西北黄土高原山区河流健康调查评估方法研究

尚小平，张永胜，蒋兴国

定西市水利科学研究所，甘肃 定西 743000

健康的河流可依靠自身能力维持其结构和功能，并支撑当地生物群体（包括人类）的生存，可提供饮用水、工农业用水，具有分解和物质输送与提供、塑造地貌、环境净化、生态等多样性功能。但随着工业化及城市化发展进程的深入，大部分河流都经受了不同程度的干扰和损害，西北黄土高原地区河流普遍出现河流水质恶化、形态结构破坏、水文条件变化以及生境退化等种种问题，对河流的健康状况进行评估已经成为当前河道管理的主要任务之一。

一、调查评估的框架

第一，将西北黄土高原山区河流健康评估指标分为指标层、准则层、目标层三级体系，健康评估采用逐级加权，综合评分的分级指标评分方法。其中：目标层是对形态健康评价指标体系的高度概括，表示流域健康状况的总体综合水平。准则层是对河流各项功能状态的具体分述，包括水文水资源、物理形态、水质、水生物、社会服务功能五个方面。指标层表述各个准则指标的不同要素，通过定量或者定性指标直接反映河流健康状况。

第二，根据西北黄土高原山区河流特征的相同性和差异性，并结合行政区划，将评估河流分为若干评估河段。每个河流的评估河段数量可根据具体河流情况分段。

第三，以评估河段为单元，收集调查指标层基础数据，按照相关评价标准对每个指标进行评估，并加权处理后得到该河段相应准则层评估赋分；再对该评估河段按水文水资源、物理形态、水质、水生生物、社会服务功能五个准则层分别进行评估，得到各河段目标层赋分。对每个河段的目标层赋分按河长比例进行加权，最终得到该河流的目标层赋分。

二、调查评估的对象

评估对象选取西北黄土高原山区河流的水域系统，从河流水文水资源状况、物理形态状况、水质状况、水生生物状况、社会服务功能状况五个方面搭建评价的对象。

三、评估指标体系

以水域和河流生态系统为评估对象，从生态结构、服务功能等方面构建流域生态健康评估的基本框架。同时，基于河流形态健康评价需求，通过分析现状和实际，按照评价指标的选取原则，河流健康评估的空间、时间尺度及评估内容和框架设计，健康评估指标体系采用评估采用层次分析法，并层级分为目标层（河流将康状况）、准则层和指标层三级体系，如表1所示。

（一）评估指标体系的内容

1.目标层。以为整体单元，对其健康状况进行评估。

2.准则层。包括水文水资源、物理形态、水质、水生物、社会服务功能5个方面。

3.指标层。各指标的时间和空间尺度选择按照从断面到局部河段到整个河流、从河流到水系，从短期评估到构建长期监测系统，逐渐开展综合多个时空尺度的生态评估为原则选取。其中：一是水文水资源的指标层，即含枯水期径流变差倾向率、径流年际变差倾向率。二是物理形态的指标层，即含河流形态、河岸带状况、河流连通阻隔状况。三是水质的指标层，含水质状况、耗氧有机污染物。四是水生生物的指标层，含大型无脊椎动物生物完整性指数、鱼类生物损失指数。五是社会服务功能的指标层，含水功能区达标指标、水资源开发利用指标、防洪指标。

（二）评估指标层的含义

1.水文水资源（HD）准则层。水文水资源准则层（HD）包括枯水期径流变差倾向率、径流年际交差倾向率（AVR）两个指标，属于河段尺度，评估数据取样范围为评估河段内的水文站，若该河段有多个水文站，仅选择最具代表性的水文站。其中：一是枯水期径流变差倾向率（LRR）。反映现状开发状态下，评估河段径流年内分配不均匀性随年际的变化趋势。枯水期径流指当年1-5月，11-12月。枯水期径流年内分配率为枯水期径流与年径流比值。对某一评估河段的一组水文测量数据序列（年份，枯水期径流年内分配率）进行最小二乘法曲线拟合，得到公式y=a+bx，斜率b即为枯水期径流变差倾向率。二是径流年际变差倾向率(AVR)。反映现状开发状态下，评估河段不同年份年径流的变化趋势。对某一评估河段的一组水文测量数据序列（年份，年径流量）进行最小二乘法曲线拟合，得到公式y=a+bx，斜率b即为径流年际交差倾向率。

2.物理形态（PF）准则层。物理形态（PF）准则层包括河流形态（RS）、河岸带状况（RSS）、河流连通阻隔状况（RC）三个指标层。每个指标包括若干个分指标。其中：一是河流形态（RS）特征。在很大程度上表征着河流生态系统的稳健性，包括河道改变、河道弯曲程度、河床稳定性三个分指标。河道改变反映河道渠化、拓宽等人为措施对河流流态、生境等在一定程度上的影响。河道弯曲程度有利于形成多样的生境，但截弯取直等措施改变了河流的自然形态。河床稳定性指河床是否存在明显退化或严重淤积等问题。二是河岸带状况（RSS）。河流健康评估在河流横向分区上分为水面和左右河岸带三部分。河岸带状况评估包括河岸带稳定性和河岸带植覆盖度两个方面。三是河流连通阻隔状况（RC）。河流连通阻隔状况主要分为四类情况：完全阻隔（断流）；严重阻隔（无鱼道、下泄流量不满足生态基流要求）；阻隔（无鱼道下泄流量满足生态基流要求）；轻度阻隔（有鱼道，下泄流量满足生态基流要求）。

