河流水环境健康评价研究与展望

杜东，余辉，李中强，牛勇，3，胡洋

（1.湖北大学资源环境学院，武汉 430062；2.中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地，北京 100012；3.华中农业大学水产学院，武汉 430072）

河流水环境健康评价研究与展望

杜东1，2，余辉2，李中强1，牛勇2，3，胡洋1，2

（1.湖北大学资源环境学院，武汉 430062；2.中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地，北京 100012；3.华中农业大学水产学院，武汉 430072）

随着人口的急剧增长和工农业生产的蓬勃发展，河流生态系统的健康受到严重威胁，人类开始对各种自然因素和人为因素对河流健康所造成的影响给予高度重视，并期待能拟定更合适的理论体系对这些影响进行科学评价。通过文献综述，介绍了河流健康的内涵，针对河流健康发展所要解决的主要问题，分析了目前河流健康的评价标准、评价方法、评价指标体系的优缺点。并根据目前河流健康评价研究领域的状况，指出了在评价过程中所存在的问题，并展望河流健康评价工作在未来发展的趋势。

河流；健康评价；标准；方法；指标体系

河流生态系统是自然界最重要的生态系统之一［1］。作为一种自然生态系统，河流生态系统具有自我维持、自我调控的功能，对外界的干扰具有一定的恢复能力，如营养盐及污染物在河流中得以迁移稀释和降解，使污染水体得到净化［2］。但是，随着人口的急剧增长和工农业生产的蓬勃发展，使大量的点源和面源污染物处理不达标或者未经处理就直接排入河流，导致排污量超过了河流的自净能力，河流水质达不到水质功能区的要求，严重威胁了河流生态系统健康。使得河流应有的自然功能、社会功能、生态功能受到影响，河流水环境健康问题已经成为世界各国政府及相关学术团体广泛关注的焦点［3］。

对于河流生态系统健康评价的研究，一些发达国家都结合自身区域状况，根据不同河流的特点，建立设计了能满足其特定目标的河流健康状况评价方法，并从综合和系统的角度评判河流健康状况，现已经成为河流保护与管理的国际趋势［4］。

国内近年来已经开始关注河流生态系统健康，在概念、评价方法、生态修复、评价体系等理论方面进行有益的尝试，但尚未形成完善的理论框架和方法体系，导致我国目前河流生态系统保护工作缺乏科学性的指导。河流水环境健康状况的评价不仅是对流域生态系统现状的客观描述和评估，需要结合我国的实际国情和流域的基本特征，同时借鉴国内外河流水环境评价领域内的先进经验，建立一套适合于中国国情的河流生态健康的理论方法和评价体系，诊断河流水环境健康存在的问题，为河流管理部门提供科学的理论方法和现实的决策依据［5］。因此，研究制定出河流水环境的健康评价体系，对于河流水环境的可持续管理及流域生态系统的建设都具有非常重要的理论价值和实践意义。

1 河流健康的内涵

在生态系统健康理念的指导下，20世纪80年代开始，北美、欧洲的部分学者从生态角度审视河流，提出河流健康的概念。1972年，美国颁布了《清洁水法》，该法首次提出了河流健康的概念，把河流健康的内涵定义为河流能够恢复和保持其水体的物理、化学和生物的完整性。国内外专家学者对河流健康内涵的理解也不一致，到目前为止河流健康的内涵还没有形成统一的标准。以Karr［6］、Scrimgeour［7］、An［8］、Schofield［9］、Costanza［10］、刘恒［11］为代表的学者从生态系统健康的视角出发，认为河流健康就是河流生态系统的完整性，主要强调生态系统的结构和功能。随着河流生态系统研究的发展，Fairweather［12］、Meyer［13］、Vugteveen［14］、王薇［15］、胡春宏［16］、刘晓燕［17］等认为，仅以河流生态系统的视角出发考虑河流健康是不科学的，在河流生态系统健康的基础上将渗透社会、经济、文化等体现人类价值观的因素也融入河流健康的内涵当中，从人类价值观的角度对河流健康的内涵进行重新解释，提出河流健康概念应涵盖生态完整性及人类价值观，即对河流生态系统健康状况评估的同时也满足人类合理需求的能力。除上述两种定义以外，还有以Ladson［18］、Rogers［19］、Norris［20］、董哲仁［21］、吴阿娜［22］为代表的部分学者是从管理的目的出发，认为河流健康不是严格意义上的科学概念，而是一种河流管理的评估工具，以河流的社会功能和生态功能取得平衡为基准状态达到河流管理的目标。正确理解河流健康的内涵是河流健康评价工作的基础，对开展河流健康的评价工作具有现实意义和指导作用。

