河流健康評價(jià)及保護(hù)對策分析
——以牤牛河為例

武玉峰

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽110003）

河流健康評價(jià)及保護(hù)對策分析
——以牤牛河為例

武玉峰

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽110003）

牤牛河是渾河的支流，發(fā)源于東陵區(qū)滿堂鎮(zhèn)上木匠村，于新立堡匯入渾河。目前牤牛河兩岸人類活動較多，垃圾堆放，大量污水排入河中，水體污染嚴(yán)重，造成河流生態(tài)環(huán)境惡化。本文通過對牤牛河健康問題調(diào)查和河流監(jiān)測及分析與評價(jià)，得出了牤牛河是亞健康水平，并針對性地提出了對策措施和建議。

河流；健康；評價(jià)；對策

1 流域概況

牤牛河，也稱滿堂河，位于渾河的右岸，是渾河的支流，發(fā)源于東陵區(qū)滿堂鎮(zhèn)上木匠村，于新立堡匯入渾河。河流總長24.33km，河道比降2.51‰，流域面積62.5km2，在該河上設(shè)有東陵水文站，控制面積占全河流域面積的90%。牤牛河地區(qū)發(fā)生大暴雨的天氣系統(tǒng)，并具有雨量大、強(qiáng)度高、面積廣等特點(diǎn)［1］。

2 河流健康評價(jià)指標(biāo)體系建立

本次評價(jià)工作，結(jié)合遼寧省河流特點(diǎn)，分別提出了河流健康評價(jià)指標(biāo)體系，其中必選指標(biāo)為全國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的必選指標(biāo)，新增指標(biāo)為本次評價(jià)遼寧省新增加的指標(biāo)。目前，國家各流域試點(diǎn)在評價(jià)指標(biāo)選取中靈活性較大，遼寧省也根據(jù)自身河流特點(diǎn)新增了幾項(xiàng)指標(biāo)，建議經(jīng)過評價(jià)年的實(shí)施應(yīng)用來驗(yàn)證指標(biāo)選取的合理性和可操作性，為未來進(jìn)一步研究遼寧省河湖健康評估指標(biāo)體系提供借鑒依據(jù)。本次對牤牛河健康評價(jià)指標(biāo)體系采取分目標(biāo)層、亞目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層進(jìn)行評價(jià)，根據(jù)《河流健康評估指標(biāo)、方法與標(biāo)準(zhǔn)（試點(diǎn)工作用）》，河流健康評價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值采用加權(quán)法進(jìn)行綜合評價(jià)，詳細(xì)評價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

3 河流健康評價(jià)生物指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 底棲生物完整性指數(shù)

生態(tài)完整性體現(xiàn)在各生物群落和種群的完整性中，如魚類、底棲動物、藻類和浮游動物完整性等。底棲動物目前已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)監(jiān)測評估中，通過構(gòu)建底棲動物完整性指數(shù)（B-IBI）可以對河湖的水生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行較為全面和科學(xué)的評估。水質(zhì)法是以水質(zhì)等級為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行河流健康評價(jià)的方法，棲境法是以生物棲息地質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行河流健康的評價(jià)方法，而綜合法是融合了水質(zhì)法與棲境法的一種比較全面的評價(jià)方法。

表1 牤牛河（東陵站以上）健康評價(jià)指標(biāo)體系表

（1）參照點(diǎn)與受損點(diǎn)篩選。針對目前的河流干擾特征，本研究選擇水質(zhì)指標(biāo)、半定量棲息地評價(jià)指標(biāo)作為篩選參照點(diǎn)與受損點(diǎn)的依據(jù)。在開展棲息地質(zhì)量評價(jià)時(shí)，主要從棲息地生境異質(zhì)性和多樣性角度考慮，選擇10項(xiàng)指標(biāo)對棲境質(zhì)量狀況進(jìn)行半定量評價(jià)，分別是底質(zhì)類型、棲境復(fù)雜性、水深～流速結(jié)合情況、堤岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、河岸帶人類活動強(qiáng)度和土地利用類型，總分為200分。根據(jù)三種不同評價(jià)方法對參照點(diǎn)與受損點(diǎn)進(jìn)行選取，如表2所示［6］。

