吳佳鵬，劉玲花，王淑賢，霍煒潔，劉來(lái)勝，吳雷祥

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710018)

基于指標(biāo)體系法的密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)

吳佳鵬1，劉玲花1，王淑賢2，霍煒潔1，劉來(lái)勝1，吳雷祥1

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710018)

為了科學(xué)保護(hù)和合理利用密云水庫(kù)的水域資源，采用指標(biāo)體系法對(duì)密云水庫(kù)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)目前總體上處于較健康的狀態(tài)，評(píng)估指標(biāo)中處于健康、較健康和一般病態(tài)的指標(biāo)分別占64%、21%和7%。密云水庫(kù)流域生態(tài)系統(tǒng)健康水平偏低的根本原因是流域內(nèi)水資源無(wú)序開發(fā)利用，導(dǎo)致流域上下游水資源分配不均，進(jìn)而導(dǎo)致水庫(kù)供水能力不足及庫(kù)區(qū)周圍濕地萎縮。

水域生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)系統(tǒng)健康；評(píng)價(jià)；密云水庫(kù)

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)健康的概念是Constanza于1997年提出的。其內(nèi)涵包括自我平衡、沒(méi)有病征、多樣性、有恢復(fù)力、有活力、能夠保持系統(tǒng)組分間的平衡6個(gè)方面[1]。水域生態(tài)系統(tǒng)是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在為人類提供生產(chǎn)、生活基礎(chǔ)產(chǎn)品的同時(shí)，還具有維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過(guò)程和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的功能[2]。而隨著人類將水庫(kù)作為開發(fā)利用水資源或水能資源的重要手段，水庫(kù)已成為水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成單元。根據(jù)國(guó)際大壩委員會(huì)截至2013年底的統(tǒng)計(jì)，世界已建在建的各類大壩共計(jì)6.8萬(wàn)座。其中，中國(guó)壩高15m以上的大壩3.8萬(wàn)座，占55.9%。健康的水庫(kù)一方面應(yīng)長(zhǎng)久有效地發(fā)揮其工程設(shè)計(jì)功能，另一方面它應(yīng)是一個(gè)物種多樣性豐富，食物鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜而完善，物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)及物種流動(dòng)通暢的生態(tài)系統(tǒng)[3]。由于人類頻繁活動(dòng)不同程度地破壞了水域生態(tài)環(huán)境，使水庫(kù)健康狀況及功能不斷受到威脅；因此，對(duì)水庫(kù)健康狀況評(píng)價(jià)已成為近年生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

為使水域生態(tài)系統(tǒng)健康相應(yīng)研究指標(biāo)具有可操作性，眾多學(xué)者根據(jù)研究目的的不同提出了各種紛繁復(fù)雜的評(píng)價(jià)方法。根據(jù)指標(biāo)選取角度的不同，大體上分為兩大類。即，指示物種法和指標(biāo)體系法。前者比較適宜水域自然生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)，通常選用藻類[3]、無(wú)脊椎動(dòng)物[4-5]和魚類[6]等水生生物作為指示物種。對(duì)于水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的綜合評(píng)價(jià)，指標(biāo)體系法應(yīng)用較多，如塔里木河[7]、東陽(yáng)江[8]、東溪[9]、汝溪河[10]、衡水湖[11]、艾比湖[12]等生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)均采用指標(biāo)體系法。

