石羊河流域河流健康研究与变化趋势分析

方良斌　居克旺　潘世丘

摘要：河流健康是指河流具有良好自然生态和可持续的社会服务功能。以多维河流健康评价为架构，提出了包括河流水文学、水化学、水生态、河流物理结构及社会经济服务功能等方面指标的河流健康评价指标体系，分析评价《石羊河流域重点治理规划》实施以来，流域河流健康趋势，结果表明：2016年流域植被指数相较于2006年明显提高，流域生态环境明显改善;流域河流健康水平逐步提高，流域治理效果显著。

关键词：河流健康：河流物理结构;水生态;石羊河流域

中图分类号：X522

文献标志码：A

doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.06.016

石羊河流域位于河西走廊东端，起源于祁连山区，消失于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间的民勤盆地北部。上游由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西營河、东大河和西大河8条河流组成，在下游民勤蔡旗断面交汇后形成石羊河。流域水资源量约16.8亿m.人均水资源量730 m.是我国内陆河流域最缺水区域之一。受人类活动影响，上游灌木林区出现草原化和荒漠化：下游严重超采地下水，使地下水位持续下降，植被严重退化、衰败，甚至消亡，大片土壤沙漠化。

为了保护民勤绿州，国家2007年启动实施《石羊河流域重点治理规划》，采取“上游涵养水源，中游节水改造，下游恢复生态”的治理措施，流域水生态环境得到显著改善。但是，如何保护好河流自然功能，维护河流生态，更好发挥河流社会经济功能，未能有效解决。笔者通过开展流域内河流健康程度评价，找出影响河流健康的因子，寻找对策，以河长制建设为契机，完善治理措施，有效促进河流功能均衡发挥，确保流域生态健康持续发展。

1 河流健康等级

1.1 河流健康等级

河流健康是指河流具有良好自然生态和可持续的社会服务功能。河流健康评价是对河流系统物理完整性、化学完整性、生物完整性和服务功能完整性及其相互协调性指标进行评估。河流健康评估采用4级评价指标，即目标层、亚层、准则层和指标层。河流健康评价采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分，从而得到河流健康指数。依据河流健康指数，划分5级健康等级，即理想状况、健康、亚健康、不健康和病态，见表1。

1.2 评价模型与评价指标

河流健康状况赋分为综合生态健康状况（生态完整性）赋分和功能健康（社会服务功能完整性）赋分的加权平均结果，计算公式为

构建石羊河流域多维河流健康评价体系，见图1。时间维：1980年为基准年，2016年为现状年，1940年和2006年为参考年份：空间维：横向东至西8条河流，纵向祁连山区河段、南盆地（武南盆地、永昌盆地）、北盆地（民勤盆地、金川一昌宁盆地）;指标维：河流生态环境（流域河流水文水资源、物理结构、水化学和水生物生态特性）。

2 石羊河流域河流健康评估

2.1 河流水文学健康评估

河流水文水资源健康指标包括流量过程变异程度和生态用水保障程度。石羊河流域属于西北内陆河，8条河流有7条出山口以上建了水库，河流地表水出山口后大部分水量被农业灌溉、城市工业和生活用水引用。天然条件下，河流出山口后基本渗入地下，大部分河段为季节性河流。对于干旱半干旱地区的河流，河流径流不连续，为了得到完整的河流健康评价成果，在干枯河段以地下水水文变异程度为指标进行评价，并提出针对西北干旱区的季节性河流评估以含水层水文过程变异为指标。

2.1.1 指标层赋分

（1）水文过程变异程度。水文过程变异程度分为河流流量过程变异程度和含水层水文过程变异程度。流量过程变异程度指现状开发状态下，评价河段年内实测月径流过程与天然月径流过程的差异，反映评价河流监测断面以上流域水资源开发利用对评价河段水文情势的影响程度。流量过程变异程度由评价年逐月实测径流量与天然月径流量的平均偏离程度表达，计算公式为

流量过程变异程度可以反映河流上游来水进入下游天然河道水量的变化，流量过程变异程度越大，说明上游天然河道水资源开发利用率越大，进入下游河流断面的水量越小，对河流生态负面影响越大。经测算，1995-2016年石羊河蔡旗水文站流量过程变异程度指标FD为0.30 -0.90，其中2016年FD为0.57.见图2。

河流平原区段，由于河流断流，不适合用径流量变化量评价，因此采用含水层水文过程变异来评价，分别用地下水位变化速率和地下水浅埋区（埋深<3 m）面积变化或泉水溢出量变化来评价河流水量变化。地下水位变化速率利用收集到的地下水长观资料（ 1986-2016年）进行分析。2015年武南盆地地下水浅埋区（埋深<3 m）面积和泉水溢出量，相对于20世纪80年代变化率分别为78. 3%和76.2%，民勤盆地的分别为82.6%和86.2%，金川一昌宁盆地地下水浅埋区（埋深<3 m）面积和泉水溢出量变化率均为78.0%。

（2）生态流量满足程度。流域河流出山口后，河水渗漏补给地下水，河流干枯，因此只评价出山口以上河段。以河流水文监测断面的流量为基流标准，收集了水电站的泄水资料，泄水流量满足设计的生态需水流量，出山口以上各河流生态过水量赋分都为满分。

