曹永翔,寇曉梅,周明濤

(1中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065 ；2.陜西省“四主體一聯(lián)合”河湖生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)校企聯(lián)合研究中心,西安 710048 ；3.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 前 言

河流健康概念起源于20世紀(jì)80年代后期，國(guó)外普遍認(rèn)為，從生態(tài)系統(tǒng)層面出發(fā)，一個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定和可持續(xù)的，即生態(tài)系統(tǒng)隨著時(shí)間進(jìn)程有活力而且能維持其組織及自主性，受外界脅迫后容易恢復(fù)。國(guó)內(nèi)以董哲仁[1]為代表的學(xué)者認(rèn)為，河流健康評(píng)價(jià)是一種實(shí)施生態(tài)管理的有用工具，并與國(guó)內(nèi)學(xué)者吳阿娜、劉昌明、楊文慧等將河流健康重新定義為河流健康是河流生態(tài)系統(tǒng)的一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，河流系統(tǒng)能夠維持其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性，充分發(fā)揮其自然生態(tài)功能，并滿足人類社會(huì)合理需求，提供相應(yīng)的社會(huì)服務(wù)功能[2-4]。

2012年國(guó)務(wù)院印發(fā)的“關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(國(guó)發(fā)〔2012〕3號(hào))”要求定期開展河湖健康評(píng)估工作[5]。在當(dāng)前水利發(fā)展新階段，堅(jiān)持以“十六字”治水思路為指導(dǎo)，推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展，保持河流健康無疑應(yīng)該擺在重要的位置。漢江漢中平川段是南水北調(diào)中線工程和陜西省引漢濟(jì)渭工程水源地，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，水生態(tài)系統(tǒng)受到一定程度的脅迫。本文針對(duì)漢江漢中平川段，采用層次分析法，從河流的生物、化學(xué)以及形態(tài)特征等方面逐級(jí)加權(quán)，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)，分析評(píng)價(jià)漢江河流健康狀況，為建設(shè)“水清岸綠、生態(tài)健康、自然優(yōu)美、人水和諧”的幸福漢江提供科學(xué)的依據(jù)。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

漢江平川段西起勉縣武侯鎮(zhèn)，東至洋縣小峽口，干流長(zhǎng)約119.5 km，流域面積1.42萬km2，沿線主要匯入支流有27條，主要包括褒河、漾家河、堰河、濂水河、冷水河、湑水河、酉水河等。漢江在此段河谷開闊，地勢(shì)平坦，東西狹長(zhǎng)呈橢圓狀，發(fā)育有寬廣的沖積漫灘和I級(jí)～Ⅳ級(jí)階地，屬平原次穩(wěn)定河段。漢江平川段地處華中北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，受地形條件影響，形成了獨(dú)特的秦巴山區(qū)氣候特征，氣候具有溫暖濕潤(rùn)，夏無酷熱，冬無嚴(yán)寒，雨熱同季的特點(diǎn)。

區(qū)域植被具有植物種類繁多、區(qū)系成份復(fù)雜、植被類型多樣和垂直結(jié)構(gòu)明顯等特點(diǎn)。其中秦嶺南坡山地隨海拔升高一般可分為混有常綠落葉樹種的落葉闊葉林帶、針葉-落葉闊葉混交林帶、樺木林帶、冷杉林帶和落葉松林帶。漢江谷地植被幾乎全為農(nóng)田或荒坡，農(nóng)作物以水稻、小麥、油菜為主，其次為薯類、豆類、花生等。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

調(diào)查內(nèi)容通過收集資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘量測(cè)、與專家座談及利用遙感影像對(duì)比分析相結(jié)合的方法進(jìn)行，同時(shí)針對(duì)河段突出問題開展典型調(diào)查和重點(diǎn)調(diào)查。河流生境形態(tài)現(xiàn)狀利用遙感衛(wèi)片解譯，結(jié)合資料收集分析獲得。水質(zhì)現(xiàn)狀收集了漢中平川段干流2014年勉縣梁西渡、城固南柳渡和洋縣蒙家渡3個(gè)斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料及褒河、濂水河、冷水河、湑水河、漾家河、堰河、文川河和南沙河等支流設(shè)置的8個(gè)斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析該河段的水質(zhì)狀況。水生生物現(xiàn)狀利用中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司聯(lián)合西安理工大學(xué)及陜西省動(dòng)物研究所在漢江勉縣武侯鎮(zhèn)至洋縣小峽口河段的調(diào)查結(jié)果。漢江平川段水系及水質(zhì)調(diào)查點(diǎn)分布見圖1。

