石羊河生态构建研究及健康评估

刘兴强

(甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

1 引言

水，是人类的生命之源，而河湖，则可以看做是人类灿烂文明的摇篮。我国是人口大国，近些年来，随着人口的持续增长及一些不合理的开发，生态环境问题日益严重，而水环境污染为其中不可忽视的一点。美国于20世纪70年代，在清洁水法令中首次提出了“河湖健康”的概念[1]。我国则于2003年2月，在全球水伙伴中国地区委员会治水高级圆桌会议上，提出了建立“维持河流生命的基本水量”的概念，首次提出“河流生命”的理念[2]，由于河流自然、社会条件复杂，评估指标体系不完善，水生生物监测数据资料匮乏等，我国的河湖健康评估工作起步较晚，但可以看出，在起步初期便已考虑到了人类活动与河湖生态系统的协调关系问题[3]。2010年9月，水利部全面开始国内重要河湖的健康评估工作，为了经验的积累，做出重点突破，水利部计划进行试点的调研方式，总结我国河湖健康评估的基本方法和标准体系。河湖的生态环境健康问题已然迫在眉睫，河湖的生态健康与人类的日常生活也息息相关，开展重点流域的健康评估工作具有十分重要的意义。本文以石羊河流域为例，在其生态构建实地考察的基础上，对整个流域进行完整、科学的健康评价，旨在总结石羊河流域存在的环境问题并提供相应的建议措施。

2 流域概况及评估方法

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部，总面积4.16万km2，主要支流有大靖、古浪、黄羊、杂木、金塔、东大、西大等，河流补给来源为山区大气降水和高山冰雪融水，产流面积1.11万km2，多年平均径流量15.60亿m3。流域地势南高北低，自西南向东北倾斜，流域深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，全流域耕地3712 km2，农林灌溉面积3176 km2，出山口和山区建有东大河、西大河、西营、南营、黄羊、大靖河、红崖山等水库和水电站工程。

河流健康评价指标体系的建立应满足科学认知、数据获得、评估标准、相对独立四项基本原则。石羊河流域健康评估指标体系采用目标层、准则层和河流指标层3级体系，其中目标层即为石羊河总体的健康状态；准则层分为5个方面，包括水文水资源(HD)、物理形态(PF)、水质(WQ)、水生生物(AF)和社会服务功能(SS)；指标层则是由准则层内各项指标构成，定量为主，定性为辅。评估方法采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分。河流健康分为5级，分别为理想状况(80～100分)、健康(60～80分)、亚健康(40～60分)、不健康(20～40分)和病态(20分以下)。石羊河干流根据实际状况，共分为3个评估河段，分别为石羊河武威市段(包括上游张掖市境内)、西营河金昌市段、西营河武威市段(包括张掖市段)。针对每个河段的每个准则层所包含的指标，按照河流实际调查状况进行评估后，按式(1)对五个准则层进行综合评估。

RHIn=HDr×HDw+RSr×RSw+WQr×WQw+AFr×AFw+SSr×SSw

(1)

式中：RHIn为评估河段指标和准则层赋分；HD为水文水资源准则层；PF为物理形态准则层；WQ为水质准则层；AF为生物准则层；SS为社会服务功能准则层；下标r代表其赋分，下标w则代表其权重。在河段评估赋分基础上，河流目标层赋分按式(2)计算。

(2)

式中：RHI为评估河流赋分，SLn为评估河段河流长度，km；RIVL为评估河流总长度，km。

3 评估调查结果分析

3.1 水文水资源评估分析

根据实际情况，针对石羊河水文水资源特征，选取了径流年际变差倾向率(AVR)、生态流量满足程度(EF)2个指标反映河流水文水资源状况。AVR反映了现状开发状态下，评估河段不同年份年径流的变化趋势，EF是指为维持河流生态系统的不同程度生态系统结构、功能而必须维持的流量过程。水文水资源赋分及权重见图1。

图1 水文水资源赋分及权重图

因气候及人类活动等原因，HD准则层赋分11.6，河道的生态流量状况不达标。在石羊河流域上游的8条支流上建有7座水库，对调节和蓄积中游农业灌溉水，提高地表水资源的有效开发利用具有重要作用。但是，由于对水资源的完整性和下游生态需水量范围的忽视，在水资源开发利用过程中对环境影响的评价被忽略。不加节制的砍伐、畜牧、采矿以及滥用水资源，再加上全球升温导致的冰川萎缩减薄，石羊河流域水量入不敷出，出现径流量减少等问题在所难免。

