支流生境替代保护效果评价指标体系与评价方法研究

杨青瑞，陈声威，何建宽，祁文龙

（1.中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038；2.云南省西双版纳州渔政站，云南 景洪 666100）

支流生境替代保护效果评价指标体系与评价方法研究

杨青瑞1，陈声威1，何建宽2，祁文龙2

（1.中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038；2.云南省西双版纳州渔政站，云南 景洪 666100）

针对目前支流生境替代保护工程缺乏效果评价指标体系的现状，本文建立了支流生境替代保护效果评价的指标体系，该体系包括水文情势、河流水质、生物群落和物理结构4个一级指标及10个二级指标，运用层次分析法和专家打分法确定各个指标的权重，最后通过实际工程对指标体系的科学性、可行性和准确性进行验证。该指标体系能够为支流生境替代保护效果评价提供技术支撑，也可为行业主管部门完善水电工程生态保护技术标准体系提供一定的参考。

支流生境替代保护；评价指标体系；鱼类多样性；层次分析法

1 研究背景

截止到2014年，我国水电装机容量达到3.0亿kW，水电开发规模已居世界第一。国家《水电发展“十二五”规划》指出，“十二五”期间发展的重要任务是加快水电开发步伐，重点开发大渡河、雅砻江、澜沧江中下游和金沙江中下游等流域，启动金沙江上游、澜沧江上游、黄河上游、雅鲁藏布江中游和怒江中下游等能源基地开发，这标志着我国水电开发已经进入高峰期。然而，随着社会的进步，全民生态保护意识的提高，生态环境问题成为了制约水电快速发展的重要因素［1］。水利水电工程在防洪、发电、供水和航运等方面发挥了巨大的效益，有力地保障了流域经济发展和社会安定。但同时大型水电工程建设也会对河流生态系统产生显著的负面影响［2-3］。

迄今为止，围绕河流水电开发中的鱼类资源保护问题，常用的鱼类保护措施，如人工增殖放流、过鱼设施和生态调度等，能够有效地改善鱼类的生存环境，保护鱼类资源［4-7］。但针对我国部分地区大型河流水电开发密集，干流生境难以满足鱼类完成生活史需求的现状，这些措施仍然存在一些不足。支流生境替代保护作为一种新的思路，在干流梯级开发的过程中，为鱼类在支流上营造适宜的栖息环境，对于维持区域生态安全具有重要的作用。支流生境替代保护的具体措施是通过保护支流上的重要生境来替代干流开发破坏的生境，从而实现对受干流开发影响的水生生物种群和群落的保护。当前，支流生境替代保护的理论和实践工作已经取得了一些进展［8］，但还迫切需要进一步开展系统深入的研究，为支流生境替代保护的具体实施和管理提供技术支撑。

2 支流生境替代保护效果评价指标选取原则

支流生境替代保护的目标是保护鱼类生物多样性，实现河流生态系统的可持续发展。科学合理的指标体系是准确评价保护效果的前提和基础，也是主管部门管理决策的重要手段。指标体系要全面表达支流生态系统的现状和保护效果，需要选择众多的要素。本文在构建指标体系和选择指标时遵循以下原则：

（1）整体性原则。整体性是生态系统的重要特征之一，任何一个生态系统都是由多个成分有机结合的统一体。河流地貌、水环境质量、生物多样性等都是影响河流生态系统的重要因素，需要从整体上把握其结构和功能，不能片面强调某一个方面。因此，在指标选取时，应从生态系统的完整性出发，既要选择各组成要素的特有指标，又要选取表征系统功能的指标。

（2）科学性原则。从事物的本质和客观规律出发，构建科学严谨的评价指标体系。依据保护效果评价的理论基础，选择合适的指标，确定指标权重。指标概念意义明确，统计计算方法规范，具有一定的科学内涵，能够反映河流生态系统的基本特征，并能很好地度量支流替代生境保护的总体水平。评价过程中，采用的数据准确可靠，数据来源符合相关的技术标准。

