梅江河生态系统健康指标及评估

陈志云，刘艳玲

(嘉应学院 地理科学与旅游学院，广东 梅州 514015)

河流是地球上重要的生态系统之一，具有传递输送全球物质能量、调节气候、改变地表形态的作用，同时还是生物圈物质循环的主要通道之一，可以迁移和降解许多营养盐及污染物.河流与人类的关系极为密切，不仅是人类最主要的淡水资源，也是可再生的能源，同时还附带有交通、休闲娱乐等功能.但是，在经济快速发展和人类社会活动日益加剧的影响下，我国部分主要河流的内部结构、功能组织与生态系统健康都受到了不同程度的破坏，绝大多数河流已经遭受到不同程度的水污染侵害.而进行河流生态系统健康评价工作，对维持和保护河流生态系统健康有着重要意义.

目前河流生态系统健康的涵义尚不明确，国内外研究状况也不尽相同.国外河流健康评价的内容主要是针对河流生态状况，所采用的表征指标包括指示物种和栖息地特征指标，内容很少考虑到人类社会价值，指标几乎没有涉及社会服务功能指标.

国内河流由于在自然状况、社会经济背景上与国外有较大程度的差异，因此对河流健康内涵的定义以及河流健康的评价标准都与国外有较大的不同.赵彦伟、杨志峰等［1］在研究城市河流健康问题时，建立了包括水量、水质、水生生物、物理结构以及河岸带等五大要素的指标体系，并提出了“很健康、健康、亚健康、不健康、病态”的五级评价标准.龙笛、张思聪［2］以生态系统健康的理论和“压力-状态-响应”模型为基础，构建了滦河流域的生态系统健康评价指标体系.

1 河流生态系统健康概述

20 世纪70年代末，全球生态系统普遍出现退化现象，“生态系统健康”概念应运而生，成为了新兴的生态系统管理学.但是生态学家至今未就生态系统健康的概念达成共识，而Costanza 提出的生态系统健康概念得到广泛认同，该理论涵盖了6 个方面:自我平衡、没有病征、多样性、有恢复力、有活力和能够保持系统组份间的平衡［3］.后来90年代中期出现了“河流健康”的概念.西方国家在开展河流健康研究时，主要以河流生态系统为研究对象，认为河流生态系统具有自然和社会双重属性［4］.由此产生了两类河流生态系统健康概念:

(1)河流自然生态系统健康:提出这一概念的代表学者都是以自然河流状态作为河流健康标准，只强调河流生态系统的自然属性内容健康，而忽略了河流生态系统的社会服务功能.

(2)河流人化生态系统健康:如今越来越多的学者倾向于在强调河流生态系统自然属性的同时，也考虑到其社会属性.Norris 等人认为应考虑到人类的福利需求［5］.Meyer 认为河流生态系统应既有生态系统功能与结构，还应包含人类与社会的价值［6］.这些概念综合考虑了河流生态系统的自然属性与社会属性健康，但就如何将两者结合起来的问题未作深入阐述.

河流生态系统健康评价方法从评价原理上可分为预测模型法和多指标法，从评价对象角度可分为物理-化学法和生物法［7］.

2 梅江河生态系统健康分析与评价

2.1 梅江河概况

梅江是韩江的主流，发源于广东省紫金县的白石栋，上游称为琴江，流经五华县水寨与五华河汇合后始称梅江，自西南向东北流经五华、兴宁、梅县至大埔县的三河坝，与汀江汇合后称韩江，其位置如图1 所示.支流主要有琴江、五华河、宁江、程江、石窟河、松源河、柚树河等.梅江流域东西宽136.5 km，南北长172 km，流域集水面积为13929 km2.梅江干流全长307 km，其中梅州市以下河段长约82 km，集水面积5559 km2，一般河宽150～250 m［8］.从梅江流域的地势上看，总体地形是由西南向东北倾斜，山地面积占流域总面积的36%，丘陵面积占流域总面积的44%，台地及小平原面积占流域总面积的20%［8］.