表1 西北黄土高原山区河流健康评估指标体系

3.水质（WQ）准则层。水质状况包括DO水质状况（DO）和耗氧有机污染状况（OCP）两个指标。一是DO水质状况（DO）。DO为水体中溶解氧浓度，单位为mg/L。溶解氧对水生动植物非常重要，DO值过高和过低都会对水生生物造成危害，对水生生物适宜的DO值范围为4-12mg/L。二是耗氧有机污染状况（OCP）。耗氧有机物指导致水体中溶解氧大幅度下降的有机污染物，本次评价主要采用高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量和氨氮四项对河流耗氧污染状况进行评估。

4.水生生物（AL）准则层。水生生物准侧层（AL）包括底栖动物 完整性指数（BIBI）和鱼类生物损失指数（FOE）两个指标。一是底栖动物完整性指数（BIBI)。构建底栖动物完整性指数的各选参数很多，需要根据具体情况选择。选择原则是备选参数一定能够充分反映底栖动物群落组成、物种多样性和丰富性、耐污度（抗逆力）和营养结构组成及生境质量信息。评估河段BIBr赋分采用以下计算：

式中，BIBr为评估河段底栖动物完整性指标赋分，BIB为评估河段底栖动物完整性指标值，-BIBE为河流所在水生态分区底栖动物完整性指标最佳期望值。

二是鱼类生物损失指数（FOE）。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20世纪80年代作为历史基点，调查评估河流鱼类历史调查数据或文献。鱼类生物损失指标计算公式如下：

式中，FOE为鱼类生物损失指数，FO为评估河段调查获得的鱼类种类数量，FB为80年代以前评估河段的鱼类种类数量。

5.社会服务功能（SS）准则层。社会服务功能（SS）包括水功能区达标指标（WFZ）、水资源开发利用指标（WRU）、防洪指标（FLD）三个指标。社会服务功能准则层指标按照专家判断或管理预期目标确定评估标准。

一是水功能区达标指标（WFZ）。以水功能区水质达标率表示。水功能区水质达标率是指对评估河流所包含的水质达标水功能区个数占水功能区总个数的比例。

二是水资源开发利用指标（WRU）：以水资源开发利用率表示。水资源开发利用率是指评估河流流域内用水量占流域水资源总量的百分比。水资源开发利用合理限度确定的依据应该按照人水和谐的理念，既可以支持经济社会合理的用水需求，又不对水资源的可持续利用及河流生态造成重大影响。水资源利用率指标赋分计算公式如下：

表2 西北黄土高原山区河流健康评估指村体系权重表

表3 河流健康评估分级表

式中，W R U R为水资源利用率指标赋分，WRU为评估河段水资源利用率，a、b为系数，分别为 a=1111.11，b=666.7。

三是防洪指标（FLD）。河流防洪指标评估河道的安全泄洪能力。河流防洪指标（FLD）利用防洪工程措施完善率表示，其计算公式如下：

式中，F L D为河段防洪工程措施完善率，RIVLn为已完成达标防洪工程次河段的长度，N为评估河流根据防洪规划划分的次河段数量，RIVLg为规划应完成防洪工程次河段的长度。

（三）评估指标权重

对健康评估权重依据《流域生态健康评估技术指南（试行）》，采用专家打分的方式取得，评估指标共计5类12项，评估指标权重采用层次分析法，各项指标指标权重见表2。

1.准则层权重。评估指标权重采用层次分析法中，5个准则层权重加和等于l，每个准则层对应的指标层指标权重加等于1。依据的河流功能，生态结构及特点，经专家打分，准则层中，水文水资源（HD）权重0.25，物理形态（PF）权重0.20，水质（WQ）权重0.20，水生生物（AL）0.15，社会服务功能（SS）0.20。

2.指标层权重。水文水资源（HD）准则层中枯水期径流变差倾向率权重0.4、径流年际交差倾向率（AVR）权重0.6；物理形态（PF）准则层中河流形态（RS）权重0.3、河岸带状况（RSS）权重0.3、河流连通阻隔状况（RC）权重0.4；水质（WQ）准则层中水质状况（DO）权重0.5、耗氧有机污染状况（OCP）权重0.5；水生生物准侧层（AL）中动物完整性指数（BIBI）权重0.5、鱼类生物损失指数（FOE）权重0.5；社会服务功能（SS）准则层中水功能区达标指标（WFZ）权重0.4、水资源开发利用指标（WRU）权重0.3、防洪指标（FLD）权重0.3。

四、评估分级方法

依据《流域生态健康评估技术指南（试行）》，并参照《甘肃省重要河流健康调查评估技术大纲》，将西北黄土高原山区河流健康状况分为5级，分别为：理想状况、健康、亚健康、不健康、病态，河湖健康等级，类型，颜色代码见表3：

西北黄土高原山区河流健康调查评估是实施“一河一策”实施方案的最基础工作。同时，本文提出的河流生态健康评估工作流程和技术方法，可作为其他西北黄土高原山区相似河流健康评估的参考，具有重要的理论基础和实践指导意义。