（3）代表性原则。各个指标具有突出的代表性，选取的指标能够反映支流生态系统的结构和功能现状，并且能够客观地反映支流生境替代对重要鱼类的保护程度。

（4）可操作性原则。构建评价指标体系的根本目的是评价支流生境替代保护效果，分析支流生境替代保护中存在的问题，为进一步制定合理的措施提供决策依据。但由于现实社会发展水平的限制，要完全反映事物的真实情况也是不可能的，这就需要根据当前关注的具体问题，构建具有可操作性的指标体系。

3 支流生境替代保护效果评价指标与方法

3.1 评价指标选取基于支流生境替代保护的目标，在综合国内外相关研究成果的基础上，建立了支流生境替代保护效果评价指标体系。该评价体系的目标层为综合性指标，用以反映支流生境替代保护效果的总体水平。要素层从不同的侧面反映支流生境替代保护的效果，包括“水文情势、河流水质、生物群落、物理结构”4个方面。指标层用来反映要素层各部分的单项指标，由可以度量的定性或定量指标组成。本文选取了10个指标来综合反映支流生境替代保护效果，在指标计算上，以定量为主，定性为辅，易于计算的指标尽量通过定量化结果来反映，不易量化的指标通过定性描述来反映。支流生境替代保护效果评价指标体系框架和结构如表1所示。

3.2 评价指标分析

3.2.1 水文情势指标 （1）生态基流。生态基流是指为了维持河流最基本的生态环境功能，在一定时间尺度内，河道内持续流动的最小水资源总量［9］。根据国内外研究成果，当前计算生态基流的常用方法有水文学法、水力学法、栖息地模拟法和整体分析法，其中水文学法应用最为广泛。考虑到指标计算的可操作性，本文采用水文学法中的Tennant法，以多年平均流量为参考依据，区分丰水期和枯水期，计算河道生态基流。

（2）关键涨水过程。水文过程是河流生态系统演变的主要驱动因素，具有重要的生态学意义。根据前人的研究成果，年内水文过程可以划分为低流量、高流量和洪水脉冲3个过程［10］，而每一个过程又可由流量、频率、出现时机、持续时间和变化率5种水文要素进行描述，这些要素在河流生态系统功能的发挥上具有举足轻重的作用［11］。本文借鉴我国长江流域的研究成果，选取水文要素中的涨水起始时间、总涨水日数和涨水次数作为限制鱼类繁殖的关键涨水过程。

3.2.2 河流水质指标 （1）水污染状况。河流污染是影响河流生态系统健康的重要因素，水体中营养物质、污染物含量、水温等都可能影响河流生态系统功能的正常发挥。水质参数能够直接反映污染状况，具有检测速度快、简单方便等优点，常被应用于河流水质评价中，目前已形成较多实用的水质理化监测和评估体系。

（2）干支流水温差异。水温与鱼类的循环系统和呼吸系统之间有着密切的关系，是影响鱼类生长繁殖的重要环境因素。在自然选择和适者生存的双重作用下，分布在各个水域中的鱼类对温度有不同的适应范围。根据鱼类对水温的适应情况，可以将不同水温的鱼类分为4类：冷水性鱼类（水温范围为0～20℃）、温水性鱼类（水温范围为10～30℃）、暖水性鱼类（水温范围为20～40℃）和广温性鱼类（水温范围为0～35℃）。干支流水温过程差异能够反映鱼类对支流替代生境水温的适宜程度。

3.2.3 生物群落指标 （1）重要鱼类保护程度。本文重点关注的鱼类包括国家或地方保护物种、珍稀濒危物种、特有种和长距离洄游鱼类等敏感保护目标。重要鱼类的范围限定于我国权威部门参与编制或发布的物种名录、流域委员会编制的珍稀濒危物种名录和地方公布的保护物种名录等。重要鱼类保护程度能够反映支流生境对干流水电工程影响区域内重要鱼类的保护程度。重要鱼类保护程度采用以下公式：

