石羊河生態構建研究及健康評估

劉興強

(甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

水，是人類的生命之源，而河湖，則可以看做是人類燦爛文明的搖籃。我國是人口大國，近些年來，隨著人口的持續增長及一些不合理的開發，生態環境問題日益嚴重，而水環境污染為其中不可忽視的一點。美國于20世紀70年代，在清潔水法令中首次提出了“河湖健康”的概念[1]。我國則于2003年2月，在全球水伙伴中國地區委員會治水高級圓桌會議上，提出了建立“維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、社會條件復雜，評估指標體系不完善，水生生物監測數據資料匱乏等，我國的河湖健康評估工作起步較晚，但可以看出，在起步初期便已考慮到了人類活動與河湖生態系統的協調關系問題[3]。2010年9月，水利部全面開始國內重要河湖的健康評估工作，為了經驗的積累，做出重點突破，水利部計劃進行試點的調研方式，總結我國河湖健康評估的基本方法和標準體系。河湖的生態環境健康問題已然迫在眉睫，河湖的生態健康與人類的日常生活也息息相關，開展重點流域的健康評估工作具有十分重要的意義。本文以石羊河流域為例，在其生態構建實地考察的基礎上，對整個流域進行完整、科學的健康評價，旨在總結石羊河流域存在的環境問題并提供相應的建議措施。

2 流域概況及評估方法

石羊河流域位于甘肅省河西走廊東部，總面積4.16萬km2，主要支流有大靖、古浪、黃羊、雜木、金塔、東大、西大等，河流補給來源為山區大氣降水和高山冰雪融水，產流面積1.11萬km2，多年平均徑流量15.60億m3。流域地勢南高北低，自西南向東北傾斜，流域深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱氣候，全流域耕地3712 km2，農林灌溉面積3176 km2，出山口和山區建有東大河、西大河、西營、南營、黃羊、大靖河、紅崖山等水庫和水電站工程。

河流健康評價指標體系的建立應滿足科學認知、數據獲得、評估標準、相對獨立四項基本原則。石羊河流域健康評估指標體系采用目標層、準則層和河流指標層3級體系，其中目標層即為石羊河總體的健康狀態；準則層分為5個方面，包括水文水資源(HD)、物理形態(PF)、水質(WQ)、水生生物(AF)和社會服務功能(SS)；指標層則是由準則層內各項指標構成，定量為主，定性為輔。評估方法采用分級指標評分法，逐級加權，綜合評分。河流健康分為5級，分別為理想狀況(80～100分)、健康(60～80分)、亞健康(40～60分)、不健康(20～40分)和病態(20分以下)。石羊河干流根據實際狀況，共分為3個評估河段，分別為石羊河武威市段(包括上游張掖市境內)、西營河金昌市段、西營河武威市段(包括張掖市段)。針對每個河段的每個準則層所包含的指標，按照河流實際調查狀況進行評估后，按式(1)對五個準則層進行綜合評估。

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

(1)

式中：RHIn為評估河段指標和準則層賦分；HD為水文水資源準則層；PF為物理形態準則層；WQ為水質準則層；AF為生物準則層；SS為社會服務功能準則層；下標r代表其賦分，下標w則代表其權重。在河段評估賦分基礎上，河流目標層賦分按式(2)計算。

(2)

式中：RHI為評估河流賦分，SLn為評估河段河流長度，km；RIVL為評估河流總長度，km。

3 評估調查結果分析

3.1 水文水資源評估分析

根據實際情況，針對石羊河水文水資源特征，選取了徑流年際變差傾向率(AVR)、生態流量滿足程度(EF)2個指標反映河流水文水資源狀況。AVR反映了現狀開發狀態下，評估河段不同年份年徑流的變化趨勢，EF是指為維持河流生態系統的不同程度生態系統結構、功能而必須維持的流量過程。水文水資源賦分及權重見圖1。

圖1 水文水資源賦分及權重圖

因氣候及人類活動等原因，HD準則層賦分11.6，河道的生態流量狀況不達標。在石羊河流域上游的8條支流上建有7座水庫，對調節和蓄積中游農業灌溉水，提高地表水資源的有效開發利用具有重要作用。但是，由于對水資源的完整性和下游生態需水量范圍的忽視，在水資源開發利用過程中對環境影響的評價被忽略。不加節制的砍伐、畜牧、采礦以及濫用水資源，再加上全球升溫導致的冰川萎縮減薄，石羊河流域水量入不敷出，出現徑流量減少等問題在所難免。