2 河流健康评价指标体系

评价指标体系是河流健康评价的重中之重，指标体系的选取应该充分考虑研究对象所处的流域特征、社会经济状况，针对具体的河流要具体分析，在明确河流健康评价的方法和评价标准的基础上，结合目前的理论和技术措施制定出有效性和可靠性都能够保证的河流健康评价指标体系［23］。

就国外而言，河流健康评价指标体系的发展则更为关注河流生态服务功能。主要侧重于借助水质、河流形态结构、河岸带、河流水文结构及水生生物，来监测评估河流生态健康状况，具有代表性的主要有英国的河流无脊椎动物预测和分类系统（RIVPACS）、美国的快速生物监测协议（RBPs）、澳大利亚的河流状态调查（SRS）、南非的河流健康计划（RHP），都将河流的生物指标纳入河流健康评价的体系中，以生态服务功能为主［24］。Karr［25］从物理属性、化学属性、生物栖息地属性3个方面提出了评价指标的生物完整性指数（IBI）。Peter［26］则强调以堤岸、河床、水质指标、水生无脊椎动物、鱼类指标为评价河流水质和环境状况的主要指标。Ladson［27］认为河流健康指标体系应该包含5个方面的内容，即水质、河道形态结构、河岸带、水文特征、水生生物。Haase［28］利用无脊椎动物物种指标表征河流健康，包括流域土地类型、河道水质、底栖大型无脊椎动物。Wasson［29］认为底栖无脊椎动物是表征河流生态状况最好的指标，并以土地利用和底栖大型无脊椎动物作为河流健康评价的指标。Feo［30］运用功能性指标对葡萄牙蒙德哥河等河流进行了研究，采用的指标包括非生物变量（物理和化学），功能性变量（落叶分解率、泥沙呼吸率）和大型无脊椎动物。

国内的河流健康评价体系将河流的环境、防洪、开发利用等社会服务功能引进了评价指标体系。如长江［31］、黄河［32-34］、珠江［35］、渭河［36］、海河［37-38］、澜沧江［39］、大汶河［40］、辽河［41］、塔里木河［42］的评价指标体系（表1），列举了国内外部分学者对河流健康评价指标的解读，根据不同流域的特征，制定出不同流域的评价指标体系，分别从总目标层、系统层、状态层、要素层4个层面进行分析制定系统化的河流健康评价指标体系［43］。

纵观国内外一些专家学者对河流健康评价的研究不难看出，以河流自身特征、河流生态系统健康、社会经济功能这3个方面为中心建立河流健康评价指标体系。尽管2005年以来我国学术界在河流健康评价研究上有较多成果，不同学者和专家分别提出各自的河流健康的科学内涵、河流健康评价指标及评价方法等，但迄今国内尚未形成统一或公认的河流健康评价指标体系。因此，选择我国不同典型自然地理区域，充分考虑我国河流生态系统的特征及经济社会发展背景，在充分吸收国外先进河流健康评价理论及方法的基础上，构建一套体现地域特色和管理要求的河流生态系统健康理论和适用于我国国情的河流健康评价体系，具有十分重要的意义。

表1 国内外采用的河流健康评价体系

3 河流健康评价方法

3.1 按照评价原理划分

3.1.1 预测模型法

预测模型法常用的主要有两类：Wrihgt［44］提出了河流无脊椎动物和分类计划（AUSRIVAS），随后Simpon［45］又提出了澳大利亚河流评价计划（RIVPACS）。这两种评价方法具有相似性，都是在明确预测对象与目标后收集资料和数据，在资料和数据的基础上建立预测模型进行参数评估，最后进行模型检验的实施与结果分析，结构比较简单，易于理解。但这种方法也具有一定的局限性，在进行河流健康的评估时，假设河流在没有人为干扰条件下理论上应该存在的物种组成与河流实际的生物组成进行比较，而且假定存在的这一物种的任何变化都会反映在河流变化的基础上。如果这一假设出现偏差，即预测某段河流在理论上应该存在的生物量将会受到影响，并且未能将水质及生境退化与生物条件相联系。