式中：P为重要鱼类的保护程度；N支流为支流补偿保护干流重要鱼类物种的数量；N干流为干流中受水电开发影响的重要鱼类物种数量。

（2）鱼类物种多样性。鱼类物种多样性是指一定区域内鱼类种类多样化及其变化，包括一定区域内生物区系的状况、形成、演化、分布格局及其维持机制。鱼类在河流生态系统中担负着保持生态系统生产力，维持系统平衡与稳定，加速能量和物质流动的重要使命。河流生态系统中，鱼类物种多样性越复杂，种类越多，生态系统稳定性越高。鱼类物种多样性是将物种丰富度与种类多度结合起来的函数，根据目前的研究水平，应用最为广泛的方法是Shannon-Wiener指数［12］。

3.2.4 物理结构指标 （1）饵料生物水平。饵料生物是指可作为水产动物食物的各种生物的总称。饵料生物水平是衡量河流生态环境质量状况的重要标志，我国不同水域饵料生物水平差异很大。在天然河流中，饵料生物主要有浮游植物、浮游动物和底栖生物等，这些生物的数量变动与鱼类区系组成和种群数量有着密切的关系。因此，研究河流饵料生物水平，对维持生态系统健康和稳定具有重要的意义。饵料生物水平采用饵料丰富度指数［13］：

式中：GP为P点的最终结果值；Wi为第i种类型饵料生物的权重（浮游植物、浮游动物和底栖动物取相等的权重值）；Cip为第i种类型饵料生物在P点的类别分级。

（2）物理生境多样性：河流生境是生物生存繁衍的基础，其质量和数量直接影响生态系统的结构和功能。河流生境多样性由生境单元类型和生境单元数量决定，是对栖息地复杂性的表征。栖息地构成越复杂，为生物提供多样适宜生存环境的可能性越大。

（3）鱼类“三场”分布。鱼类“三场”是指索饵场、产卵场和越冬场，这些栖息地对于鱼类完成整个生活史具有重要的意义。索饵场是指鱼类集群觅食育肥的场所，一般分布在河口湾、寒暖流交汇处等有机质和营养盐类丰富，饵料生物量高的水域。越冬场是指鱼类冬季集群栖息的场所，一般多为低纬度的暖水域深水区。因不同种类的适温要求不同，越冬场的位置也存在很大差异。产卵场是指在生殖季节能吸引鱼类生殖群体来到并进行繁殖的场所。特定鱼类的产卵场，一般都具有该种鱼类产卵所要求的环境条件［14］。

（4）河流连通性。河流连通性是河流生态系统的最基本特点，是河流生态系统保持其结构稳定和发挥生态功能的重要前提和基础。河流连通性包括纵向连通性、横向连通性和垂向连通性三个方面。纵向连通性指河流中生态元素在空间结构上的纵向联系，包括水坝等障碍物的数量及类型；鱼类等生物物种迁徙顺利程度；能量及营养物质的传递。横向连通性指河流横向连通程度，反映水工程建设对河流横向连通的干扰状况。垂向连通性主要是表征地表水同地下水的连通程度。

3.3 评价标准与评价指标权重

3.3.1 评价标准 综合国内外研究现状，得到各评价指标的评价标准和效用赋值如表1所示。

3.3.2 综合评价方法 （1）评价指标权重。本文采用专家咨询法对评价指标体系中各指标的重要程度进行比较，再结合层次分析法建立两两对比判断矩阵得到各个指标的权重值。层次分析法由美国著名运筹学家Saaty于20世纪70年代中期提出，其基本原理是把复杂的问题分解成各个组成要素，将这些要素按支配关系分组形成有序的递阶层析结构，通过两两比较的方式确定层次中诸多因素的相对重要程度，然后综合人的判断以决定决策众要素相对重要性总的顺序［15］。层次分析法的特点是对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行系统深入分析的基础上，利用少量的信息使决策过程数学化，为多目标、多准则的复杂问题提供简便的决策方法。各评价指标的权重计算结果如后文所示。