圖1 漢江平川段水系及水質(zhì)調(diào)查點(diǎn)分布

2.2 河段健康評(píng)價(jià)方法

借鑒國(guó)外河流健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合調(diào)查河段河流環(huán)境特征，采用層次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)，從河流的生物、化學(xué)以及形態(tài)特征等方面對(duì)河流健康狀況進(jìn)行逐級(jí)加權(quán)，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)，對(duì)漢江漢中平川段河流健康進(jìn)行評(píng)價(jià)。該類方法能夠較為客觀全面的反映河流健康狀況，缺點(diǎn)在于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較難確定[6]。

2.3 河流健康評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)確定

河流健康的評(píng)價(jià)需要選取一個(gè)基準(zhǔn)狀態(tài)作為參照，不同研究者的研究角度不同，對(duì)參照狀態(tài)認(rèn)識(shí)也存在差異，總體上將參照狀況分為最小干擾狀態(tài)(MDC)、歷史狀態(tài)(HC)、最低干擾狀態(tài)(LDC)或者是可達(dá)到的最佳狀態(tài)(BAC)4種類型。

由于河流健康標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)人類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)河流健康的理解不同，其健康標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不一樣[7]。其中最小干擾狀態(tài)(MDC)理解為基本不受人為活動(dòng)干擾的狀態(tài)，在目前人類活動(dòng)高度發(fā)達(dá)的情況下，這個(gè)狀態(tài)幾乎不存在。歷史狀態(tài)(HC)是過去某一時(shí)段的狀態(tài)，受限于資料數(shù)據(jù)的完整性和獲取難度，適應(yīng)性不高。最低干擾狀態(tài)(LDC)為選取研究河流相對(duì)干擾程度小的河段作為基準(zhǔn)，采用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，具有較好的適應(yīng)性?？蛇_(dá)到的最佳狀態(tài)(BAC)為經(jīng)過技術(shù)和管理手段治理后所能達(dá)到的最好狀態(tài)，帶有預(yù)測(cè)和期望性質(zhì)，也具有較強(qiáng)的可操作性。

本研究采用最低干擾狀態(tài)(LDC)作為基準(zhǔn)狀態(tài)，漢江漢中平川段漢惠渠上游約3.0 km范圍為漢江漢中平川段的上游，人為干擾少，因此把該河段作為參照狀態(tài)，將評(píng)價(jià)河段指標(biāo)值與該段相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行比較，開展健康評(píng)價(jià)。

2.4 表征因子識(shí)別

健康評(píng)價(jià)體系分為3個(gè)層次，最高級(jí)為河流健康綜合指數(shù)，反映河流健康的總體狀況，分為水文、形態(tài)、河岸帶緩沖區(qū)、水體理化性質(zhì)以及水生生物5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，再下面細(xì)化為20個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

給各項(xiàng)指標(biāo)賦以相應(yīng)的權(quán)重，各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重反映了各指標(biāo)在綜合評(píng)判過程中所占的地位或所起的作用，直接影響評(píng)價(jià)的結(jié)果。根據(jù)李鳳清[8]等人的研究，定權(quán)選用系統(tǒng)工程理論中廣泛使用的層次分析法，對(duì)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)賦以權(quán)重，河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)詳見表1。

表1 河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重表

2.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)確定及賦值

本次評(píng)價(jià)過程對(duì)比評(píng)價(jià)指標(biāo)與參照河段的差值，越接近參照河段得分越高，健康狀況越好。

2.5.1水文指標(biāo)

河流水文指標(biāo)分為水流速度、河流流量和水利工程干擾3個(gè)指標(biāo)，綜合反映河流的氣候特征、地表覆蓋特征及受人工水利設(shè)施的干擾程度。水文指標(biāo)的賦分詳見表2。