3.1.2 多指标评价法

根据河流的具体特征对河流的生物、水文、物理化学及形态指标进行评估，将各项得分累积后的总分作为评价河流健康状况的评价依据。Karr［46］（1981）提出了生物完整性指数法（IBI），从水域生物的群落结构和功能出发，用12项指标评价河流健康状况。Ladson［47］用溪流健康指数法（ISC），基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物这5个方面构建了河流健康体系。Petersen［48］建立了河岸与河道环境细则（RCE），利用河岸结构、水生植被、河岸带完整性、鱼类等16项指标，将河流健康状况划分为5个等级，快速评价农业地区河流健康状况。Raven［49］采用了河流生态环境调查法（RHS），通过调查背景资料、河道数据、植被类型、土地利用及河岸侵蚀等指标来评价河流生境的自然特点和质量。Rowntree［50］通过河流健康计划法（RHP），选用河岸植被、水文、河流形态、鱼类、生境完整性等指标评价河流水环境的质量。

鉴于河流生态系统类型的复杂性和多样性，不同专业背景的学者提出了不同的评价方法来评价河流健康状况，因此应针对不同的流域状况特征需要应用相应的评价方法，以确保评价结果的准确性，达到河流管理的目标。

3.2 按照评价内容划分

3.2.1 结构功能指标法

结构功能指标法［51］是综合了生态系统的多项指标反应系统的过程及结构功能的状态。它具有一定结构或者组织化手段的系统，流域的各组成部分以有序的方式相互关联，并对河流评价整体发挥着必要的功能，是以平衡的状态存在着，任何部分的变化都会趋于新的平衡。由于河流系统本身的复杂性，导致每个指标体系的准则层都包含大量的子指标，增加了河流健康评价工作的工作量和难度，使得指标体系的使用很难推广，存在着一定的局限性。

3.2.2 指示物种法［52］

指示物种法是一种评价河流健康状态比较有效的方法，通过对生态系统的关键种、特有种、指示种、濒危种、长寿种和环境敏感种的分析来评价生态系统的健康状态。指示物种法简便易行，但是存在着一定的缺陷，由于指示物种的筛选标准及其对河流生态系统的健康指示作用不太明确，尚未涵盖人类的健康因素和社会经济发展因素，所以很难全面反映河流生态系统的健康状况。

4 河流健康评价标准

河流健康评价的标准应当因“河”而异、因“时”而异［53］。目前对河流健康评价标准的理解，评价标准可以分为时代性、地域性和状态性3种参考系，如表2所示。

表2 3种主要河流健康评价标准的比较

4.1 时代性参考系

选取某一条河流的原始状态作为参照状态，由于原始状态的河流具备合理的结构及完善功能的生态系统，处于一种生态系统自然演替的健康状况。其通过逐年对河流进行监测，收集数据，按时间的先后顺序对其变化趋势进行分析，评估河流的健康状况是趋于健康发展状态，还是趋于退化状态。

4.2 地域性参考系

基于不同区域范围的河流健康状况的标准不一样，选取河流生态系统状况良好的某一河段作为参照点采集样品收集数据，进行河流健康状况趋势的评估分析。

4.3 状态性参考系

从最小干扰状态（即河流未受人类活动的干扰或因生态修复而达到的理想状态）、历史状态（即河流在选定历史时期内的最佳状态）和最低干扰状态来研究区域内现有的最佳状态；可达到的最佳状态，即通过合理有效的管理、修复等可达到的最佳状况［60］，从而评判河流水环境的健康水平。