表1 密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

密云水庫(kù)位于北京市密云區(qū)北部山區(qū)，橫跨潮河、白河主河道上，流域面積15 788 km2，涉及河北省和北京市的9個(gè)縣區(qū)。密云水庫(kù)分為白河、潮河和內(nèi)湖3個(gè)庫(kù)區(qū)，最大水面面積188 km2，最大蓄水量43.75×108m3，最高蓄水位159.9m，平均年徑流量11.9×108m3。該水庫(kù)兼具供水、漁業(yè)、旅游等綜合功能，是北京唯一的地表飲用水水源地，也是南水北調(diào)中線來(lái)水進(jìn)入北京的調(diào)節(jié)水庫(kù)。密云水庫(kù)也是華北地區(qū)重要的漁業(yè)資源產(chǎn)地，是開展魚類保護(hù)、科研及生物多樣性保護(hù)和環(huán)境污染監(jiān)測(cè)活動(dòng)的重要場(chǎng)所。因此，對(duì)密云水庫(kù)水域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)對(duì)區(qū)域居民生活和水產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。但目前，針對(duì)密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)尚未見報(bào)道。為此，筆者應(yīng)用指標(biāo)體系法對(duì)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在了解水庫(kù)近年的水域生態(tài)環(huán)境健康狀況，為其生態(tài)安全和水域的綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本次評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水庫(kù)蓄水量(水位)觀測(cè)數(shù)據(jù)和水庫(kù)水生生物調(diào)查數(shù)據(jù)；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括庫(kù)區(qū)周圍綠化、公路交通、法律法規(guī)執(zhí)行等基本情況。

1.2 研究方法

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

從國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展來(lái)看，最初眾多研究者在指標(biāo)體系的選擇上多采用生態(tài)類指標(biāo)；但隨著人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)與研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康應(yīng)該包括整個(gè)環(huán)境，既有生物的組分，也有非生物的景觀組分。由于人類是景觀的組成部分，所以景觀滿足人類需求和愿望的程度應(yīng)該納入生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)之中。另外，生態(tài)系統(tǒng)健康概念具有綜合性和整體性；因此，很難將人類、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)分隔開來(lái)。筆者依據(jù)上述理論，結(jié)合密云水庫(kù)的功能特點(diǎn)，選取以下指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系(見表1)。其中，準(zhǔn)則層包括水庫(kù)理化狀況指標(biāo)、水庫(kù)功能指標(biāo)、水庫(kù)生物結(jié)構(gòu)指標(biāo)和人類社會(huì)環(huán)境指標(biāo)；指標(biāo)層包含水質(zhì)狀況、富營(yíng)養(yǎng)化狀況、水庫(kù)整體安全，等等14個(gè)指標(biāo)。指標(biāo)權(quán)重決定了各個(gè)因子對(duì)水庫(kù)生態(tài)健康狀況的正反面貢獻(xiàn)大小，通常采用層次分析法、變異系數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等確定。本研究中采用層次分析法。

1.2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

依據(jù)密云水庫(kù)的實(shí)際情況，本次評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)歷史資料法、實(shí)地考察、參照對(duì)比、借鑒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)研究成果、公眾參與和專家評(píng)判等方法選定。密云水庫(kù)生態(tài)健康評(píng)價(jià)中，按不同取值范圍將其分為很健康、健康、較健康、一般病態(tài)和病態(tài)5個(gè)級(jí)別(見表2)，每個(gè)級(jí)別賦予不同分值，分別為1，0.75，0.5，0.25，0，以便進(jìn)行健康綜合評(píng)價(jià)賦分。

表2 密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)體系

1.2.3 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，判斷流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，其值在0～1之間，評(píng)價(jià)公式

式中，E為綜合評(píng)價(jià)得分；Fi為第i個(gè)指標(biāo)的分值；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；n為指標(biāo)數(shù)量。

2 結(jié)果及分析

采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，依據(jù)前文構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)密云水庫(kù)進(jìn)行了生態(tài)健康評(píng)價(jià)(見表3)。

