基于水土保持效果的榜沙河流域生态评价

李欣娟，杨靖文

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730020)

流域生态评价是20世纪80年代兴起的研究领域，近年来逐渐成为生态问题研究的热点：龙笛等[1-2]提出了以流域水环境评价为核心、以流域土地利用方式为核心、“压力-状态-响应”、“自然条件限制因子-流域生态健康指示因子-人类活动影响因子”等几种流域生态健康评价模型，并以“压力-状态-响应”模型为基础，构建了滦河流域生态系统健康评价指标体系；李玉照等[3]对一般性的“驱动力-压力-状态-影响-响应”(DPSIR)概念模型进行了适当改进，提出了包含5类指标的流域生态安全指标体系，进行了金沙江流域安全指标体系评价；林斌等[4]参考“压力-状态-响应”模型，从资源环境支持、社会经济响应和生态综合功能3个方面，选择了17项指标，分4个层次构建了表征黄土丘陵区生态系统健康的评价指标体系。

为贯彻落实党中央和国务院让江河湖泊休养生息的要求，加强流域生态保护和管理，维护流域生态系统的健康，环境保护部组织中国环境科学院在前期试点工作的基础上编制了《流域生态健康评估技术指南(试行)》[5](以下简称《指南》)。《指南》适用于县域以上尺度、面积≤5万km2的流域生态评估，从生态结构、服务功能、压力状况三方面构建了流域生态健康评估的基本框架，全国统一标准，评估指标共计6类17项，定义明确。

参考《指南》及学者们关于流域生态健康评价的研究方法和结论，本研究根据榜沙河流域生态特征，建立了基于水土保持生态环境可持续发展的榜沙河流域生态评价体系，并对榜沙河流域生态环境进行评价。

1 榜沙河流域概况

榜沙河是渭河上游源头区来水量最大的一条河流，主流全长105.3 km，流域面积3 555 km2，多年平均流量13.92 m3/s，多年平均径流量4.39亿m3，流域面积占入渭河断面以上渭河流域面积的47%，年均径流量占入河处渭河断面年均径流量的84%。榜沙河发源于岷县峨山北麓闾井乡黄山梁，流经漳县，至武山县鸳鸯镇向东注入渭河。榜沙河流域地处陇西黄土高原与北秦岭山地之间，平均沟壑密度1.94 km/km2，山地面积占总面积的96.14%，流域比降3.61%，为扇形流域，流域形状系数为1.46，总体形状为银杏叶形，主要由北部漳河流域、中间龙川河流域、南部榜沙河主流区组成。年均降水量为500 mm左右，降水分布自上游往下游、自西往东、自南往北逐渐减小。上下游气温差异比较明显，年均气温6.1～9.9 ℃，干燥度0.62～1.40，北部及下游黄土丘陵区为半湿润至半干旱区，中部及西南部中上游土石山区气候湿润。土壤类型主要为黄绵土、褐土、黑垆土、草甸土，土壤结构处于粉砂质壤土和粉砂质黏土之间，其中75%为壤土组(多为黏壤土)。平均土壤侵蚀模数为2 300 t/(km2·a)，其中漳河流域平均为2 600 t/(km2·a)，龙川河流域平均为2 050 t/(km2·a)，榜沙河中上游主流区平均为1 700 t/(km2·a)，东北部黄土丘陵区平均为3 200 t/(km2·a)。植被类型属森林草原植被，为落叶阔叶林向草原植被过渡地带，平均森林覆盖度17.0%，林草植被覆盖度58.10%。

截至2015年底，榜沙河流域总人口37.29万人，人口密度105人/km2，人口主要集中在中下游河谷川区。流域内为传统农业区，近年来种(养)植(殖)结构逐渐多样化，开发建设活动日益增多，对流域生态影响比较明显的有基础设施建设、采矿、建材开发、城镇建设、水电开发等。近年来开展了一系列水土流失治理，累计完成治理面积1 059.42 km2，治理程度达48%，治理区生态功能逐渐恢复。

2 流域生态评价指标

根据榜沙河流域生态因子分析结果，将沟壑密度、土壤保持功能指数、开发建设扰动指数及水土流失治理度、预防监督指数等纳入评价内容，以体现流域水土保持生态环境特点，共计归纳为15类评价指标。其中，与《指南》相同的，采用相同解释；与《指南》不同的，根据评价目的采用相关行业(或学术领域)解释。

(1)含沙量。含沙量对河流水质、河道稳定性等影响较大。实地调查表明，以流域上游无村庄、无耕地、无破坏的近似原始状态沟道河水及源头区基本无扰动河水的含沙量为初始状态，认为是优秀的，是河流泥沙量控制的最高目标，以平水期年平均含沙量为一般状态，以汛期含沙量为差。