表1 各评价指标赋分标准和效用赋值

（2）综合评价。采用多属性效用理论进行综合评价。多属性效用理论是运用数学模型将所有指标在不同标准下的结构换算为一个介于［-1，1］之间的一个总效用值［16］。其核心公式为：

式中：U为评价对象的总效用值；wi为指标i的权重，wi之和为1；ui为指标i的效用值，取值范围在［-1，1］之间。

根据上述计算公式，将支流生境替代保护效果评价指标体系中各个指标在［-1，1］进行效用赋值，得到各层的综合评价指数。在综合评价指数的取值范围内划分为不同的等级标准，具体的评价标准见表2所示。

表2 综合评价指数的评价标准

4 实例应用分析

4.1 基本情况选择罗梭江鱼类自然保护区为评价对象进行典型工程评价分析，验证本文提出的支流生境替代保护效果评价指标与方法的适用性。罗梭江属澜沧江流域，为澜沧江左岸一级支流，位于北纬23°09′—21°47′，东经100°51′—101°46′之间。罗梭江州级鱼类保护区成立于2007年，其保护区范围及功能区划分为：（1）罗梭江鱼类自然保护区总长度为90 km，核心区全长46 km，起点为罗梭江与澜沧江交界处、终点为磨者河和罗梭江交界处；实验区为两个河段，一段为小黑江磨者河口至曼赛河口之间，河段长度14 km，另一段为曼赛河全长约30 km。（2）保护对象：大鳍鱼、长丝鱼芒、红鳍方口鲃、裂峡鲃、鲃鲤、湄南缺鳍鲇、叉尾鲇、丝尾鱯、巨魾、长臀刀鲇、中国结鱼等。

4.2 评价结果分析根据支流生境替代保护效果评价指标体系中各指标的评价标准，结合罗梭江鱼类保护区实际情况，得到各个指标的权重和效用赋值如表3所示。

表3 支流生境替代保护效果评价指标效用赋值结果

由表3可知：罗梭江鱼类保护区综合评价结果为0.43，根据多属性综合评价标准，其替代保护效果达到了良好状态，对受水电开发影响的干流重要鱼类起到了很好的替代保护作用。在综合评价所包含的10个指标中，关键涨水过程、干支流水温差异和河流连通性三个要素评价结果很好，都达到了最佳的状态；生态基流、水污染状况、重要鱼类保护程度、生境多样性和鱼类“三场”分布五个要素评价结果也较好，都达到了良好的状态，但还有进一步提高的空间；鱼类物种多样性和饵料生物水平两个要素评价结果分别为一般和较低，影响了罗梭江鱼类保护区的替代保护效果。这两个要素评价结果较差的原因可以归结为以下两个方面：

（1）从鱼类物种多样性来看，过度捕捞和水电工程建设是导致罗梭江鱼类种类和资源量处于较低水平的重要原因。其中，过度捕捞是澜沧江下游鱼类资源减少的主要原因。澜沧江下游大多数鱼类都具有季节性洄游习性，这些鱼类在洪水来临时从湄公河上溯到澜沧江下游干支流繁殖产卵，在洪水退去时进入湄公河干流越冬。而据湄公河委员会报道，整个湄公河流域大部分居民把捕鱼作为增加家庭收入的主要来源。以柬埔寨为例，全国居民80%以上的蛋白质来自于湄公河的鱼类资源，使用的渔具多达80余种［17］。随着澜沧江流域人口的增长和渔业捕捞工具效率的提高，沿江渔民对鱼类资源的捕捞强度逐年升高。同时，一些非法渔具的使用，如电鱼机、炸药、毒药等，也加速了天然渔业资源和鱼类物种数量的下降。