图1 梅州市主要河道分布图

2.2 数据来源及处理

2.2.1 数据来源

本研究所用数据主要通过文献资料的收集和谷歌影像地图的浏览等方式获得，收集的主要文献有《梅州水利志》、梅州市2008年水资源公报、梅州市水资源综合规划(2010-2030年)、《梅州市志》等.在时间上，本次评价指标数据采用2008 到2013年间的数据.在空间上，研究范围为梅江河主干流部分，即从五华河与梅江汇合处至大埔三河坝.河道的分段以行政区划和支流汇合为主，结合河道功能区划以及沿线生产生活特点等情况.分段见图2，具体分段情况如下:

第一段(S1):五华河与梅江河汇合处-宁江与梅江河汇合处.第二段(S2):宁江与梅江河汇合处-畲(shē)江镇畲江大桥处.第三段(S3):畲江镇畲江大桥处-梅南镇与长沙镇交界处.第四段(S4):梅南镇与长沙镇交界处-西阳镇梅子坝大桥处.第五段(S5):西阳镇梅子坝大桥处-松源河与梅江河汇合处.第六段(S6):松源河与梅江河汇合处-大埔三河坝(梅江与韩江汇合处).

图2 梅江分段图

2.2.2 评价指标体系

根据参考文献［3］中对河流生态系统健康的定义及其内涵，明确河流具有自然属性和社会属性，把指标划分为三大类:一是自然结构健康，二是生态结构健康，三是社会服务健康，具体结构见表1.

表1 健康评价指标体系

2.2.3 评价标准

在借鉴人体健康等级划分和借鉴相关研究成果的基础上，将河流生态系统健康标准划分为“健康、基本健康、亚健康、疾病、病危”［4］，各个级别的确定标准为1.0-0.8，0.8-0.6，0.6-0.4，0.4-0.2，0.2-0，分别代表5 个级别的标准.

同样可借鉴参考文献［4］中的三级指标的健康等级评价标准，建立本文研究区域的评价体系参量，具体见表2.

表2 三级指标评价标准

2.2.4 评价过程

(1)判断河流功能是否满足基本的社会服务需求.判断河流系统健康状况应该考虑具体河流的功能要求.对于有特定社会服务功能的河流，如其社会服务方面的指标达不到要求，则河流系统就明显的不健康.因此，河流系统的这类特殊功能指标是河流健康的决定性指标，被称为控制性指标.除此以外，其他指标对河流健康也起一定的约束作用，被称为协作性指标.对于没有特殊功能的河流，所有的评价指标都是协作性指标.健康评价首先要判断控制性指标是否在阈值范围内，具体流程见图3.

图3 评价流程图

(2)计算序参量的有序度.参量是影响指标数值大小的各个重要因素，例如多年平均径流量、河岸总长度等，而序参量是经过参量定量计算或定性分析得出的指标数值.河流系统的序参量对健康状态的影响方式是不一样的，有些序参量是随参量值的增大，其有序度增大，河流健康状况越好;有些是随参量值的增大，河流系统的有序度减小，河流健康状况越差;有些是当序参量趋向于某一固定值时，河流系统有序度越高，河流健康状况越好.本文的序参量(ε)大部分是递增型的，设序参量的最小临界值为Rmin，最大临界值为Rmax，序参量值为Rreal，则序参量的有序度计算公式如下(序参量的最大、最小临界值参照表3):

表3 梅江河河道指标阈值

(3)计算河段健康指数.设河段系统可以分为m 段，各河段健康评价指标数为n.则各河段二级指标健康指数可采用公式(2)计算而得，各河段的总体健康指数可采用公式(3)计算而得.

式中:Ipj为第p 河段第j 个二级指标的健康指数;Wpji为第p 河段第j 个二级指标中第i 个序参量的权重系数;pij为第p 河段第j 个二级指标中第i 个序参量的有序度;n 为第j 个二级指标中序参量的个数(即三级指标的个数).

式中:Ip为第p 河段总体健康指数;Wpj为第p 河段第j 个二级指标的权重系数.

