基于指标体系法的密云水库生态系统健康状况评价

吴佳鹏，刘玲花，王淑贤，霍炜洁，刘来胜，吴雷祥

(1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安710018)

基于指标体系法的密云水库生态系统健康状况评价

吴佳鹏1，刘玲花1，王淑贤2，霍炜洁1，刘来胜1，吴雷祥1

(1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安710018)

为了科学保护和合理利用密云水库的水域资源，采用指标体系法对密云水库的生态系统健康状况进行评价。结果表明，密云水库生态系统目前总体上处于较健康的状态，评估指标中处于健康、较健康和一般病态的指标分别占64%、21%和7%。密云水库流域生态系统健康水平偏低的根本原因是流域内水资源无序开发利用，导致流域上下游水资源分配不均，进而导致水库供水能力不足及库区周围湿地萎缩。

水域生态系统；生态系统健康；评价；密云水库

0 引 言

生态系统健康的概念是Constanza于1997年提出的。其内涵包括自我平衡、没有病征、多样性、有恢复力、有活力、能够保持系统组分间的平衡6个方面[1]。水域生态系统是自然生态系统的重要组成部分，在为人类提供生产、生活基础产品的同时，还具有维持生态系统结构、生态过程和区域生态环境的功能[2]。而随着人类将水库作为开发利用水资源或水能资源的重要手段，水库已成为水域生态系统的重要组成单元。根据国际大坝委员会截至2013年底的统计，世界已建在建的各类大坝共计6.8万座。其中，中国坝高15m以上的大坝3.8万座，占55.9%。健康的水库一方面应长久有效地发挥其工程设计功能，另一方面它应是一个物种多样性丰富，食物链结构复杂而完善，物质循环、能量流动及物种流动通畅的生态系统[3]。由于人类频繁活动不同程度地破坏了水域生态环境，使水库健康状况及功能不断受到威胁；因此，对水库健康状况评价已成为近年生态学、环境学等领域的研究热点。

为使水域生态系统健康相应研究指标具有可操作性，众多学者根据研究目的的不同提出了各种纷繁复杂的评价方法。根据指标选取角度的不同，大体上分为两大类。即，指示物种法和指标体系法。前者比较适宜水域自然生态系统的健康评价，通常选用藻类[3]、无脊椎动物[4-5]和鱼类[6]等水生生物作为指示物种。对于水域生态系统健康状况的综合评价，指标体系法应用较多，如塔里木河[7]、东阳江[8]、东溪[9]、汝溪河[10]、衡水湖[11]、艾比湖[12]等生态系统健康评价均采用指标体系法。

表1 密云水库生态系统健康状况评价指标体系

密云水库位于北京市密云区北部山区，横跨潮河、白河主河道上，流域面积15 788 km2，涉及河北省和北京市的9个县区。密云水库分为白河、潮河和内湖3个库区，最大水面面积188 km2，最大蓄水量43.75×108m3，最高蓄水位159.9m，平均年径流量11.9×108m3。该水库兼具供水、渔业、旅游等综合功能，是北京唯一的地表饮用水水源地，也是南水北调中线来水进入北京的调节水库。密云水库也是华北地区重要的渔业资源产地，是开展鱼类保护、科研及生物多样性保护和环境污染监测活动的重要场所。因此，对密云水库水域生态系统的健康状况进行监测和评价对区域居民生活和水产业发展具有重要意义。但目前，针对密云水库生态系统健康状况进行评价的文献尚未见报道。为此，笔者应用指标体系法对水库生态系统健康状况进行评价，旨在了解水库近年的水域生态环境健康状况，为其生态安全和水域的综合开发利用提供科学依据。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

本次评价数据包括监测数据和现场调查数据。监测数据包括水质监测数据、水库蓄水量(水位)观测数据和水库水生生物调查数据；现场调查数据主要包括库区周围绿化、公路交通、法律法规执行等基本情况。

1.2 研究方法

1.2.1 评价指标体系

从国内外研究进展来看，最初众多研究者在指标体系的选择上多采用生态类指标；但随着人类对生态环境的认识与研究，发现生态系统健康应该包括整个环境，既有生物的组分，也有非生物的景观组分。由于人类是景观的组成部分，所以景观满足人类需求和愿望的程度应该纳入生态系统健康的评价之中。另外，生态系统健康概念具有综合性和整体性；因此，很难将人类、社会和经济与生态系统健康评价分隔开来。笔者依据上述理论，结合密云水库的功能特点，选取以下指标建立评价体系(见表1)。其中，准则层包括水库理化状况指标、水库功能指标、水库生物结构指标和人类社会环境指标；指标层包含水质状况、富营养化状况、水库整体安全，等等14个指标。指标权重决定了各个因子对水库生态健康状况的正反面贡献大小，通常采用层次分析法、变异系数法、神经网络法等确定。本研究中采用层次分析法。

