出山后經(jīng)嘉峪關(guān)市向西南進(jìn)入平原區(qū),東流進(jìn)入酒泉市,之后北折轉(zhuǎn)向金塔縣,匯入鴛鴦池水庫,經(jīng)引水灌溉后消失于金塔盆地。討賴河流域開發(fā)歷史悠久,流域中下游為重要的農(nóng)業(yè)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū),水利工程設(shè)施已初具規(guī)模,形成了較為完善的灌溉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對水資源依賴程度很高?，F(xiàn)狀已有蓄水工程44座,引水工程17處,機(jī)井工程6945眼,水電站10座(已建電站6座,在建4座),蓄水工程總庫容為21285萬m3,其中鴛鴦池水庫為大(2)型水庫,大草灘水庫和解放村水庫為中型水庫,其余均為小型水庫[5-6]。

2 評價方法

流域水生態(tài)健康評價主要參考河流健康評價的方法:生物監(jiān)測法和綜合評價法。根據(jù)文獻(xiàn)情況,國內(nèi)外研究基本傾向于綜合評價法。綜合評價法以層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、模糊綜合評價法以及上述多方法耦合綜合分析法為代表[7]。本文采用灰關(guān)聯(lián)綜合評價法和模糊綜合評價法評價賴河流域水生態(tài)健康狀況。

2.1 灰關(guān)聯(lián)綜合評價法

灰關(guān)聯(lián)綜合評價法是一種多因素統(tǒng)計分析方法,該方法彌補(bǔ)了單因子評價的不足,系統(tǒng)考慮了影響流域生態(tài)系統(tǒng)的各因素與參考指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度,在此基礎(chǔ)上對流域健康程度進(jìn)行評價[8]。

2.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種常見而較為有效的評價方法,是在確定評價因素等級標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)值的基礎(chǔ)上,運(yùn)用模糊集合變換原理,以隸屬度描述各因素及因子,構(gòu)造模糊評判矩陣,通過多層次的復(fù)合運(yùn)算,最終確定評價對象所屬等級[9]。

上述兩種評價方法的計算過程詳見文獻(xiàn)[8][9]。

3 研究成果

3.1 灰關(guān)聯(lián)綜合評價

3.1.1 評價體系

將流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評價分解為三個層次:最上層為目標(biāo)層,即討賴河流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評價;中間層為準(zhǔn)則層,有自然、經(jīng)濟(jì)、社會屬性等影響因素;最下層為措施層,即各項(xiàng)評價標(biāo)準(zhǔn),包括人口密度、城鎮(zhèn)化率、干旱指數(shù)、人均可利用水資源量、產(chǎn)水模數(shù)、單位GDP用水量、水資源開發(fā)利用程度、地表水開發(fā)利用率、城鎮(zhèn)人均污水排放量、徑流深、流量變異程度、植被覆蓋率、灌溉水利用系數(shù)、人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例、節(jié)水灌溉率、工業(yè)用水重復(fù)率、重要濕地保留率、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、水利投資占GDP比例。

3.1.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

灰關(guān)聯(lián)綜合評價將流域水生態(tài)健康評價分為五個等級:健康(0.8～1);即流域水生態(tài)環(huán)境沒有壓力;亞健康(0.6～0.8),即流域水生態(tài)環(huán)境有較輕壓力;較健康(0.4～0.6),即流域水生態(tài)環(huán)境有一定壓力;不健康(0.2～0.4),即流域水生態(tài)環(huán)境有壓力;病態(tài)(0～0.2),即流域水生態(tài)環(huán)境壓力很大。討賴河流域灰關(guān)聯(lián)綜合評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 討賴河流域灰關(guān)聯(lián)綜合評價標(biāo)準(zhǔn)

