河流健康评价及保护对策分析——以牤牛河为例

武玉峰

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

河流健康评价及保护对策分析
——以牤牛河为例

武玉峰

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

牤牛河是浑河的支流，发源于东陵区满堂镇上木匠村，于新立堡汇入浑河。目前牤牛河两岸人类活动较多，垃圾堆放，大量污水排入河中，水体污染严重，造成河流生态环境恶化。本文通过对牤牛河健康问题调查和河流监测及分析与评价，得出了牤牛河是亚健康水平，并针对性地提出了对策措施和建议。

河流；健康；评价；对策

1 流域概况

牤牛河，也称满堂河，位于浑河的右岸，是浑河的支流，发源于东陵区满堂镇上木匠村，于新立堡汇入浑河。河流总长24.33km，河道比降2.51‰，流域面积62.5km2，在该河上设有东陵水文站，控制面积占全河流域面积的90%。牤牛河地区发生大暴雨的天气系统，并具有雨量大、强度高、面积广等特点［1］。

2 河流健康评价指标体系建立

本次评价工作，结合辽宁省河流特点，分别提出了河流健康评价指标体系，其中必选指标为全国技术标准中的必选指标，新增指标为本次评价辽宁省新增加的指标。目前，国家各流域试点在评价指标选取中灵活性较大，辽宁省也根据自身河流特点新增了几项指标，建议经过评价年的实施应用来验证指标选取的合理性和可操作性，为未来进一步研究辽宁省河湖健康评估指标体系提供借鉴依据。本次对牤牛河健康评价指标体系采取分目标层、亚目标层、准则层、指标层进行评价，根据《河流健康评估指标、方法与标准（试点工作用）》，河流健康评价指标权重赋值采用加权法进行综合评价，详细评价指标体系如表1所示。

3 河流健康评价生物指标评价标准

3.1 底栖生物完整性指数

生态完整性体现在各生物群落和种群的完整性中，如鱼类、底栖动物、藻类和浮游动物完整性等。底栖动物目前已被广泛应用于生态监测评估中，通过构建底栖动物完整性指数（B-IBI）可以对河湖的水生态现状进行较为全面和科学的评估。水质法是以水质等级为标准进行河流健康评价的方法，栖境法是以生物栖息地质量为标准进行河流健康的评价方法，而综合法是融合了水质法与栖境法的一种比较全面的评价方法。

表1 牤牛河（东陵站以上）健康评价指标体系表

（1）参照点与受损点筛选。针对目前的河流干扰特征，本研究选择水质指标、半定量栖息地评价指标作为筛选参照点与受损点的依据。在开展栖息地质量评价时，主要从栖息地生境异质性和多样性角度考虑，选择10项指标对栖境质量状况进行半定量评价，分别是底质类型、栖境复杂性、水深～流速结合情况、堤岸稳定性、河道变化、河水水量状况、植被多样性、水质状况、河岸带人类活动强度和土地利用类型，总分为200分。根据三种不同评价方法对参照点与受损点进行选取，如表2所示［6］。

表2 参照点与受损点筛选方法表

综合栖息地质量及水质情况评定标准，原定参照区域为浑太流域源头区，包括TZ01～TZ05样点，浑河源头H01～H06样点，但经过参照点生境质量评分，最后仅保留TZ02、TZ03、TZ04、TZ05为参照样点。原定受损点区域为浑太流域下游区，包括海城河下游样点，浑太流域下游样点，经过生境质量评分，最后仅保留H11、H12、H16为受损样点（见图1）。

图1 参照点与受损点筛选区域图

（2）指标体系构建。依据EPA适用的大型底栖动物B-IBI因子选择28项大型底栖动物生物参数作为构建生物完整性评价的备选指标。主要包括物种数类参数6项，相对丰度类参数8项，耐污类群参数2项，优势类群参数1项，功能摄食参数5项，生态型与生活型参数2项和多样性参数4项。对28个候选指标进行分布范围、判别能力和相关性分析的筛选。分布范围的筛选指若某指标在超过95%的样点得分均为零，则放弃该指标。利用箱体图进行判别。备选参数差异显著要满足下列条件之一:参照点的中位数超出受损点25～75Th箱体范围；受损点的中位数超出参照点25～75Th箱体范围；相关性分析的筛选是对通过判别能力筛选的各指标进行Pearson相关性检验，设定相关系数|r|= 0.75为界限，对相关性高于临界值的参数，仅保留其中的一个参数即可。最后筛选出10个核心指标，在此基础上进行IBI值计算，10个核心指标值分布范围及最佳期望值见表3。

表3 核心指标值分布范围及最佳期望值表

（3）IBI值赋分。将各评估参数的分值进行加和，得到IBI指数值。以参照系样点IBI值由高到低排序，选取25%分位值作为最佳期望值，对IBI指数进行赋分得到IBIr分值，范围为0～100。

