农村河道综合整治生态环境效益评估体系研究

郭丽峰, 张 辉, 刘明喆, 王振国, 张睿昊

(1.海河流域水环境监测中心, 天津 300170; 2.海河水利委员会水资源保护科学研究所, 天津 300170; 3.海河流域水资源保护局, 天津 300170)

2013年7月,水利部、财政部联合印发《全国中小河流治理重点县综合整治和水系连通试点规划》(以下简称《试点规划》)。根据《试点规划》,农村河道指流域面积为50～200 km2的中小河流。农村河道多属于支流及末端河道,承担着防洪、排涝、灌溉、景观等多种功能[1]。多年来由于缺乏有效的治理和管护,河道环境恶化和功能衰退状况十分严重。《试点规划》在全国选取154个重点县先期开展农村河道综合整治,拟通过清淤疏浚、护岸护坡、水系沟通、水质净化、生态修复和景观建设等工程措施,解决水流不畅、水环境恶化和河流功能衰退等突出问题,逐步实现“河畅、水清、岸绿、景美”等目标。经过几年的治理,部分项目已建成并投入运行,工程效益逐步显现。

建立科学的评估体系,对农村河道治理效果进行生态环境效益评估,及时发现农村河道整治过程中存在的问题,可为下一步开展集中连片农村河道综合整治、改善农村人居环境、提高农村河道管护能力等提供经验借鉴。目前,我国水利建设项目后评价主要针对大型水利工程,对中小河流特别是农村河道综合整治的生态环境效益评估研究较少,缺乏相应的评估体系和评估标准。为此,该研究在总结分析国内外河流评估体系[2-5]的基础上,结合农村河道特点、存在问题,根据治理目标和措施,参考目前常用的评估方法和已有标准[6-7],构建了农村河道综合整治生态环境效益评估体系。

1 评估框架概述

根据农村河道的功能和特点,结合《试点规划》,将农村河道综合整治生态环境效益评估体系构建为状态-响应-效益(SRB)模式,其中状态系统描述农村河道存在的主要环境问题,响应系统描述采取的治理工程措施,效益系统描述工程措施产生的生态环境效益(图1)。由于农村河道治理是在满足防洪安全基本功能的基础上恢复河道的生态功能和景观功能,因此该研究不考虑防洪排涝指标。

按照层次分析方法,将生态环境效益评估体系归纳为目标层、准则层和指标层(图2～3)。

图1 生态环境效益评估框架

图2 状态、效益-准则层指标

生态环境效益综合评估结果为目标层,表征农村河道治理的生态环境效益。准则层是状态、响应和效益的概括、量化和具体化,如状态系统中的河道淤塞严重和效益系统中的水流畅通通过河道连通性和水质状况2个指标表现和量化,响应系统中的护坡护岸工程实现的目标通过河岸带状况和河道景观2个指标概括和具体化。指标层由可直接度量的指标构成,是生态环境效益评估体系最基本的层面。

图3 响应-准则层指标

2 评估体系构建

2.1 评估模型

根据构建的评估体系,对项目区治理前后的生态环境状况分别进行评估,进而分析工程实施后的生态环境效益,评估模型为

E=EB-ES,

(1)

(2)

(3)

式(1)～(3)中,E为生态环境效益改善分值;ES、EB分别为治理前、治理后生态环境状况评估得分;λi，效益、λi，状态分别为效益系统、状态系统第i个准则层的权重;m为准则层指标数;λj，效益、λj，状态分别为效益系统、状态系统某准则层选取的第j个指标在该准则层所占权重;n为指标层指标数;Mij，效益、Mij，状态分别为效益系统、状态系统第i个准则层中选取的第j个指标的评分值。对评估体系中确定的各项指标进行赋分,采用层次分析法将工程实施后和工程实施前的赋分结果逐级加权,分别计算治理后和治理前生态环境状况评估得分EB、ES,两者之间的差值E则为生态环境效益改善分值,表示工程实施后取得的生态环境效益。