3.2 物理形态评估分析

物理结构(PF)包括河流形态(RS)、河岸带状况(RSS)、河流连通阻隔状况(RC)、天然湿地保留率(NWL)四个指标层。RS在很大程度上可以代表河流生态系统的稳定性。RSS是指河流水域与陆地相邻生态系统之间的过渡带，包括河岸带稳定性、河岸带植被覆盖度两方面。NWL则指现有湿地面积与历史(1980s)状况湿地面积的比例，天然湿地面积大小可以用来反映河流生态环境状况的优劣程度，湿地面积越大，河流的生态环境功能越健康。物理结构赋分及权重见图2。

图2 物理形态赋分及权重图

石羊河PF评估赋分为74.1分，较为健康。石羊河堤防及截弯取直现象少，河岸带稳定，河道形态变化不大。近16年来，流域植被整体呈增加趋势，植被覆盖度上升，河岸带植被覆盖好。流域内水域面积总体呈增大-减小-增大的波动变化趋势，石羊河流域为非灌溉无农业地区，用于灌溉的水库的修改导致下游河道生态流量不能满足，对河道生态系统不利。

3.3 水质评估分析

水质状况准则层(WQ)包括溶解氧状况(DO)和耗氧有机污染(OCP)两个指标。溶解氧的过剩和匮乏都会对水生生物造成危害，其值在4 mg/L～12 mg/L之间较好。OCP指导致水体中溶解氧大幅度下降的有机污染物。取两者的较低值为WQ赋分。

WQ评估赋分为26分，为不健康状态。流域内上游各支流水质总体良好。水环境在人类活动影响大且开发程度高的地方污染情况较高，尤其是水资源的重复利用，地表水与地下水的多次转化，造成地下水重复污染。由于工业污水、生活污水、河道两侧农业化肥的过量使用和垃圾、废弃物的随意堆放，导致河道水质超标严重。同时，可能存在河道内采砂行为，导致水体浑浊、影响水体水质。

3.4 水生生物评估分析

水生生物准则层(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。取两者的较低值为AL赋分。

石羊河AL评分为35分，为不健康状态。土著鱼类物种丰富程度的下降主要是因为过度畜牧、过量捕捞、围湖造田、水体污染及一些天灾如干旱、地震等一系列原因造成的。同时，水量的减少及水体的污染导致多数鱼类的生殖环境被破坏，生物多样性大大降低，许多物种濒临灭绝。

3.5 社会服务功能评估分析

社会服务功能(SS)包括水功能区达标(WFZ)、水资源开发利用(WRU)及防洪(FLD)三个指标。WFZ是指对评估河流包括的水功能区中水质达标个数比例。WRU表示流域经济社会活动对水量的影响。FLD评估河道的安全泄洪能力，其中防洪工程措施和非工程措施的完善率是重要方面。社会服务功能赋分及权重见图3。

图3 社会服务功能赋分及权重图

石羊河SS最终赋分为56.95，为亚健康。由于对水资源的不当管理以及过度开发，石羊河流域社会对水资源的使用严重超过其承载能力，水环境日益恶化，河流径流量减小，河道缩减，水位降低，沙漠化范围扩大，土壤矿化、盐渍化，河道两岸植被面积缩小，危害程度和范围不断加重。对水资源的不当利用，使得生态平衡点遭到了破坏，流域内社会服务功能大大降低。

4 结语

综上，石羊河综合赋分40.66分，河流不健康。石羊河是我国人口密集度最高、用水矛盾最突出的内陆河流域之一，同时也是高水资源开发利用率且生态环境问题最严重的流域之一，存在的主要问题有：气候变化和人类活动导致的水资源量递减，河道生态流量不达标，水利工程对河道阻隔明显，鱼类资源呈退化趋势，水资源开发利用强度高，水环境质量问题等。近些年来，流域内重点治理措施取得较为显著的成效，但日益增长的水量需求及水质的要求，对水资源保障及恢复提出了更严更高的要求。本文提出以下几点措施作为参考：一是进一步严格水资源统一调度，持续推进流域生态文明建设；二是更新水库现有调度模式，实施生态调度；三是强化水功能区管理，改善流域水环境质量状况；四是进一步加强建设石羊河生态综合管理机构，加强组织领导和多部门协调合作；五是进一步减缓渔业捕捞压力，加强健康河流保护的宣传工作，努力提高民众生态保护意识。