密云水庫(kù)生態(tài)健康評(píng)價(jià)得分0.692，健康的指標(biāo)占總參評(píng)指標(biāo)的64%，較健康指標(biāo)占21%，一般病態(tài)占7%；說(shuō)明其流域生態(tài)系統(tǒng)總體上處于較健康的狀態(tài)。分析表明，水庫(kù)理化狀況和水庫(kù)功能指標(biāo)準(zhǔn)則層得分分別為0.625和0.664，處于較健康的狀態(tài)。其主要原因：①氣候變化和人為活動(dòng)(如潮白河上游水資源過(guò)渡開發(fā)利用)等，導(dǎo)致密云水庫(kù)入庫(kù)徑流量持續(xù)減少，自1998年以后，密云水庫(kù)蓄水量基本維持在11×108～12×108m3，相對(duì)于水庫(kù)總蓄水庫(kù)容(43.75×108m3)蓄水量嚴(yán)重不足；②由于密云水庫(kù)近年來(lái)處于低水位運(yùn)行，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)周圍濕地面積萎縮，進(jìn)而在一定程度上降低了庫(kù)區(qū)周圍濕地的生物棲息地和水質(zhì)凈化功能；③近年來(lái)，出于保證流域內(nèi)水源地供水安全的需要，對(duì)水源地周邊旅游進(jìn)行了嚴(yán)格控制，如密云水庫(kù)周邊拆除違章建筑物、取締經(jīng)營(yíng)活動(dòng)等在一定程度上降低了水庫(kù)的休閑娛樂(lè)功能；④盡管密云水庫(kù)水質(zhì)狀況可以穩(wěn)定達(dá)到GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，但相對(duì)于歷史水質(zhì)，個(gè)別因子(如總氮、總磷)濃度仍呈現(xiàn)處上升趨勢(shì)，主要是水庫(kù)上游流域人類活動(dòng)尚未得到有效控制。

表3 密云水庫(kù)生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)結(jié)果

密云水庫(kù)生物結(jié)構(gòu)和人類社會(huì)環(huán)境指標(biāo)準(zhǔn)則層得分均為0.75，處于健康狀態(tài)。上述評(píng)價(jià)結(jié)果與2014年密云水庫(kù)管理處開展密云水庫(kù)調(diào)查，水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)良好的結(jié)論相一致。上述準(zhǔn)則層生態(tài)健康的主要原因：①由于密云水庫(kù)水質(zhì)相對(duì)較好，且近年來(lái)采取嚴(yán)格措施控制網(wǎng)箱養(yǎng)魚，發(fā)展生態(tài)漁業(yè)，為密云水庫(kù)營(yíng)造了良好的水生態(tài)環(huán)境；②為了保證水庫(kù)供水安全，劃定了密云水庫(kù)飲用水源保護(hù)區(qū)，按照水源保護(hù)相關(guān)要求，對(duì)庫(kù)區(qū)周圍的違規(guī)生產(chǎn)生活和交通設(shè)施進(jìn)行了拆除，避免了路面徑流等面源對(duì)水庫(kù)水體的污染；③出于保護(hù)水源地供水安全考慮，流域內(nèi)相關(guān)部門制定了一系列法律法規(guī)，且得到認(rèn)真貫徹執(zhí)行，如1985年和1995年分別出臺(tái)了《北京市密云水庫(kù)、懷柔水庫(kù)和京密引水渠水源保護(hù)管理暫行辦法》和《北京市密云水庫(kù)、懷柔水庫(kù)和京密引水渠水源保護(hù)管理?xiàng)l例》，2005年密云縣制定《密云縣人民政府關(guān)于密云水庫(kù)消落區(qū)土地種植實(shí)施辦法》等。

3 結(jié)論與討論

(1)采用構(gòu)建的4個(gè)準(zhǔn)則，14個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示：目前密云水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體上處于較健康的水平。但應(yīng)通過(guò)開展流域水資源統(tǒng)一管理或跨流域調(diào)水等手段，改善密云水庫(kù)長(zhǎng)期蓄水不足的現(xiàn)狀；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)流域?qū)用娴奈廴局卫砹Χ?，進(jìn)一步改善水庫(kù)水質(zhì)，保障密云水庫(kù)的供水安全。