2.2 评估指标

评估指标的确定是进行生态环境效益评估的核心,是得到合理有效的评估结果的重要基础。陈平等[8]从河道功能、河道稳定、生物量、水质、水量和管理6个方面,选择边坡稳定性、耗氧量和管理措施等14个指标,建立了南方生态河道评指标体系。宋晓兰等[9]建立了具有河流水文、河流形态、河岸带状况、水质、河流生物5个一级指标以及河岸稳定性、河流护岸形式、溶解氧等16个二级指标的河道健康评价指标体系,并对江阴市境内4条治理河道进行了评估。冯彦等[10]通过对大量文献的研究,指出河岸植被覆盖率、河流连通性、湿地保留率、径流量变化率、水质达标率、鱼类生物完整性指数、水资源利用率和流域天然植被覆盖率8项指标可作为河流健康的主要评价指标。笔者根据构建的评估体系和不同工程措施治理效果的最终表现形式,借鉴以往研究成果,从河道连通性、河岸带状况、水质状况、水生生物、河道景观及管理状况6个方面,筛选了18个评估指标(表1)。

评估指标既充分体现了治理工程的生态环境效益,同时也考虑了现有监测技术水平以及数据易获取性等因素,选取指标具有一定的代表性和可操作性。

(1)河道连通性

河道连通性表征河流的连通程度,反映了河流系统内的生态元素在空间结构上的联系[11],是衡量河道连通和水流畅通性的重要依据。选用每5 km断头数量、淤积体或堆积物占河道断面比例这2个指标进行评估。

(2)河岸带状况

岸坡处于水体与岸带交界线以上区域,将陆生和水生生态系统紧密地联系起来,是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的重要过渡带。笔者选用岸坡稳定性、植被结构完整性、植被覆盖度、河道护岸类型和河岸弯曲度来反映河岸带综合状况。植被结构完整性主要指河岸带中乔木层、灌木层和草本层的覆盖度。植被覆盖率指河岸带植被(包括草地、林地、灌丛)面积与河岸带总面积的比值,表征河流水陆交界处的植被覆盖状况。河道护岸类型从河流生态系统的建设和景观建设方面衡量河道生态环境状况。

(3)水质状况

按照《水污染防治行动计划》和GB/T 18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》对水生态环境安全的要求,根据国务院发布的《最严格水资源管理制度考核办法》和住房城乡建设部、环境保护部发布的《城市黑臭水体整治工作指南》,一般选取化学需氧量(或高锰酸盐指数)、氨氮等指标[12-13]对水质状况进行评估考核。鉴于目前农村河道规模较小,基本未开展常规水质监测的实际情况,笔者暂选用感官指标中的色、嗅和水面清洁程度以及氨氮、外来物种及其覆盖面积作为水质状况的评估指标,随着监测工作的进一步开展,可加入更多定量的指标进行评估。

表1治理工程及相应评估指标

Table1Projectofmanagementandevaluationindex

准则层指标层 清淤疏浚工程水系沟通工程岸坡整治工程生态修复工程水质改善工程景观工程管理等非工程措施 河道连通性每5 km断头数量淤积体或堆积物占河道断面比例 河岸带状况岸坡稳定性河道护岸类型植被结构完整性植被覆盖率 水质状况色、嗅水面清洁程度外来物种及覆盖面积氨氮浓度 水生生物鱼类生物损失指数挺水植物覆盖度 河道景观河道整洁程度亲水景观设施完善程度 管理状况管护制度考核制度管理标识管护经费

(4)水生生物

水生生物是河流生态系统中最富有生命特征的群落,是河流生态系统的重要组成部分。笔者选取鱼类生物损失指数和挺水植物覆盖度来评价河道水生生物状况。鱼类生物损失指数反映河流生态系统中顶级物种受损失状况,挺水植物覆盖度反映水质状况的优劣程度。

(5)河道景观

河流具有显著的景观功能。河道整洁是河道景观的基本要求,亲水、休闲设施的修建可给人们提供亲近自然、感受自然的休闲空间,实现人与自然和谐相处。笔者选用河道整洁程度和亲水景观设施完善程度进行评估。

(6)管理状况

针对农村河道目前存在的管护主体不明确、管护责任不明晰、考核制度不健全等问题,研究选取管护制度、考核制度、管理标识、管护经费为评估指标,用于反映上述问题是否得到有效解决。