1.2.2 指标标准化

依据密云水库的实际情况，本次评价标准通过历史资料法、实地考察、参照对比、借鉴国家标准与相关研究成果、公众参与和专家评判等方法选定。密云水库生态健康评价中，按不同取值范围将其分为很健康、健康、较健康、一般病态和病态5个级别(见表2)，每个级别赋予不同分值，分别为1，0.75，0.5，0.25，0，以便进行健康综合评价赋分。

表2 密云水库生态系统健康评价指标等级体系

1.2.3 评价方法

根据各评价指标数据，判断流域生态系统健康状况，其值在0～1之间，评价公式

式中，E为综合评价得分；Fi为第i个指标的分值；Wi为第i个指标的权重；n为指标数量。

2 结果及分析

采用监测数据和统计数据，依据前文构建的评价指标体系和标准，对密云水库进行了生态健康评价(见表3)。

密云水库生态健康评价得分0.692，健康的指标占总参评指标的64%，较健康指标占21%，一般病态占7%；说明其流域生态系统总体上处于较健康的状态。分析表明，水库理化状况和水库功能指标准则层得分分别为0.625和0.664，处于较健康的状态。其主要原因：①气候变化和人为活动(如潮白河上游水资源过渡开发利用)等，导致密云水库入库径流量持续减少，自1998年以后，密云水库蓄水量基本维持在11×108～12×108m3，相对于水库总蓄水库容(43.75×108m3)蓄水量严重不足；②由于密云水库近年来处于低水位运行，导致库区周围湿地面积萎缩，进而在一定程度上降低了库区周围湿地的生物栖息地和水质净化功能；③近年来，出于保证流域内水源地供水安全的需要，对水源地周边旅游进行了严格控制，如密云水库周边拆除违章建筑物、取缔经营活动等在一定程度上降低了水库的休闲娱乐功能；④尽管密云水库水质状况可以稳定达到GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准要求，但相对于历史水质，个别因子(如总氮、总磷)浓度仍呈现处上升趋势，主要是水库上游流域人类活动尚未得到有效控制。

表3 密云水库生态健康状况评价结果

密云水库生物结构和人类社会环境指标准则层得分均为0.75，处于健康状态。上述评价结果与2014年密云水库管理处开展密云水库调查，水库生态系统良好的结论相一致。上述准则层生态健康的主要原因：①由于密云水库水质相对较好，且近年来采取严格措施控制网箱养鱼，发展生态渔业，为密云水库营造了良好的水生态环境；②为了保证水库供水安全，划定了密云水库饮用水源保护区，按照水源保护相关要求，对库区周围的违规生产生活和交通设施进行了拆除，避免了路面径流等面源对水库水体的污染；③出于保护水源地供水安全考虑，流域内相关部门制定了一系列法律法规，且得到认真贯彻执行，如1985年和1995年分别出台了《北京市密云水库、怀柔水库和京密引水渠水源保护管理暂行办法》和《北京市密云水库、怀柔水库和京密引水渠水源保护管理条例》，2005年密云县制定《密云县人民政府关于密云水库消落区土地种植实施办法》等。

3 结论与讨论

(1)采用构建的4个准则，14个指标的指标评价体系，对密云水库生态系统健康状况进行评价的结果显示：目前密云水库生态系统健康状况总体上处于较健康的水平。但应通过开展流域水资源统一管理或跨流域调水等手段，改善密云水库长期蓄水不足的现状；同时应加强流域层面的污染治理力度，进一步改善水库水质，保障密云水库的供水安全。

(2)指标体系法是根据生态系统的特征及其服务功能所建立的指标体系进行定量评价，是目前水域生态系统健康评价的主要方法。水库是在山沟或河流的狭口处建造拦河坝而形成的人工湖泊，建设目的就是为人类服务，在评价水库生态系统健康状况时不应割裂人的要素。水库生态系统既要满足人类社会的合理要求，又要保持自我维护与更新的能力。由于人类的发展，对自然环境的索求和干扰愈来愈多，使自然生态环境受到一定破坏，但随着可持续发展战略的实施，健康的水域生态系统必将成为水域管理的主要目标。

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(责任编辑 陈 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

国家科技支撑计划项目 (2011BAJ21B03)

吴佳鹏(1980—)，男，吉林扶余人，高级工程师，博士，从事水环境保护与生态健康评价研究.

X82；TV213.3

A

0559-9342(2016)12-0006-04