(2)指標(biāo)體系法是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的特征及其服務(wù)功能所建立的指標(biāo)體系進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，是目前水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的主要方法。水庫(kù)是在山溝或河流的狹口處建造攔河壩而形成的人工湖泊，建設(shè)目的就是為人類服務(wù)，在評(píng)價(jià)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況時(shí)不應(yīng)割裂人的要素。水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)既要滿足人類社會(huì)的合理要求，又要保持自我維護(hù)與更新的能力。由于人類的發(fā)展，對(duì)自然環(huán)境的索求和干擾愈來(lái)愈多，使自然生態(tài)環(huán)境受到一定破壞，但隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，健康的水域生態(tài)系統(tǒng)必將成為水域管理的主要目標(biāo)。

[1]CONSTANZA R，D’ARGE R，de GROOT R，et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature，1997，387：253-260.

[2]戴紀(jì)翠，倪晉仁. 底棲動(dòng)物在水生生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中的作用分析[J]. 生態(tài)環(huán)境，2008，17(6)：2107-2111.

[3]殷旭旺，渠曉東，李慶南，等. 基于著生藻類的太子河流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32(6)：1677-1691.

[4]王備新，楊蓮芳. 胡本進(jìn)，等. 應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)B-IBI評(píng)價(jià)溪流健康[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，5(6)：1481-1490.

[5]蘇玉，曹曉峰，黃藝. 應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)滇池流域入湖河流生態(tài)系統(tǒng)健康[J]. 湖泊科學(xué)，2013，25(1)：91-98.

[6]JIA Y T，CHEN Y F. River health assessment in a large river：Bioindicators of fish population[J]. Eclological Indicators，2013，26：24-32.

[7]付愛(ài)紅，陳亞寧，李衛(wèi)紅. 塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(5)：2418-2426.

[8]吳濤，解雪峰，蔣國(guó)俊，等. 東陽(yáng)江流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 水土保持通報(bào)，2015，35(2)：326-331.

[9]顏利，王金坑，黃浩. 基于PSR框架模型的東溪流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 資源科學(xué)，2008，30(1)：107-113.

[10]楊予靜，李昌曉，麗娜·熱瑪贊. 基于PSR框架模型的三峽庫(kù)區(qū)忠縣汝溪河流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2013，22(S1)：66-74.

[11]李春暉，鄭小康，崔嵬，等. 衡水湖流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 地理研究，2008，27(3)：565-573.

[12]任建麗，金海龍，葉茂，等. 基于PSR模型對(duì)艾比湖流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26(2)：37-41.

[13]陳穎，張明祥. 中國(guó)濕地退化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J]. 林業(yè)資源管理，2012 (2)：116-120.

[14]高玉榮. 北京4海藻類群落結(jié)構(gòu)特征與水體營(yíng)養(yǎng)水平的研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1992，12(2)：173-180.

(責(zé)任編輯 陳 萍)

Evaluation of Ecosystem Health Status Based on Index System in Miyun Reservoir

WU Jiapeng1, LIU Linghua1, WANG Shuxian2, HUO Weijie1, LIU Laisheng1, WU Leixiang1

(1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 2. Shaanxi Reconnaissance Design & Research Institute of Water Environmental Engineering, Xi’an 710018, Shaanxi, China)

In order to scientifically protect and rationally utilize the water resources of Miyun Reservoir, the index system is employed to evaluate the ecosystem health status of reservoir. The results show that the ecosystem in Miyun Reservoir is sub-health on the whole at present, and the indices of health, sub-health and general abnormal state are 64%, 21% and 7% respectively. The basic reason for the low level of ecosystem health in Miyun Reservoir basin is that the water resources in the basin is disorderly exploited, which leads to the unequal distribution of water resources in upper and lower reaches of river basin and then leads to insufficient water supply capacity and shrinking of wetland.

aquatic ecosystem; ecosystem health; assessment; Miyun Reservoir

2015-10-26

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 (2011BAJ21B03)

吳佳鵬(1980—)，男，吉林扶余人，高級(jí)工程師，博士，從事水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)健康評(píng)價(jià)研究.

X82；TV213.3

A

0559-9342(2016)12-0006-04