3.2 物理形態評估分析

物理結構(PF)包括河流形態(RS)、河岸帶狀況(RSS)、河流連通阻隔狀況(RC)、天然濕地保留率(NWL)四個指標層。RS在很大程度上可以代表河流生態系統的穩定性。RSS是指河流水域與陸地相鄰生態系統之間的過渡帶，包括河岸帶穩定性、河岸帶植被覆蓋度兩方面。NWL則指現有濕地面積與歷史(1980s)狀況濕地面積的比例，天然濕地面積大小可以用來反映河流生態環境狀況的優劣程度，濕地面積越大，河流的生態環境功能越健康。物理結構賦分及權重見圖2。

圖2 物理形態賦分及權重圖

石羊河PF評估賦分為74.1分，較為健康。石羊河堤防及截彎取直現象少，河岸帶穩定，河道形態變化不大。近16年來，流域植被整體呈增加趨勢，植被覆蓋度上升，河岸帶植被覆蓋好。流域內水域面積總體呈增大-減小-增大的波動變化趨勢，石羊河流域為非灌溉無農業地區，用于灌溉的水庫的修改導致下游河道生態流量不能滿足，對河道生態系統不利。

3.3 水質評估分析

水質狀況準則層(WQ)包括溶解氧狀況(DO)和耗氧有機污染(OCP)兩個指標。溶解氧的過剩和匱乏都會對水生生物造成危害，其值在4 mg/L～12 mg/L之間較好。OCP指導致水體中溶解氧大幅度下降的有機污染物。取兩者的較低值為WQ賦分。

WQ評估賦分為26分，為不健康狀態。流域內上游各支流水質總體良好。水環境在人類活動影響大且開發程度高的地方污染情況較高，尤其是水資源的重復利用，地表水與地下水的多次轉化，造成地下水重復污染。由于工業污水、生活污水、河道兩側農業化肥的過量使用和垃圾、廢棄物的隨意堆放，導致河道水質超標嚴重。同時，可能存在河道內采砂行為，導致水體渾濁、影響水體水質。

3.4 水生生物評估分析

水生生物準則層(AL)包括底棲動物完整性指數(BIBI)和魚類生物損失指數(FOE)兩個指標。取兩者的較低值為AL賦分。

石羊河AL評分為35分，為不健康狀態。土著魚類物種豐富程度的下降主要是因為過度畜牧、過量捕撈、圍湖造田、水體污染及一些天災如干旱、地震等一系列原因造成的。同時，水量的減少及水體的污染導致多數魚類的生殖環境被破壞，生物多樣性大大降低，許多物種瀕臨滅絕。

3.5 社會服務功能評估分析

社會服務功能(SS)包括水功能區達標(WFZ)、水資源開發利用(WRU)及防洪(FLD)三個指標。WFZ是指對評估河流包括的水功能區中水質達標個數比例。WRU表示流域經濟社會活動對水量的影響。FLD評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。社會服務功能賦分及權重見圖3。

圖3 社會服務功能賦分及權重圖

石羊河SS最終賦分為56.95，為亞健康。由于對水資源的不當管理以及過度開發，石羊河流域社會對水資源的使用嚴重超過其承載能力，水環境日益惡化，河流徑流量減小，河道縮減，水位降低，沙漠化范圍擴大，土壤礦化、鹽漬化，河道兩岸植被面積縮小，危害程度和范圍不斷加重。對水資源的不當利用，使得生態平衡點遭到了破壞，流域內社會服務功能大大降低。

4 結語

綜上，石羊河綜合賦分40.66分，河流不健康。石羊河是我國人口密集度最高、用水矛盾最突出的內陸河流域之一，同時也是高水資源開發利用率且生態環境問題最嚴重的流域之一，存在的主要問題有：氣候變化和人類活動導致的水資源量遞減，河道生態流量不達標，水利工程對河道阻隔明顯，魚類資源呈退化趨勢，水資源開發利用強度高，水環境質量問題等。近些年來，流域內重點治理措施取得較為顯著的成效，但日益增長的水量需求及水質的要求，對水資源保障及恢復提出了更嚴更高的要求。本文提出以下幾點措施作為參考：一是進一步嚴格水資源統一調度，持續推進流域生態文明建設；二是更新水庫現有調度模式，實施生態調度；三是強化水功能區管理，改善流域水環境質量狀況；四是進一步加強建設石羊河生態綜合管理機構，加強組織領導和多部門協調合作；五是進一步減緩漁業捕撈壓力，加強健康河流保護的宣傳工作，努力提高民眾生態保護意識。