综合考虑流域社会经济状况及河流生态系统自身的演替规律，可以看出：时代性和地域性参考系根据不同流域地区的特性而区别应用，同时也具有一定的局限性；状态性参考系从某种意义上已经违背了流域社会经济发展和生态系统自身演替的规律。再加之河流健康涉及到的学科范畴比较广泛，既有区域人类活动和社会经济发展的制约，又受流域自然条件的限制，河流健康在河流的社会功能和自然功能之间寻找平衡，只是相对意义上的健康，不同背景下的河流健康标准实际上只是一种社会选择。所以，在讨论河流健康评价标准的同时，也要区别对待河流的共性和个性问题，制定出一个适宜评价流域社会经济发展和流域生态系统保护的健康评价标准。

5 研究展望

5.1 内涵

由于研究者的专业背景和评价视角的不同，河流健康内涵的统一仍然存在着严重的分歧。国对内外河流健康的内涵研究大体可以分为两种情况：河流的生态功能和河流的社会服务功能。如何在河流健康的内涵中兼顾河流的生态功能和社会服务功能两者的统一，为河流的合理开发和科学管理提供有效的决策依据，是今后研究者在河流健康领域的研究工作中亟待解决的问题。

5.2 评价指标

制约河流健康评价指标的因素具有一定的特殊性和复杂性，所以在选择的同时务必考虑所选指标的科学性、代表性、可比性及可操作性。由于研究者选取评价指标的背景不同，现有的评价指标大体以水质指标和生物指标为主，很少涉及社会经济要素和人类健康要素。因此，结合区域特征及管理要求提取适宜评价区域的指标，达到生态、社会经济、人类健康三者的和谐，有待进一步发展和完善。

5.3 评价方法

河流健康的评价方法是按照评价原理和评价内容划分的，但这种划分标准下的评价方法应用于不同的河流也有所差异，具有一定的局限性，以偏概全，不具有普遍适用性，考虑问题缺乏系统性和综合性。

5.4 评价标准

由于河流健康评价的时空范围和具体特点具有不确定性，到目前为止还没有形成一个相对统一的标准。因此在选取河流健康评价标准时应针对河流的具体特征具体对待。

5.5 展望

由于河流健康评价在国内的发展还处在初级阶段，研究者和学术团体的学科背景和评价视角不同，河流健康的概念到目前为止还没有统一的标准。河流健康作为河流管理和评估的一种工具，它是一种正在逐步发展的理论方法体系，涉及到河流动力学、水环境学、社会经济学、生态学等多个学科的交叉综合性课题，制约河流健康的因素及相互之间的关系也较为复杂，河流健康的评价方法、评价标准、评价指标体系仍然处于探讨阶段，目前仍未形成较为系统和完善的理论方法体系，有待进一步探讨和完善。因此，在构建新的理论方法体系的同时，应借鉴领域内先进的经验，并且结合我国的实际国情和流域的基本特征，建立一套适合于中国国情的河流生态健康的理论方法和评价体系，为河流管理部门提供科学的理论方法和现实的决策依据，实现社会、环境、经济的可持续发展。

［1］黄民生，陈振楼.城市内河污染治理与生态修复——理论、方法与实践［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］Karr J R,E W Chu.Sustaining Living Rivers［J］.Hydrobiologia，2000，422/423：1-14.

［3］何兴军，李琦，宋令勇.河流生态健康评价研究综述［J］.地下水，2011，33（2）：63-66.

［4］蔡守华，胡欣.河流健康的概念及指标体系和评价方法［J］.水利水电科技进展，2008，28（1）：23-26.

［5］夏自强，郭文献.河流健康研究进展与前瞻［J］.长江流域资源与环境，2008，17（2）：252-255.

［6］Karr J R.Defining and measuring river health［J］.Freshwater Biology，1999（41）：221-234.

［7］Scrimgeour G J.Wicklum D.Aquatic ecosystem health and integrity：problem and potential solution［J］.Journal of North American Benthlogical Society，1996，15（2）：254-261.

［8］An K G，Park S S，Shin J Y.An evaluation of a river health using the index of biological integrity along relation to chemical and habitat conditions［J］.Environment International，2002，28：411-420.

［9］Schofield N J，Davies P E.Measuring the health of our rivers［J］.Water，1996，6（23）：39-43.

［10］Costanza R，Mageeau M.What is a healthy ecosysyem［J］. Aquatic Ecology，1999，33（1）：105-115.

［11］刘恒，涂敏.对国外河流健康问题的初步认识［J］.中国水利，2005（4）：19-23.