表2 參照點(diǎn)與受損點(diǎn)篩選方法表

綜合棲息地質(zhì)量及水質(zhì)情況評定標(biāo)準(zhǔn)，原定參照區(qū)域?yàn)闇喬饔蛟搭^區(qū)，包括TZ01～TZ05樣點(diǎn)，渾河源頭H01～H06樣點(diǎn)，但經(jīng)過參照點(diǎn)生境質(zhì)量評分，最后僅保留TZ02、TZ03、TZ04、TZ05為參照樣點(diǎn)。原定受損點(diǎn)區(qū)域?yàn)闇喬饔蛳掠螀^(qū)，包括海城河下游樣點(diǎn)，渾太流域下游樣點(diǎn)，經(jīng)過生境質(zhì)量評分，最后僅保留H11、H12、H16為受損樣點(diǎn)（見圖1）。

圖1 參照點(diǎn)與受損點(diǎn)篩選區(qū)域圖

（2）指標(biāo)體系構(gòu)建。依據(jù)EPA適用的大型底棲動物B-IBI因子選擇28項(xiàng)大型底棲動物生物參數(shù)作為構(gòu)建生物完整性評價(jià)的備選指標(biāo)。主要包括物種數(shù)類參數(shù)6項(xiàng)，相對豐度類參數(shù)8項(xiàng)，耐污類群參數(shù)2項(xiàng)，優(yōu)勢類群參數(shù)1項(xiàng)，功能攝食參數(shù)5項(xiàng)，生態(tài)型與生活型參數(shù)2項(xiàng)和多樣性參數(shù)4項(xiàng)。對28個(gè)候選指標(biāo)進(jìn)行分布范圍、判別能力和相關(guān)性分析的篩選。分布范圍的篩選指若某指標(biāo)在超過95%的樣點(diǎn)得分均為零，則放棄該指標(biāo)。利用箱體圖進(jìn)行判別。備選參數(shù)差異顯著要滿足下列條件之一:參照點(diǎn)的中位數(shù)超出受損點(diǎn)25～75Th箱體范圍；受損點(diǎn)的中位數(shù)超出參照點(diǎn)25～75Th箱體范圍；相關(guān)性分析的篩選是對通過判別能力篩選的各指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，設(shè)定相關(guān)系數(shù)|r|= 0.75為界限，對相關(guān)性高于臨界值的參數(shù)，僅保留其中的一個(gè)參數(shù)即可。最后篩選出10個(gè)核心指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行IBI值計(jì)算，10個(gè)核心指標(biāo)值分布范圍及最佳期望值見表3。

表3 核心指標(biāo)值分布范圍及最佳期望值表

（3）IBI值賦分。將各評估參數(shù)的分值進(jìn)行加和，得到IBI指數(shù)值。以參照系樣點(diǎn)IBI值由高到低排序，選取25%分位值作為最佳期望值，對IBI指數(shù)進(jìn)行賦分得到IBIr分值，范圍為0～100。

3.2 魚類損失指數(shù)

魚類生物損失指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)建立采用歷史背景調(diào)查方法確定。選用1980年代作為歷史基點(diǎn)。調(diào)查評估河流流域魚類歷史調(diào)查數(shù)據(jù)或文獻(xiàn)。其中比較典型的歷史調(diào)查成果如《中國內(nèi)陸水域漁業(yè)資源調(diào)查與區(qū)劃》（1980～1988）、《東北地區(qū)淡水魚類》、《遼寧動物志-魚類》?；跉v史調(diào)查數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)評估河流的魚類種類數(shù)，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)不同魚類自然分布特征，在不同河段確定魚類分布名錄，并開展專家咨詢調(diào)查，確定各評估河流所分布的魚類歷史背景狀況，確定魚類指標(biāo)調(diào)查評估預(yù)期值［3］。

4 河流健康評價(jià)的調(diào)查與監(jiān)測分析

4.1 評價(jià)河段的劃分

由于此次牤牛河健康評價(jià)河段長度不是很長，評價(jià)河段為源頭～東陵水文站，河長18.63km，故本次對未進(jìn)行分段劃分。

4.2 河流健康評價(jià)指標(biāo)調(diào)查與監(jiān)測

4.2.1 水文水資源

流量過程變異程度。選擇東陵水文站2009～2013年逐月實(shí)測流量、徑流還原量進(jìn)行整理，計(jì)算出牤牛河流量變異程度指標(biāo)FD值及賦分FDr（見表4）。