3.1.3 灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

從表1可知,討賴河流域評價指標(biāo)的初始數(shù)據(jù)取值范圍、度量方法和單位不同,因此需要將評價模型中各種指標(biāo)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,可以采用越大越優(yōu)、越小越優(yōu)以及區(qū)間最優(yōu)等方法,將其轉(zhuǎn)換到0～1的無量綱可比較數(shù)值范圍內(nèi),從而保證評價的科學(xué)性和客觀性。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后求得絕對差序列,從而得到灰關(guān)聯(lián)系數(shù),見表2。

表2 灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

分別按照三個層次計算權(quán)重系數(shù)、組合權(quán)向量,并做一致性檢驗(yàn),計算結(jié)果見表3。

表3 歸一化權(quán)重結(jié)果

由此計算得到各指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)度r=0.54,按照評價標(biāo)準(zhǔn),計算結(jié)果處于0.4～0.6這個區(qū)間,即討賴河流域水生態(tài)屬于較健康狀態(tài),說明討賴河流域水生態(tài)環(huán)境有一定壓力。

3.2 模糊綜合評價

3.2.1 建立評價因素集

影響流域健康程度的核心因素是河流自然屬性、經(jīng)濟(jì)社會功能、社會服務(wù)能力的發(fā)展規(guī)模與質(zhì)量。按照評價指標(biāo)的可靠性及充分性原則,考慮討賴河水資源特點(diǎn),建立評價因素集U={u1,u2,…,u20}={人口密度、城鎮(zhèn)化率、干旱指數(shù)、……、重要濕地保留率、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、水利投資占GDP比例}。

3.2.2 建立評判集

模糊綜合評價將流域水生態(tài)健康評價也分為五個等級,即評判集V={v1,v2,…,v5}={健康(0.8～1.0):流域恢復(fù)能力強(qiáng),水生態(tài)環(huán)境沒有壓力,完全滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展;基本健康(0.6～0.8):流域恢復(fù)能力較強(qiáng),水生態(tài)環(huán)境有壓力,基本滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展;亞健康(0.4～0.6):流域恢復(fù)能力一般,水生態(tài)環(huán)境有一定壓力,只能滿足一定程度的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展;病態(tài)(0.2～0.4):流域恢復(fù)能力差,水生態(tài)環(huán)境壓力很大,無法滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展;瀕于崩潰(0～0.2):流域恢復(fù)能力很差,水生態(tài)環(huán)境壓力非常大,完全無法滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展}。

3.2.3 建立模糊關(guān)系矩陣

根據(jù)模糊關(guān)系矩陣的計算公式,討賴河流域水生態(tài)系統(tǒng)健康程度隸屬度評價矩陣為

3.2.4 計算關(guān)聯(lián)度

由表3可知各指標(biāo)的權(quán)重,由此求得各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度w=0.42,按照評判集,計算結(jié)果處于0.4～0.6這個區(qū)間,即討賴河流域水生態(tài)屬于亞健康,說明討賴河流域恢復(fù)能力一般,水生態(tài)環(huán)境有一定壓力,只能滿足一定程度的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

a.采用灰關(guān)聯(lián)和模糊綜合評價方法對討賴河流域水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價,其中灰關(guān)聯(lián)評價方法計算結(jié)果為0.54,模糊綜合評價方法計算結(jié)果為0.42,結(jié)果表明:討賴河流域水生態(tài)環(huán)境有一定壓力,處于較健康狀態(tài)。

b.討賴河流域地處內(nèi)陸,受人類活動影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,干流縱向連通性評價為劣,中游工業(yè)發(fā)展迅速,下游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量大,電站及蓄水工程較多,其開發(fā)利用區(qū)主要集中在中下游地區(qū),造成水資源開發(fā)利用程度高,用水結(jié)構(gòu)不合理,用水效率偏低等,上述因素對評價結(jié)果存在一定影響,需進(jìn)一步分析[10-11]。

c.流域水生態(tài)健康評價指標(biāo)體系受到有關(guān)研究及模型的建立、研究資料、方法的限制,可以通過AHP、集對分析等方法[12-16]對指標(biāo)體系進(jìn)一步完善,以期更好地為流域水資源服務(wù)。