［12］Fairweather P G.State of environment indicators of“river health”exploring the metapor［J］.Freshwater Biology，1999，41（2）：211-220.

［13］Meyer J L.Stream health：incorporating the human an dimension to advance stream ecology［J］.The North American Benlhological Society，1997，16（2）：439-447.

［14］P Vugteveen，R S E W Leuven，M A J Huijbregts，et al. Redefinition and elaboration of river ecosystem health：perspective for river managment［J］.Hydrobiologia.2006，565：289-308.

［15］王薇.维持河流健康生命研究［J］.人民黄河，2005，27（7）：1-4.

［16］胡春宏，陈建国，郭庆超.论维持黄河健康生命的关键技术与调控措施［J］.中国水利水电科学研究院学报，2005（3）：1-5.

［17］刘晓燕.河流健康理念的若干科学问题［J］.人民黄河，2008，30（10）：1-13.

［18］Ladson A R.Development and testing of Index of Stream ConditionforwaterwaymanagementinAustralia［J］. Freshwater Biology，1999（41）：453-468.

［19］Rogers K H.The Real River Management Challenge：Integrating Scientists，Stakeholders and Service Agencies［J］. River Research Applic，2006，22（2）：269-280.

［20］Norris R H，Thoms M C.What is River Health［J］.Fresh-water Biology，1999，41（2）：197-209.

［21］董哲仁．河流健康评估的原则和方法［J］．中国水利，2005（10）：17-19.

［22］吴阿娜.河流健康评价：理论、方法与实践［D］.上海：华东师范大学，2005.

［23］刘瑛，高甲荣，崔强.4种国外河流健康评价方法述评［J］.水土保持通报，2009，29（3）：40-44.

［24］Wright J F，Furse M T，Moss D.River classification using invertebrates：RIVPACS applications［J］.Aquatic Conservation：Marine and Freshwater Ecosystems，1998（8）：617-631.

［25］Karr J K.Assessments of biotic integrity using fish communities［J］.Fisheries（Bethesda），1981（6）：21-27.

［26］Peter Cullen.Measuring River Health［J］.Water，2001（6）.

［27］Ladson A R.Development and testing of Index of Stream ConditionforwaterwaymanagementinAustralia［J］. Freshwater Biology，1999（41）：453-468.

［28］Haase R，Nolte U.The nvertebrate species index（ISI）for streams in southeast queensland，Australia［J］.Ecological Indicators，2008（8）：599-613.

［29］Wasson J G，Villeneuve B，et al.Large-scale relationships between basin and riparian land cover and ecological status of European river［J］.Freshwater Biology，2010（55）：74-81.

［30］Feo M J，Alves T，Boavda M，et al.Functional indicators of stream health：a river-basin approach［J］.Freshwater Biology，2010（55）：1050-1065.

［31］郑江丽，邵东国.健康长江指标体系与综合评价研究［J］.南水北调与水利科技，2007，5（4）：61-63.

［32］李国英.黄河治理的终极目标是“维持黄河健康生命”［J］.人民黄河，2004（1）.

［33］刘晓燕，张原锋.健康黄河的内涵及其指标［J］.水利学报，2005，37（6）：649-654.

［34］赵彦伟，杨志峰，姚长青.黄河健康评价与修复基本框架［J］.水土保持学报，2005，19（5）：131-134.

［35］李向阳，林木隆，郑冬艳.珠江流域河流健康评价指标体系初探［J］.人民珠江，2009（2）.

［36］冯普林.渭河健康生命的主要标志及评价指标体系研究［J］.人民黄河，2005，27（8）：3-6.

［37］白杨，郑华，欧阳志云.海河流域生态功能区划［J］.应用生态学报，2011，22（9）：2377-2382.

［38］彭涛，陈晓宏.海河流域典型河流生态系统健康评价［J］.武汉大学学报，2009，42（5）：631-634.

［39］李丽娟.澜沧江水环境质量评价与成因分析［J］.地理学报，1999，54：127-131.

［40］范芳玉，葛颜祥，郭志建.大汶河流域生态服务价值评估研究［J］.山东农业大学学报，2011（4）：77-81.

［41］张楠，孟伟.辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法［J］.环境科学研究，2009，22（2）：162-170.