综上,生态环境效益评估指标体系为目标层、准则层和指标层3级体系,共计18个评估指标。根据各指标状态的优劣,分为0～20、>20～40、>40～60、>60～80、>80～100这5个评分等级(表2)。

2.3 指标权重

为了尽量减小指标权重确定时的主观随意性,提高权重的客观性和准确性,研究采用专家咨询和公众打分相结合的方式进行权重赋值,分别向水利、生态、环保等不同行业的专家和公众发放权重赋分表,每类人群20～30份。根据大多数人(80%以上)意见确定最终的判断矩阵指标分值。在此基础上通过层次分析法建立模糊层次综合评判模型,按层次结构关系进行判别比较,分别构造判断矩阵,通过计算和一致性检验,得出准则层各指标的权重(表3)。采用五级定量法给判断矩阵指标赋值[14],分为一般、较重要、重要、非常重要、极为重要5个级别,相应赋值为1、2、3、4、5,相反则相应为上述数值的倒数,即1、1/2、1/3、1/4、1/5。

求出权重后,对判断矩阵进行一致性检查:首先计算判断矩阵的最大特征值λmax,然后计算一致性指标(CI，IC)：IC=(λmax-m)/(m-1)，一致性比率(CR，RC)：RC=IC/IR,其中IR为平均随机一致性指标RI。

通过计算判断矩阵特征值是否在[0,10.5]区间。利用Excel工具中的“单变量求解命令”,计算得到判断矩阵的λmax为6.46。当矩阵阶数m=6时,查χ2分布表可知RI值为2.204,认为当CR值<0.1时,符合一致性要求。根据一致性指数计算公式计算得到工程判断矩阵的CI值为0.09,CR值为0.04,<0.1,表明判断矩阵符合一致性检验。

根据指标在生态环境效益中的重要程度确定各指标层权重(表4)。

表2生态环境效益评估指标体系及评估标准

Table2Eco-environmentbenefitevaluationindexsystemandevaluativecriteria

准则层指标层>80～100>60～80>40～60>20～400～20 河道连通性每5 km断头数量000.51>1淤积体或堆积物占河道断面比例≤10%>10%～20%>20%～30%>30%～50%>50%河岸带状况岸坡稳定性无冲刷迹象轻度冲刷中度冲刷重度冲刷植被结构完整性乔、灌、草多层次覆盖灌木和草本的自然或人工覆盖农田或无覆盖植被覆盖率南方>75%,北方>40%南方>40%～75%,北方>10%～40%南方>10%～40%,北方>0～10%0～10%0河道护岸类型有植被覆盖的自然土质岸坡近自然的斜坡式生态护岸亲水平台护岸或无植被的土质岸坡台阶式人工护岸或浆砌块石护岸直立式钢筋混凝土护岸水质状况色、嗅色度≤25度、无异味色度≤30度、无异味水体清澈、有异味轻度黑臭重度黑臭水面清洁程度无漂浮物有少量漂浮物有大量漂浮物外来物种及覆盖面积无外来物种滋生外来物种覆盖面积10%以下,且无扩大趋势外来物种覆盖面积>10%～20%外来物种覆盖面积>20%～50%外来物种覆盖面积50%以上氨氮浓度(以N计)≤1.5 mg·L-1>1.5～2 mg·L-1>2～5 mg·L-1水生生物鱼类生物损失指数≥10.75～<10.5～<0.750.25～<0.50～<0.25挺水植物覆盖度>25%～35%>15%～25%>5%～15%>0～5%0河道景观河道整洁程度无垃圾、无乱堆杂物少量垃圾、少量乱堆杂物垃圾较多、乱堆杂物亲水景观设施完善程度亲水、休闲设施完善有亲水、休闲设施无亲水、休闲设施管理状况管护制度有专门的管护机构和管理人员,管护内容明确,责任清晰,履职到位有专门的管护机构,管理人员为兼职,管护内容明确,管护责任清晰没有专门的管护机构,委托相关人员进行管护,管护内容明确,管护责任不清,履职不到位仅特殊时段安排临时性管护,管护内容不明确,管护责任不清晰无管护机构,无管护责任分工考核制度考核制度健全,有具体的考核指标、考核标准、考核办法、奖惩制度考核制度较完善,有考核标准、考核办法仅有简单的考核制度无考核制度,但会进行不定期检查无考核制度和计划管理标识有完好无损的公示牌,且内容详尽有完好无损的公示牌,但内容不全公示牌破损,内容不全有简单标识无标识管护经费有固定资金渠道,且经费有保障有固定资金渠道,但经费得不到保障临时性资金安排一次性投入无管护经费