3.2 鱼类损失指数

鱼类生物损失指标标准建立采用历史背景调查方法确定。选用1980年代作为历史基点。调查评估河流流域鱼类历史调查数据或文献。其中比较典型的历史调查成果如《中国内陆水域渔业资源调查与区划》（1980～1988）、《东北地区淡水鱼类》、《辽宁动物志-鱼类》。基于历史调查数据分析统计评估河流的鱼类种类数，在此基础上，依据不同鱼类自然分布特征，在不同河段确定鱼类分布名录，并开展专家咨询调查，确定各评估河流所分布的鱼类历史背景状况，确定鱼类指标调查评估预期值［3］。

4 河流健康评价的调查与监测分析

4.1 评价河段的划分

由于此次牤牛河健康评价河段长度不是很长，评价河段为源头～东陵水文站，河长18.63km，故本次对未进行分段划分。

4.2 河流健康评价指标调查与监测

4.2.1 水文水资源

流量过程变异程度。选择东陵水文站2009～2013年逐月实测流量、径流还原量进行整理，计算出牤牛河流量变异程度指标FD值及赋分FDr（见表4）。

生态流量保障程度。收集和整理东陵水文站2009～2013年4～9月、10～3月期间日最小流量、多年平均还原量，计算得到牤牛河生态流量保障程度指标赋分EFr（见表5）。

表4 牤牛河流量变异程度赋分值表

表5 牤牛河生态流量保障程度赋分值表

流量变异程度指标权重0.3、生态流量保障程度指标权重0.7，根据公式计算得到水文水资源完整性HDr赋分（见表6）。

表6 牤牛河水文水资源完整性赋分表

4.2.2 物理结构

河岸带状况。2014年6月，对牤牛河的河岸带状况进行了现场查勘。本次评估共选取4个断面进行调查。调查表明，4个断面的岸坡稳定性均处于基本稳定与次不稳定之间，监测河段的平均岸坡稳定性属于次不稳定，这是由斜坡高度的客观事实因素所决定的。监测河段河岸植被覆盖度的变化区间在30～100%之间，整体平均植被覆盖度为79%。实地查勘还发现干扰河岸形态的主要人为活动有河岸带临近陆域的沿岸建筑物（房屋）、公路、垃圾堆放和农业耕种。根据调查成果，计算得到牤牛河的河岸带状况赋分，属于健康状况（见表7）。

表7 牤牛河河岸带状况指标赋分表

河流连通阻隔状况。经调查，社河上只有1个榆树屯泄洪闸，分析后赋分75分。

综合库岸带状况、河流连通阻隔状况2个指标，根据指标权重，经计算得到牤牛河的物理结构准则层赋分为75.4分，属于健康状况，见表8。

表8 牤牛河物理结构赋分表

4.2.3 水质

本次评估在东陵水文站附近增设监测断面1处，监测时间为2014年3月至2014年8月，每月1次，共6次。具体监测项目同浑河。根据DO水质状况、耗氧有机污染状况、重金属污染状况赋分标准，经计算，牤牛河上述三项指标赋分结果见表9。

表9 牤牛河水质准则层各指标赋分表

根据表8成果及水质准则层赋分标准，牤牛河水质准则层最后分值为23分。

4.2.4 生物

水生生物指标全年监测2次，春季调查监测时间为2014年5～6月，秋季调查监测时间为2014年8～9月，分别进行了鱼类资源调查和底栖生物取样监测。共设定1个监测点位（见图2）。

图2 牤牛河监测点分布图

底栖动物完整性指数。综合春季和秋季底栖动物数据，牤牛河全流域所采集底栖动物总个体数为69个，隶属2门（节肢动物门、环节动物门），2纲（昆虫纲、寡毛纲），2目，3科，3属，3种。牤牛河底栖动物完整性指数赋分35分。

鱼类生物损失指数。两次调查监测，牤牛河中未发现鱼类，社河鱼类生物损失指数赋分0分。

基于春季和秋季社河流域河流1个样点调查数据，综合河流大型底栖动物完整性指数得分（IBIr）和鱼类生物损失指数得分（FOEr），根据各指标权重，鱼类生物损失指数权重0.6、底栖动物完整性指数权重0.4，计算得到社河生物准则层赋分14分。评价结果表明，牤牛河流域各河段生物完整性状况极差，为所有浑太河流域中得分最低。

4.2.5 社会服务功能

水资源开发利用指标。牤牛河地表水资源总量为974.3万m3，2011年牤牛河地表水资源开发量5.2万m3，经计算牤牛河地表水资源开发利用率0.53%，根据赋分标准，对于水资源丰富地区，虽然开发利用率低于10%，但仍能满足当地经济发展需求，地表水资源开发利用率赋分为100分［4］。

防洪指标。通过调查，遇到降水量大时，牤牛河上游来水量较大，来水快，退水也快，河两岸大部分是土堤。英达镇以上为中上游，河道为宽浅式，该段曾进行了2.4km的标准化整治，防洪标准达到10年一遇。1999年有关部门对上水泉段和中水泉段各1.5km进行了10年一遇标准的堤防整治。由于牤牛河流域面积较小，且流经地区多为平原，加之区域的地理条件，牤牛河的防洪任务并不重，历史上从未发生过较大规模的洪水，最多河水只淹没到河滩的一半，未给沿河居民、农田造成过大损失。因此认为牤牛河防洪指标基本达标，总体赋分为90分。