(4)指标权重的确定.权重是以某种数量形式对比，权衡被评价事物总体中各个因素相对重要程度的量值，不同的权重往往会导致不同的评价结果［9］.层次分析法是目前确定权重应用得较为广泛的一种方法，因此根据实际需求和条件，本文采用层次分析法来确定权重.层次分析法是一种定性与定量相结合的决策分析方法，采用“分解-判断-综合”的基本决策思维过程，把复杂系统分解为各个组成因素，又将这些因素按支配关系组成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中各因素的相对重要性，并利用判断矩阵特征向量的计算确定下层指标对上层指标的贡献程度.梅江河生态系统健康指标体系权重详细见表4.

表4 梅江河生态系统健康指标体系权重

2.3 结果与分析

数据整理过程中按段、按区域进行划分，各河段健康评价指标数值见表5.梅江河的主要功能为灌溉，因此选择灌溉保证率作为控制性指标，将各河段灌溉保证率指标值和梅江河河道指标阈值范围进行对比，可以看出梅江河各河段灌溉保证率均在阈值范围内，能满足基本要求.

运用评价方法和数学模型，将各评价指标的有序度和权重系数代入计算模型中，计算出各河段的指数数值，并参考上述评价标准，确定河流生态系统的健康等级，计算结果见表6 和图4.由表6 和图4 的评估结果可以看出:

(1)梅江河总体健康指数为0.611，大于0.6，处于“基本健康”等级状态，但是其社会服务指数比较低，为0.521，小于0.6，从河道的实际情况来看，河道水质和通航情况不良.

(2)从各河段诊断结果来看，S1、S2、S3、S6 河段总体健康指数均大于6.0，处于“基本健康”等级，S4、S5 河段总体健康指数低于0.6，处于“亚健康”等级.S4 的社会服务健康指数为0.416，偏低，主要是因为程江出口德龙桥至西阳电站水质为Ⅲ度，水污染严重，还有就是通航保障率不高，水电站的营运对航运造成不良影响，导致水位不衔接和蓄水时引起断航.S5 的总体健康指数为0.541，生态系统健康指数为0.501.从卫星影像图上可以发现，S5 河段的河岸植被覆盖率较低，大部分河道都修筑了围堤，导致滩地保留率偏低，加上其中修建了几座水电站，对航运造成不良影响.

表5 梅江河生态系统健康评估指标值

表6 梅江河生态系统健康等级表

图4 梅江河生态系统健康等级条形图

3 结论

在前人研究成果的基础上，本文围绕河流生态系统健康评价的理论知识、指标选取、评价方法、河流资料的收集、数学模型的计算等方面进行探讨，从河流的自然结构、生态系统、社会服务功能三个方面对梅江河生态系统健康进行了初步的评估.计算结果显示梅江河处于“基本健康等级”，说明目前梅江河的生态环境系统的各项功能基本正常，今后应制定适宜的生态管理策略.但是，由于资料、数据不全面，加上研究水平的限制，仍存在几个不足之处有待改善:数据准确度不够高、定量分析方法缺乏、致病原因不清等.还由于受技术水平和写作时间的局限，未能探讨GIS 技术在河流生态系统健康评价中的应用，望以后有时间能继续完善.

［1］赵彦伟，杨志峰.城市河流生态系统健康评价初探［J］.水科学进展，2005，16(3):349-355.

［2］龙笛，张思聪.滦河流域生态系统健康评价研究［J］.中国水土保持，2006(3):14-16.

［3］佚名.河流生态系统健康及其评价指标体系［R］.中国科学院地理科学与资源研究所，2005.

［4］韩玉玲，夏继红，陈永明，等.河道生态建设:河流健康诊断技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2012:12-67.

［5］SIMPOSN J，NORRIS R，BARRMUTAL L，et al.AusRivAs-National River Health PrFram:User［Z］.Manual Website Version，1999.

［6］MEYER J L.Stream Health:Incorporating the Human Dimension to Advance Streamecology ［J］.Journal of the North American Benthological Society，1997 (16):438-447.

［7］熊文，黄思平，杨轩.河流生态系统健康评价关键指标研究［J］.人民长江，2010，41(12):7-12.

［8］李宇.梅江、汀江调峰影响河段设计水位的推算及航道整治研究［D］.南京:河海大学，2007.

［9］魏文彪.GIS 技术支持下的河口湿地生态系统健康评价研究［D］.上海:华东师范大学，2007.