(2)枯水期径流量占年均径流量的比例。枯水期径流量占年均径流量的比例用于衡量河流生态需水量的满足程度。由于榜沙河目前没有水文测站，因此参考平水期水量现状计算。

(3)河道连通性。河道连通性反映了自然河道的连通状况。河道连通性=闸坝、水电站等水利工程数量/100 km。

(4)水资源开发利用强度。通常认为一条河流的开发利用不能超过其水资源量的40%。水资源开发利用强度=区域工业、农业、生活、环境等用水量/区域水资源总量。

(5)水生生境干扰指数。水生生境干扰指数能反映河流水域因挖沙、航运、旅游等活动破坏的影响状况。水生生境干扰指数=水生生境第i项指标的健康分值×水生生境第i项指标的权重。

(6)植被覆盖度。植被覆盖度越高，流域生态系统的物理结构稳定性越好。

(7)沟壑密度。沟壑密度反映流域地表破碎程度，为单位面积内的沟壑长度。沟壑密度分级标准参考《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)。

(8)重要生境保持率。采用《指南》解释，重要生境指河流的岸带，具有维持生物多样性、净化水体、稳定河岸、调节微气候和美化环境等重要功能，是以平水期河流水位为起始线，两侧各向外延伸20 m。重要生境保持率能反映河流岸带的生态健康状况，重要生境保持率=自然植被结构完整性指数×0.7+自然堤岸比例分值×0.3，自然植被结构完整性指数=(生态系统类型分值×该类型面积)/重要生境总面积，自然堤岸比例分值=自然堤岸河段长度/河段总面积×100%[5]。生态类型分值取值见表1。

表1 生态系统类型分值[5]

(9)水源涵养功能指数。水源涵养功能指数反映流域生态拦蓄降水或调节河川径流的能力。水源涵养功能指数=水源涵养第i项指标的健康分值×水源涵养第i项指标的权重。

(10)土壤保持功能指数。土壤侵蚀会造成土壤退化，农业生产受损，洪涝灾害加剧，威胁流域生态健康。土壤保持功能指数=中度及以上土壤侵蚀面积/总面积。

(11)受保护地区面积占国土面积比例。受保护地区包括各类(级)自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、生态功能保护区、水源保护区、封禁保护区等。采用受保护区面积与流域面积比值反映流域受保护程度。

(12)建设用地比例。建设用地是受人类直接影响和长期作用使自然面貌发生明显变化的人为景观，建设用地比例会对流域的自然生态物质循环和能量流动产生较大影响。

(13)水土流失治理度。水土流失治理是流域生态修复的主要措施，能够缓解流域生态压力。参照《水土保持综合治理验收规范》(GB/T 15773—2008)，以流域水土流失治理度来表示。

(14)预防监督指数。预防监督是保护、预防流域生态被扰动、破坏的有效措施，是流域生态保护的第一道防线，对维护流域生态稳定具有重要意义。采用预防监督指数来表示。预防监督指数=预防监督第i项指标的健康分值×预防监督第i项指标的权重。

(15)开发建设扰动指数。开发建设扰动指数反映项目建设、运行过程对原生地表植被、地貌扰动、破坏及造成的水土流失危害程度。以榜沙河流域目前常见项目类型为评价内容，分项指标计算采取一票否决，所有指标必须全部达到要求，否则转入下一级。以抽查项目数值加权平均计算各自指标。开发建设扰动指数=开发建设第i项指标的健康分值×开发建设第i项指标的权重。

流域生态评价指标分级标准及赋分见表2。

表2 流域生态评价指标分级标准及赋分

根据榜沙河流域生态因子分析结果，结合各县统计资料、影像分析、现场调查，采用上述指标计算方法，分别对全流域、榜沙河中上游主流区、漳河流域、龙川河流域各项指标值进行计算，结果见表3。

表3 榜沙河流域生态评价体系指标值

3 榜沙河流域生态评价指标体系

本研究榜沙河流域生态评价采用《指南》的基本框架，突出体现水土流失因素及水土保持效果，根据榜沙河流域生态因子分析结果对评估指标和指标权重进行适当调整，以体现流域水土保持生态环境的特点。建立的榜沙河流域生态评价指标体系详见表4。

表4 榜沙河流域生态评价指标体系

采用综合指数法进行流域生态评价，通过各指数加权求和，得出综合指数WHI，以该指数表示流域整体状况。WHI的计算公式为

WHI=IWWW+ILWL

(1)

式中：IW为水域指数；WW为水域指数所占权重；IL为陆域指数；WL为陆域指数所占权重。

IW和IL分别由水域、陆域二级指标加权获得，计算公式分别为

IW=∑wixi

(2)

二式中：wi为水域二级指标所占权重；xi为水域二级指标值；wi′为陆域二级指标所占权重；xi′为陆域二级指标值。

榜沙河流域生态状况分级标准见表5，代入各指标值，得到榜沙河流域生态评价结果见表6。

表5 流域生态状况分级

表6 榜沙河流域生态评价结果

榜沙河流域生态评价指标的确定以状态表现分为5级，以评价指标生态特征值作为计算依据，分别计算各评价指标的状态分级值；采用综合指数法进行流域生态评价，得出榜沙河流域生态综合指数WHI=56，流域生态状态一般，其中：榜沙河中上游主流区WHI=65，流域生态状态良好；漳河流域WHI=49，流域生态状态一般；龙川河流域WHI=56，流域生态状态一般。