公众满意度。2014年6月20日，对牤牛河附近居民及商铺进行了走访调查，总体赋分为69.68，偏低，主要原因是近几年牤牛河水体污染太严重，生态功能近乎消失。

5 河流健康分析与评价

牤牛河健康评价赋分为53.3分，处于亚健康状况。其中生态状况赋分39分，为不健康水平，社会服务功能赋分为86.69分，为理想状况。牤牛河健康评价成果见表10和图3。

表10 牤牛河健康评价成果表

5.1 河流生态状况分析与评价

牤牛河生态状况总体赋分39分，属于不健康水平。其中水质状况赋分23分，为不健康状态；水文水资源赋分68.3分，为健康水平；水生生物赋分14分，处于病态水平；物理结构赋分75.4分，为健康水平。

图3 牤牛河健康评价指标赋分图

5.2 河流社会服务功能状况分析与评价

由于牤牛河未进行水功能区划分，本次评价选择水资源开发利用率、防洪指标及公众满意度3个指标对社会服务功能状况进行了评价，其中水资源开发利用指标权重设为0.34，防洪指标和公众满意度指标权重设为0.33，经计算牤牛河社会服务功能赋分为86.69分，总体评价为理想状态。

5.3 河流健康状况分析与评价

牤牛河健康指数赋分为53.3分，综合评价为亚健康水平。详见图4。

图4 牤牛河健康评价成果图

6 河流健康问题及成因

6.1 河流健康存在的主要问题

根据评估成果分析，牤牛河健康问题主要有以下几方面:

（1）水文水资源方面。根据评价结果，牤牛水文水资源完整性最好，为健康水平。其中生态流量保障程度为理想状况，流量变异程度为不健康，经调查2009年以后牤牛河流域大量生活污水排入，实测径流量增大，导致流量变异程度增大。

（2）物理结构方面。牤牛河物理结构准则层为健康水平。影响牤牛河物理结构健康状况的主要问题有:河岸带的人为干扰活动较多，中下游监测断面的河岸植被覆盖度较低。

（3）水质方面。从牤牛河流域整体看，牤牛河水质状况呈不健康状态。溶解氧和耗氧有机污染物赋分较低是影响牤牛河化学完整性赋分主要因素，尤其是非汛期化学需氧量和氨氮赋分更低［2］。

（4）水生生物方面。评价结果表明，牤牛河流域各河段生物完整性状况极差，为所有浑太河流域中得分最低。水质水生态破坏严重，水体中耗氧有机物浓度较高，东陵水文站附近水质严重恶化［4］。

6.2 河流健康问题成因

导致牤牛河健康问题的主要原因:河流两岸人类活动较多，垃圾堆放，大量污水排入河中，加剧了河流生物栖息环境恶化［5］。

7 采取的保护对策

基于以上分析，为了保障牤牛河健康状况，提出以下几个方面保护措施建议:

（1）严格控制水体污染，改善水质，提高水功能区达标率。阻断一切污染源，加强重点点源废水达标排放工作，制定市政排污口污染治理方案，削减主要市政排污口主要污染物入河量，进一步加强工业点源达标治理的力度。同时减少垃圾堆放，采取生态修复措施，恢复河流生境。

（2）加强河岸带保护与管理，控制河岸带不合理的人为活动，普及河流生态健康知识，提高生态环境保护意识。对植被覆盖度较低的河段进行河岸带植被修复与管理，提高植被覆盖度，恢复其缓冲带功能，并保留一定的河滩地及行洪期。

8 结语

通过对牤牛河的健康评价分析可以看出，牤牛河综合评价为亚健康水平。所以，我们应该严格控制水体污染，改善水质，提高水功能区达标率；加强河岸带保护与管理，控制河岸带不合理的人为活动的破坏，确保牤牛河河流的健康指数达标，改善河流生态环境。

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表1 P S O、DE与P S ODE算法配置结果对比

5 结语

水资源优化配置是水资源高效利用的前提。面对复杂的水资源系统，水资源配置模型往往呈现出多目标性、多层次性，传统的求解方法已经不能满足需要。近年来出现的一系列进化算法在解决复杂系统模型中体现出优越性。

本文基于公平性原则构建了水资源优化配置模型，并利用PSO与DE的混合算法（PSODE）对模型进行求解。该算法结合了PSO与DE两种算法的搜索优势，不仅搜索速度快，而且避免了单个算法过快收敛于局部最优的风险。以新疆迪那河流域水资源配置为例，将PSODE算法与PSO、DE算法的配置结果进行对比，验证了PSODE的高效性与精确性。

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1672-2469（2015）10-0033-06

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.11

武玉峰（1979年—），男，工程师。