表2 河流水文指標(biāo)賦分表

漢江干流漢中平川段水流流速在0.3～4.07 m3/s,河道沿線流速隨河床形態(tài)變化；河道水面覆蓋受沿線閘壩工程攔擋、河道采砂堆積影響年內(nèi)變化較大，水面覆蓋率75%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響。漢江漢中平川段沿線各支流，由于從河源至河口途徑山地、丘陵以及平原地帶，受地形地貌及河床比降影響，流速不均；漾家河、褒河、湑水河等流域面積在100 km2以上的支流受水利水電工程調(diào)度影響，年內(nèi)水量變化較頻繁，水面覆蓋率75%～99%。其余較小支流受水利工程調(diào)度影響不大，水流流速及水量變化均不大。

2.5.2河流形態(tài)指標(biāo)

河流形態(tài)指標(biāo)分為河道底質(zhì)、蜿蜒度、河道改變程度、河岸結(jié)構(gòu)、河岸穩(wěn)定程度和河床穩(wěn)定程度6項(xiàng)指標(biāo)，反映了河流地貌形態(tài)發(fā)展變化情況。形態(tài)指標(biāo)的賦分詳見表3。

表3 河流形態(tài)指標(biāo)賦分表

漢江漢中平川段河床為沙質(zhì)河床，河床底質(zhì)多由原生基巖、亂石或卵石組成。河流彎曲率為1.19，屬順直微彎河道；河段河床平均比降0.85‰(勉縣段1.0‰，漢中段0.8‰，城固段0.55‰，洋縣段0.5‰)，河道呈寬淺狀，水流平緩，由于該段河道以淤積為主，河道內(nèi)形成許多微地貌形態(tài)，如沙洲和江心洲等發(fā)育。漢江干流漢中平川段隨著大部分堤防及河道整治工程的實(shí)施，使河道的主流歸順，橫向侵蝕減弱，河道橫向變形受控，侵蝕較小，除城固縣的史家灘、巨家灘和江灣灘展寬幅度較大以外，河床的平面形狀基本上是穩(wěn)定的。

2.5.3河岸帶緩沖區(qū)指標(biāo)

河岸帶緩沖區(qū)指標(biāo)分為河岸帶寬度、植被覆蓋度、生境類型3個(gè)指標(biāo)，河岸帶緩沖區(qū)是河流水域與陸地物質(zhì)、能量交換的過渡區(qū)域，具有顯著的邊緣效應(yīng)，反映了水陸兩域的健康情況。河岸帶緩沖區(qū)指標(biāo)的賦分詳見表4。

表4 河岸帶指標(biāo)賦分表

漢江干流漢中平川段及沿線支流河岸帶緩沖區(qū)平均寬度大于1倍河寬，緩沖區(qū)植被覆蓋度60%～80%，植被種類較多，達(dá)4～6種，緩沖區(qū)生境類型主要為灌木、灌叢及未利用地。

2.5.4水體理化性質(zhì)指標(biāo)

水體理化性質(zhì)指標(biāo)采用總氮、氨氮、總磷、溶解氧和化學(xué)需氧量5項(xiàng)指標(biāo)，反映水體的水質(zhì)情況。依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將Ⅰ、Ⅱ類水賦分值為4分，Ⅲ類水賦分值為3分，Ⅳ類水賦分值為2分，Ⅴ類水賦分值為1分，劣Ⅴ類水賦分值為0分。水體理化指標(biāo)的賦分詳見表5。

表5 水體理化指標(biāo)的賦分表

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘及收集的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料分析，除小河、尖山溝和濂水河水質(zhì)較差外，漢江干流漢中平川段及沿線支流水質(zhì)總體良好，溶解氧指標(biāo)總體達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)，總氮、總磷和化學(xué)需氧量指標(biāo)總體達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，氨氮指標(biāo)總體達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.5.5水生生物指標(biāo)

水生生物指標(biāo)分為物種多樣性、豐富度和均勻度3個(gè)指標(biāo)。大型底棲無脊椎動(dòng)物的群落特征對(duì)于反映河流的污染程度有較好的指示性，因此利用大型底棲無脊椎動(dòng)物的生物多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)來評(píng)價(jià)，其中生物多樣性指數(shù)采用的是Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)，水生生物指標(biāo)賦分詳見表6。