2.1.2 水文水资源准则层赋分

2.2 河流水化学健康评估

2015年水质监测评价结果：上游杂木河、西营河、东大河、西大河年均监测结果属于Ⅱ类水;下游石羊河干流平原段为Ⅳ类水（见表4）。流域水质状况指标赋分标准及赋分结果见表5-表7。

2.3 河流水生物健康评估

2.3.1 鱼类分布情况

通过对石羊河流域现场调查，共采集到13种347尾9 341.66 9鱼类，占比最大的为鲤鱼，占31.82%，其次为祁连裸鲤，占31. 22%。对比《甘肃省脊椎动物志》等资料，石羊河流域生存鱼类主要有3目4科11属13种，除祁连山裸鲤外，没有国家重点保护鱼类。

2.3.2 鱼类种类变化指数

鱼类种类变化指数用来反映流域开发后，河流生态系统中顶级物种的受损状况。该指标标准依据历史背景调查方法确定，通过历史调查数据分析统计评价河流的鱼类种类数，从而确定评价河流的鱼类历史背景状况，建立鱼类调查评价指标。鱼类生物损失指标计算公式：

FOE= FO/FE式中：FOE为鱼类生物损失指数：FO为评价河段调查获得的鱼类种类数量;FE为评价河段鱼类历史种类数量。

石羊河流域属于西北内陆河，河流上建有水库，出山口以下河道为季节性河流，由于河流径流不连续，因此采用指标分析法对石羊河水系各河段鱼类生物损失指数进行计算，建立魚类调查评价指标，结果见表8。

2.4 河流物理结构健康评估

石羊河流域内没有列入国家或省级保护名录的天然湿地，因此物理结构评价只考虑河岸带状况和河流连通阻隔状况。石羊河8条河流出山口以上为山区峡谷型河流，河岸为基岩，比较稳定：出山口以下平原区河道宽阔，河岸两侧基本已开发为农田。利用人工调查和遥感影像解译方法初步得到河道干扰破坏情况，见表9。

2.5 河流社会经济服务功能

社会服务功能包括水功能区达标指标、水资源开发利用指标、防洪指标和灌区供水保证率。由于水资源开发利用在流域尺度上进行配置，因此对水资源开发利用情况进行整体评价，不分河流进行。考虑到流域水资源主要用于农业灌溉，增加了灌区供水保证率指标。

2.5.1 指标层赋分

（1）水功能区达标指标。水功能区水质达标率指对评价河流包括的水功能区按照《地表水资源质量评价技术规程》（ SL 395-2007）规定的技术方法确定的水质达标个数比例。水功能区水质达标率指标计算公式为

WFZ=WFZPx 100式中：WFZ为评价河流水功能区水质达标率指标赋分;WFZP为评价河流水功能区水质达标率。

目前流域一级水功能区河流数为10个，总区划河长872 km，河段数17个，其中保护区河段数7个、开发区河段数10个。根据2011-2015年《石羊河流域水资源公报》，红崖山水库未达标，河流水功能区水质达标率为90%，因此水功能区水质达标率指标赋分90。

（2）水资源开发利用率。水资源开发利用率指评价河流供水量占流域水资源量的百分比，水资源开发利用率计算公式：

WRU= WU/WR式中：WRU为评价河流水资源开发利用率：WR为评价河流水资源总量;WU为评价河流水资源开发利用量。

西北干旱区水资源紧缺，供需矛盾突出。水资源开发利用率30% - 60%为最高赋分区，过高（超过80%）和过低（20%）开发利用率均赋分0。石羊河水资源开发利用率高达139.6%，水资源开发利用率赋分0。

（3）防洪指标。防洪指标评价河道的安全泄洪能力。目前，石羊河流域各河流防洪工程通过中小河流防洪整治工程均已完成，赋分75。

（4）灌区供水保证率。灌区供水保证率按可供水量和灌区需水量比值计算。石羊河流域通过调整灌溉面积和灌区节水改造工程，提高了灌区供水保证率。根据2016年《石羊河流域水资源公报》，灌区供水保证率为75%。

2.5.2 社会服务功能准则层赋分

河流社会服务功能准则层包括4个指标，计算公式为

2.6 河流健康综合评价结果

石羊河干流水文过程变异较大、水质差，水资源开发利用程度高，尤其是地下水长期超采，导致生态健康状况和社会服务功能赋分都低，流域上游8条支流为亚健康，石羊河干流不健康，见表11。

2.7 流域河流健康趋势分析

通过流域尺度的河流健康趋势评价.分析《石羊河流域重点治理规划》实施以来流域河流水量变化趋势。蔡旗水文断面来水量不断增加（见图3），流域遥感影像植被数据向好的变化趋势明显。2006年和2016年流域植被指数（ NDVI）分别为1 767. 045和1 946.209 ，2016年植被指数相较于2006年明显提高（见图4），流域生态环境明显改善。石羊河流域河流健康水平逐步提高，流域治理效果显著。

3 结语

石羊河是我国西北地区重要的内陆河流，因河流水生态系统恶化，下游民勤地区生态系统严重退化，自《石羊河流域重点治理规划》实施以来，流域河流水生态、下游水生态系统得到显著改善。流域河流健康趋势分析表明，河流健康水平逐步提高，流域综合治理效果显著。建议以“河长制”建设为契机，建立河流生态修复长效机制，促进河流健康发展。