［42］付爱红，陈亚宁，李卫红.塔里木河流域生态系统健康评价［J］.生态学报，2009，22（5）：2418-2425.

［43］黄宝强，李荣昉，曹文洪.河流生态系统健康评价及其对我国河流健康保护的启示［J］.安徽农业科学，2011，39（8）：4600-4602.

［44］Wright JF，Furse MT，Moss D.River classification using invertebrates：RIVPACS applications［J］.Aquatic Conservation：Marine and Freshwater Ecosystems，1998（8）：617-631.

［45］Simpson J，Norris R，Barmuta L，et al.AusRivAS-National River Health Progrom［R］.1999.

［46］Karr J K.Assessments of biotic integrity using fish communities［J］.Fisheries（Bethesda），1981（6）：21-27.

［47］Ladson A R.Development and testing of Index of Stream ConditionforwaterwaymanagementinAustralia［J］. Freshwater Biology，1999（41）：453-468.

［48］Petersen R C.The REC：a Riparian，Channel，and Environmental Inventory for small streams in the agricultural landscape［J］.Freshwater Biology，1992，27：295-306.

［49］Raven P J，Holmes Nth D F E A.Quality assessment using river habitat survey data［J］.Aquat Conserv，1998（8）：477-499.

［50］Brizga S，Finlays B.River management：the Australian experience Chischeste［M］.New York：John Wiley&Sons，2000.265-284.

［51］王淑英，王浩，高永胜，等.河流健康状况诊断指标和标准［J］.自然资源学报，2011，26（4）：591-598.

［52］单媛媛，李瑞，张俊芳，等.平原河网地区河流健康评价指标体系构建［J］.水科学与工程技术，2010（4）：17-19.

［53］孙雪岚，胡春宏.河流健康评价指标体系初探［J］.泥沙研究，2007（4）：21-27.

［54］Calow P.Ecosystem note optimized［J］.Journal of Aquatic Ecosystem Health，1993，2（1）：55.

［55］Boon P J.River restoration in five dimensions［J］.Aquatic Conservation：Marine and Freshwater Ecosystems，2000，8（1）：257-264.

［56］Parsons M，Thoms MC，Norris RH.Developments of a Standardised Approach to River Habitat Assessment in Australia［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2004.

［57］Brierley G J.Cohen T，Fryirs K.Post European changes to the fluvial geomorphology of Bega catchment，Australia：implications for river ecology［J］.Freshwater Biology，1999（41）：839-848.

［58］董哲仁．河流健康评估的原则和方法［J］．中国水利，2005（10）：17-19.

［59］吴阿娜，车越，杨凯.基于内容分析法的河流健康内涵及表征［J］.长江流域资源与环境，2008，17（6）：932-938.

［60］吴阿娜.河流健康评价：理论、方法与实践［D］.上海：华东师范大学，2008.

A Progress and Prospect of Health Evaluation Research on River Water Environment

DU Dong1，2，YU Hui2，LI Zhong-qiang1，NIU Yong2，3，HU Yang1，2
（1.Faculty of Resources and Environmental Science，Hubei University，Wuhan 430062，China；2.Research Center of Lake Environment，Chinese Research Academy of Environmental Science，Beijing 100012，China；3.College of Fisheries，HuaZhong Agricultural University，Wuhan 430072，China）

With a growing-up process of urbanization，the health development of river ecosystem in China has been a serious threat.Humans began to throw light on the side impacts caused by a variety of natural factors and human factors.By the way of literature research，based on the present studies at home and abroad，this paper introduced the connotation of river health，summarized the theory and method of river health assessment system and proposed some problems to be solved.The following three aspects should be included according to specific situation of the certain river:river health，assessment index system of river health and standards of river health assessment.In the meanwhile，it also looked forward to the developing tendency of river health assessment in the future and improved the health level of river ecosystem environment.

river；health evaluation；standard；method；index system

TV213

A

1672-9900（2013）01-0001-06

2012-12-04

国家水体污染控制与治理重大专项（2012ZX07101-001）；湖北省杰出青年基金（2010CDA098）

杜东（1985-），男（汉族），甘肃会宁人，硕士，主要从事河流水环境研究，（Tel）15907123808。