表6 水生生物的賦分表

除堰溝河和文川河古道因下游河道斷流，水生生物量少外，漢江干流漢中平川段及沿線支流大型底棲動(dòng)物種類較多，生物多樣性較高，水中浮游植物多達(dá)188種，底棲動(dòng)物由節(jié)肢動(dòng)物門、軟體動(dòng)物門、環(huán)節(jié)動(dòng)物門、扁形動(dòng)物門等組成。

3 結(jié)果與分析

河流健康評(píng)價(jià)采取二級(jí)指標(biāo)評(píng)分、一級(jí)指標(biāo)評(píng)分和河流健康綜合評(píng)分3個(gè)層次依次獲得。首先確定二級(jí)指標(biāo)得分，二級(jí)指標(biāo)得分與各自權(quán)重加權(quán)獲得一級(jí)指標(biāo)評(píng)分，5個(gè)一級(jí)指標(biāo)評(píng)分之和作為河流健康綜合評(píng)分，按照分值共劃分為0～49、50～69、70～89、90～100四個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)河流健康狀況為病態(tài)、不健康、亞健康和健康。漢江干流平川段及支流健康評(píng)價(jià)指數(shù)分值見圖2。

圖2 漢江干流平川段及支流健康評(píng)價(jià)指數(shù)分值

河流水文指標(biāo)中，漢江干流漢中平川段各斷面流速不均，河道沿線流速隨河床形態(tài)變化,河道水面覆蓋率55%～99%；河道總水量不受閘壩攔擋工程雍水影響，該項(xiàng)指標(biāo)健康狀況良好。河流形態(tài)指標(biāo)中，由于河段河床基本均為沙質(zhì)河床，河道砂卵石以2～156 mm為主，河道兩岸大部分已采用建筑材料防護(hù)，河岸穩(wěn)定，有少量區(qū)域存在明顯侵蝕；漢江干流因采砂、修筑水庫等活動(dòng)均存在挖深河道等現(xiàn)象，破壞河流形態(tài)，但河床總體穩(wěn)定，存在一定的退化現(xiàn)象。河岸帶指標(biāo)中，漢江干流絕大部分區(qū)域河岸帶緩沖區(qū)寬度較寬，植被類型以多種類灌草混生為主，局部分布較大面積的喬木林帶，植被覆蓋度達(dá)到60%～80%。水體理化指標(biāo)中，2014年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示，雖然各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)指標(biāo)都能滿足水功能區(qū)劃要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但部分河段尤其是支流仍有生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放或處理不達(dá)標(biāo)排放，直接影響局部河段水質(zhì)為Ⅴ類水或劣Ⅴ類水。水生生物指標(biāo)中，河段生物多樣性指數(shù)>3，物種豐富度>80，物種均勻度在60%～80%。

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)賦值加權(quán)得到各河流的健康綜合評(píng)分，干流平川段及其沿線27條主要支流中，大部分河流處于健康狀態(tài)，漢江干流、堰溝河、濂水河、汶川河古道河健康現(xiàn)狀為亞健康狀態(tài)。漢江干流漢中平川段健康綜合指數(shù)88分，呈亞健康狀態(tài)，需采取一定的生態(tài)修復(fù)措施恢復(fù)到相對(duì)健康狀態(tài)。

4 結(jié) 論

(1) 采用分級(jí)指標(biāo)評(píng)分法，構(gòu)建河流健康綜合指數(shù)對(duì)漢江漢中平川段河流健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，河流水文指標(biāo)、河岸帶緩沖區(qū)指標(biāo)和水生生物指標(biāo)相對(duì)較好，基本處于健康狀態(tài)。

(2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)中的河流形態(tài)指標(biāo)處于呈亞健康狀態(tài)，部分河流水體理化性質(zhì)指標(biāo)處于不健康水平。

(3) 河流健康綜合評(píng)分88分，整個(gè)平川段河流總體呈亞健康狀態(tài)。

漢江作為漢中人民的母親河，在改善人民生活環(huán)境質(zhì)量，美化城區(qū)環(huán)境，維護(hù)漢中市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定等方面具有不可替代的作用，需要根據(jù)健康評(píng)價(jià)結(jié)果，科學(xué)開展生態(tài)修復(fù)建設(shè)，讓漢江保持生態(tài)活力，成為造福人民的幸福河。