生態(tài)流量保障程度。收集和整理東陵水文站2009～2013年4～9月、10～3月期間日最小流量、多年平均還原量，計(jì)算得到牤牛河生態(tài)流量保障程度指標(biāo)賦分EFr（見表5）。

表4 牤牛河流量變異程度賦分值表

表5 牤牛河生態(tài)流量保障程度賦分值表

流量變異程度指標(biāo)權(quán)重0.3、生態(tài)流量保障程度指標(biāo)權(quán)重0.7，根據(jù)公式計(jì)算得到水文水資源完整性HDr賦分（見表6）。

表6 牤牛河水文水資源完整性賦分表

4.2.2 物理結(jié)構(gòu)

河岸帶狀況。2014年6月，對牤牛河的河岸帶狀況進(jìn)行了現(xiàn)場查勘。本次評估共選取4個(gè)斷面進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查表明，4個(gè)斷面的岸坡穩(wěn)定性均處于基本穩(wěn)定與次不穩(wěn)定之間，監(jiān)測河段的平均岸坡穩(wěn)定性屬于次不穩(wěn)定，這是由斜坡高度的客觀事實(shí)因素所決定的。監(jiān)測河段河岸植被覆蓋度的變化區(qū)間在30～100%之間，整體平均植被覆蓋度為79%。實(shí)地查勘還發(fā)現(xiàn)干擾河岸形態(tài)的主要人為活動有河岸帶臨近陸域的沿岸建筑物（房屋）、公路、垃圾堆放和農(nóng)業(yè)耕種。根據(jù)調(diào)查成果，計(jì)算得到牤牛河的河岸帶狀況賦分，屬于健康狀況（見表7）。

表7 牤牛河河岸帶狀況指標(biāo)賦分表

河流連通阻隔狀況。經(jīng)調(diào)查，社河上只有1個(gè)榆樹屯泄洪閘，分析后賦分75分。

綜合庫岸帶狀況、河流連通阻隔狀況2個(gè)指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)計(jì)算得到牤牛河的物理結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層賦分為75.4分，屬于健康狀況，見表8。

表8 牤牛河物理結(jié)構(gòu)賦分表

4.2.3 水質(zhì)

本次評估在東陵水文站附近增設(shè)監(jiān)測斷面1處，監(jiān)測時(shí)間為2014年3月至2014年8月，每月1次，共6次。具體監(jiān)測項(xiàng)目同渾河。根據(jù)DO水質(zhì)狀況、耗氧有機(jī)污染狀況、重金屬污染狀況賦分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算，牤牛河上述三項(xiàng)指標(biāo)賦分結(jié)果見表9。

表9 牤牛河水質(zhì)準(zhǔn)則層各指標(biāo)賦分表

根據(jù)表8成果及水質(zhì)準(zhǔn)則層賦分標(biāo)準(zhǔn)，牤牛河水質(zhì)準(zhǔn)則層最后分值為23分。

4.2.4 生物

水生生物指標(biāo)全年監(jiān)測2次，春季調(diào)查監(jiān)測時(shí)間為2014年5～6月，秋季調(diào)查監(jiān)測時(shí)間為2014年8～9月，分別進(jìn)行了魚類資源調(diào)查和底棲生物取樣監(jiān)測。共設(shè)定1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位（見圖2）。

圖2 牤牛河監(jiān)測點(diǎn)分布圖

底棲動物完整性指數(shù)。綜合春季和秋季底棲動物數(shù)據(jù)，牤牛河全流域所采集底棲動物總個(gè)體數(shù)為69個(gè)，隸屬2門（節(jié)肢動物門、環(huán)節(jié)動物門），2綱（昆蟲綱、寡毛綱），2目，3科，3屬，3種。牤牛河底棲動物完整性指數(shù)賦分35分。