氨氮浓度[12-13]和鱼类生物损失指数仅考虑治理后效果,不进行加权计算。若治理后氨氮质量浓度≤1.5 mg·L-1,水质状况准则层最终得分值加1分; >1.5～2 mg·L-1,得分值加1.0～0.5分; >2～5 mg·L-1,得分值加0～0.5分; >5 mg·L-1,不加分。若治理后鱼类生物损失指数≥1,水生生物准则层最终得分值加1分; 0.75～<1,得分值扣减0～1分; 0.5～<0.75,得分值扣减1～2分; 0.25～<0.5,得分值扣减2～3分; 0～<0.25,得分值扣减3～4分。

2.4 评估分级

水利部水资源司河湖健康评估全国技术工作组[6]、毛雪慧等[15]、罗莎等[16]将河湖健康分为理想(分值>80～100)、健康(分值>60～80)、亚健康(分值>40～60)、不健康(分值>20～40)和病态(分值0～20)5级。通过对全国河流状况的评价,河流健康指数基本不会出现0或100分的极值情况。参照上述河流健康评估实际,研究确定农村河道生态环境状况评价最大分值为95分,最小分值为5分,则生态环境效益改善的分值范围为0～90分,均值为45分。在对农村河道综合整治生态环境效益等级划分上,根据河道状况,最终将生态环境效益改善分值划分成3级,即:优,生态环境效益较大,改善分值>45;良,生态环境效益中等,改善分值为35～45;一般,生态环境效益较小,改善分值<35。

表3生态环境效益评估准则层判断矩阵及权重

Table3Eco-environmentbenefitevaluationcriterionlayerjudgmentmatrixandweight

准则层判断矩阵河道连通性河岸带状况水质状况水生生物河道景观管理状况权重河道连通性11/213140.22 河岸带状况2122120.26 水质状况11/211120.15 水生生物1/31/2111/220.11 河道景观1112110.17 管理状况1/41/21/21110.09

若河道干涸,水质状况不参评,准则层的其他4项指标权重之和为1。

表4各指标层权重统计

Table4Statisticaltableofindexlayerweight

准则层准则层权重指标层指标层权重河道连通性0.22每5 km断头数量0.50淤积体或堆积物占河道断面比例0.50河岸带状况0.26岸坡稳定性0.30河道护岸类型0.25植被结构完整性0.20植被覆盖率0.25水质状况0.15色、嗅0.35水面清洁程度0.35外来物种及覆盖面积0.20氨氮浓度水生生物0.11鱼类生物损失指数挺水植物覆盖度1.00河道景观0.17河道整洁程度0.60亲水景观设施完善程度0.40管理状况0.09管护制度0.30考核制度0.25管理标识0.20管护经费0.25

笔者将该评价体系在10条实施综合整治的农村河道进行了应用[17]。通过分析评估,3条河流生态环境效益改善分值大于45分,4条河流生态环境效益改善分值为35～45分,3条河流生态环境效益改善分值小于35分,评估结果与实际治理情况和治理效果基本相符。

3 结语

(1)农村河道综合整治生态环境效益评估是一个新的领域,目前相关研究较少。笔者根据农村河道特点,结合河道的治理目标及治理措施,构建了评估体系,建立了评估模型,确定了评估指标、评估标准、指标权重和评估分级,实际应用效果较好。

(2)虽然笔者查阅了国内外相关文献和相关标准,但随着生态理念的提升,部分评估标准不够科学和精准,有待于进一步深入研究。

(3)随着经济社会的发展,广大人民群众对农村河道治理的愿望十分迫切,国家对治理工作也高度重视。下一步将对评估体系进行规范化、标准化研究,用于开展全国范围内农村河道治理的生态环境效益评估工作。

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作者简介： 郭丽峰(1980—),女,河北张家口人,高级工程师,硕士,主要从事水资源保护和水环境监测评价研究工作。E-mail: guolifeng912@163.com