魚類生物損失指數(shù)。兩次調(diào)查監(jiān)測，牤牛河中未發(fā)現(xiàn)魚類，社河魚類生物損失指數(shù)賦分0分。

基于春季和秋季社河流域河流1個(gè)樣點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)，綜合河流大型底棲動物完整性指數(shù)得分（IBIr）和魚類生物損失指數(shù)得分（FOEr），根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重，魚類生物損失指數(shù)權(quán)重0.6、底棲動物完整性指數(shù)權(quán)重0.4，計(jì)算得到社河生物準(zhǔn)則層賦分14分。評價(jià)結(jié)果表明，牤牛河流域各河段生物完整性狀況極差，為所有渾太河流域中得分最低。

4.2.5 社會服務(wù)功能

水資源開發(fā)利用指標(biāo)。牤牛河地表水資源總量為974.3萬m3，2011年?duì)：拥乇硭Y源開發(fā)量5.2萬m3，經(jīng)計(jì)算牤牛河地表水資源開發(fā)利用率0.53%，根據(jù)賦分標(biāo)準(zhǔn)，對于水資源豐富地區(qū)，雖然開發(fā)利用率低于10%，但仍能滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展需求，地表水資源開發(fā)利用率賦分為100分［4］。

防洪指標(biāo)。通過調(diào)查，遇到降水量大時(shí)，牤牛河上游來水量較大，來水快，退水也快，河兩岸大部分是土堤。英達(dá)鎮(zhèn)以上為中上游，河道為寬淺式，該段曾進(jìn)行了2.4km的標(biāo)準(zhǔn)化整治，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到10年一遇。1999年有關(guān)部門對上水泉段和中水泉段各1.5km進(jìn)行了10年一遇標(biāo)準(zhǔn)的堤防整治。由于牤牛河流域面積較小，且流經(jīng)地區(qū)多為平原，加之區(qū)域的地理?xiàng)l件，牤牛河的防洪任務(wù)并不重，歷史上從未發(fā)生過較大規(guī)模的洪水，最多河水只淹沒到河灘的一半，未給沿河居民、農(nóng)田造成過大損失。因此認(rèn)為牤牛河防洪指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)，總體賦分為90分。

公眾滿意度。2014年6月20日，對牤牛河附近居民及商鋪進(jìn)行了走訪調(diào)查，總體賦分為69.68，偏低，主要原因是近幾年?duì)：铀w污染太嚴(yán)重，生態(tài)功能近乎消失。

5 河流健康分析與評價(jià)

牤牛河健康評價(jià)賦分為53.3分，處于亞健康狀況。其中生態(tài)狀況賦分39分，為不健康水平，社會服務(wù)功能賦分為86.69分，為理想狀況。牤牛河健康評價(jià)成果見表10和圖3。

表10 牤牛河健康評價(jià)成果表

5.1 河流生態(tài)狀況分析與評價(jià)

牤牛河生態(tài)狀況總體賦分39分，屬于不健康水平。其中水質(zhì)狀況賦分23分，為不健康狀態(tài)；水文水資源賦分68.3分，為健康水平；水生生物賦分14分，處于病態(tài)水平；物理結(jié)構(gòu)賦分75.4分，為健康水平。

圖3 牤牛河健康評價(jià)指標(biāo)賦分圖

5.2 河流社會服務(wù)功能狀況分析與評價(jià)

由于牤牛河未進(jìn)行水功能區(qū)劃分，本次評價(jià)選擇水資源開發(fā)利用率、防洪指標(biāo)及公眾滿意度3個(gè)指標(biāo)對社會服務(wù)功能狀況進(jìn)行了評價(jià)，其中水資源開發(fā)利用指標(biāo)權(quán)重設(shè)為0.34，防洪指標(biāo)和公眾滿意度指標(biāo)權(quán)重設(shè)為0.33，經(jīng)計(jì)算牤牛河社會服務(wù)功能賦分為86.69分，總體評價(jià)為理想狀態(tài)。

5.3 河流健康狀況分析與評價(jià)

牤牛河健康指數(shù)賦分為53.3分，綜合評價(jià)為亞健康水平。詳見圖4。

圖4 牤牛河健康評價(jià)成果圖

6 河流健康問題及成因

6.1 河流健康存在的主要問題

根據(jù)評估成果分析，牤牛河健康問題主要有以下幾方面:

（1）水文水資源方面。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，牤牛水文水資源完整性最好，為健康水平。其中生態(tài)流量保障程度為理想狀況，流量變異程度為不健康，經(jīng)調(diào)查2009年以后牤牛河流域大量生活污水排入，實(shí)測徑流量增大，導(dǎo)致流量變異程度增大。

（2）物理結(jié)構(gòu)方面。牤牛河物理結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層為健康水平。影響牤牛河物理結(jié)構(gòu)健康狀況的主要問題有:河岸帶的人為干擾活動較多，中下游監(jiān)測斷面的河岸植被覆蓋度較低。

（3）水質(zhì)方面。從牤牛河流域整體看，牤牛河水質(zhì)狀況呈不健康狀態(tài)。溶解氧和耗氧有機(jī)污染物賦分較低是影響牤牛河化學(xué)完整性賦分主要因素，尤其是非汛期化學(xué)需氧量和氨氮賦分更低［2］。

（4）水生生物方面。評價(jià)結(jié)果表明，牤牛河流域各河段生物完整性狀況極差，為所有渾太河流域中得分最低。水質(zhì)水生態(tài)破壞嚴(yán)重，水體中耗氧有機(jī)物濃度較高，東陵水文站附近水質(zhì)嚴(yán)重惡化［4］。

6.2 河流健康問題成因

導(dǎo)致牤牛河健康問題的主要原因:河流兩岸人類活動較多，垃圾堆放，大量污水排入河中，加劇了河流生物棲息環(huán)境惡化［5］。

7 采取的保護(hù)對策

基于以上分析，為了保障牤牛河健康狀況，提出以下幾個(gè)方面保護(hù)措施建議:

（1）嚴(yán)格控制水體污染，改善水質(zhì)，提高水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率。阻斷一切污染源，加強(qiáng)重點(diǎn)點(diǎn)源廢水達(dá)標(biāo)排放工作，制定市政排污口污染治理方案，削減主要市政排污口主要污染物入河量，進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)點(diǎn)源達(dá)標(biāo)治理的力度。同時(shí)減少垃圾堆放，采取生態(tài)修復(fù)措施，恢復(fù)河流生境。

（2）加強(qiáng)河岸帶保護(hù)與管理，控制河岸帶不合理的人為活動，普及河流生態(tài)健康知識，提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識。對植被覆蓋度較低的河段進(jìn)行河岸帶植被修復(fù)與管理，提高植被覆蓋度，恢復(fù)其緩沖帶功能，并保留一定的河灘地及行洪期。

8 結(jié)語

通過對牤牛河的健康評價(jià)分析可以看出，牤牛河綜合評價(jià)為亞健康水平。所以，我們應(yīng)該嚴(yán)格控制水體污染，改善水質(zhì)，提高水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率；加強(qiáng)河岸帶保護(hù)與管理，控制河岸帶不合理的人為活動的破壞，確保牤牛河河流的健康指數(shù)達(dá)標(biāo)，改善河流生態(tài)環(huán)境。

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表1 P S O、DE與P S ODE算法配置結(jié)果對比

5 結(jié)語

水資源優(yōu)化配置是水資源高效利用的前提。面對復(fù)雜的水資源系統(tǒng)，水資源配置模型往往呈現(xiàn)出多目標(biāo)性、多層次性，傳統(tǒng)的求解方法已經(jīng)不能滿足需要。近年來出現(xiàn)的一系列進(jìn)化算法在解決復(fù)雜系統(tǒng)模型中體現(xiàn)出優(yōu)越性。

本文基于公平性原則構(gòu)建了水資源優(yōu)化配置模型，并利用PSO與DE的混合算法（PSODE）對模型進(jìn)行求解。該算法結(jié)合了PSO與DE兩種算法的搜索優(yōu)勢，不僅搜索速度快，而且避免了單個(gè)算法過快收斂于局部最優(yōu)的風(fēng)險(xiǎn)。以新疆迪那河流域水資源配置為例，將PSODE算法與PSO、DE算法的配置結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了PSODE的高效性與精確性。

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TV213.4

A

1672-2469（2015）10-0033-06

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.11

武玉峰（1979年—），男，工程師。