（2）从饵料生物水平来看，水流条件和营养盐是造成浮游植物、浮游动物，底栖生物等鱼类饵料现存量低下的主要原因。已有研究成果表明，水动力条件、营养盐、光照和水温等环境要素直接影响着河流饵料生物水平的高低。罗梭江鱼类保护区属于热带气候，光照条件较好，年平均水温23.0℃，较适宜于饵料生物生长。但保护区河段落差较大，河床平均比降约为1.5%，水流平急，流速较快，不利于浮游生物的生长，也不利于底栖生物的附着生长。另外，罗梭江位于西双版纳国家级自然保护区边缘，人类活动干扰小，工农业污水和生活污水排放少，河流中营养物质来源匮乏，导致水体中营养盐含量低下，不利于浮游植物、浮游动物和底栖生物等饵料生物的生长。

5 结论

本文依据整体性、科学性、代表性和可操作性原则，筛选了支流生境替代保护效果评价指标，并采用层次分析法和多属性分析方法，构建了支流生境替代保护效果评价的指标体系。该指标体系包括目标层、准则层和指标层三个层次，其中，目标层为支流生境替代保护的效果；准则层包括水文情势、河流水质、生物群落、物理结构四个要素；指标层包括生态基流、关键涨水过程、水污染状况、干支流水温差异、重要鱼类保护程度、鱼类物种多样性、饵料生物水平、生境多样性、鱼类“三场”分布、河流连通性10个指标。通过对罗梭江鱼类保护区的实例分析，验证了支流生境替代保护效果评价指标的科学性和可操作性，本研究能够为支流生境替代保护工程的管理和实践提供科学依据和参考。

［1］黄钰铃，王从锋，刘德富.水库建设与生态系统和谐［J］.节水灌溉，2007（8）：63-66.

［2］董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫［J］.水利水电技术，2003，34（7）：1-5.

［3］麻泽龙，谭小琴，周伟，等.河流水电开发对生态环境的影响及其对策研究［J］.广西水利水电，2006（1）：24-28.

［4］刘湘春，彭金涛.水利水电建设项目对河流生态的影响及保护修复对策［J］.水电站设计，2011，27（1）：58-61.

［5］曹庆磊，杨文俊，周良景.国内外过鱼设施研究综述［J］.长江学院院报，2010，27（5）：39-43.

［6］王俊娜，董哲仁，廖文根，等.美国的水库生态调度实践［J］.水利水电技术，2011，42（1）：15-20.

［7］高婷，李翀，廖文根.实施支流生境替代保护的基本原则［J］.中国水利水电科学研究院学报，2012，10（4）：267-272.

［8］陈永柏，邓云，梁瑞峰.溪洛渡水电站叠梁门取水方式减缓下泄低温水的优化调度［J］.长江流域资源与环境，2010，19（3）：340-344.

［9］杨涛.渭河宝鸡市区段生态基流及调控初步研究［D］.西安：西安理工大学，2008.

［10］廖文根，李翀，冯顺新，等.筑坝河流的生态效应与调度补偿［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［11］李翀，彭静，廖文根.长江中游四大家鱼发江生态水文因子分析及生态水文目标确定［J］.中国水利水电科学研究院学报，2006，4（3）：170-176.

［12］尚玉昌.普通生态学［M］.北京：北京大学出版社，2002.

［13］蔡文贵，林钦，贾晓平，等.考洲洋重金属污染水平与潜在生态危害综合评价［J］.生态学杂志，2005，24（3）：343-347.

［14］殷名称.鱼类生态学［M］.北京：中国农业出版社，1995.

［15］许树柏.层次分析法原理［M］.天津：天津大学出版社，1988.

［16］冯相昭，李丽平，田春秀，等.中国CDM项目对可持续发展的影响评价［J］.中国人口·资源与环境，2010，20（7）：129-135.

［17］刘艳红，黄硕琳，陈锦辉，等.澜沧江-湄公河流域鱼类资源区域合作管理与养护策略探讨［J］.中国农业大学学报，2008，13（5）：55-62.

Evaluation index system of tributary habitat alternative protective effect

YANG Qingrui1，CHEN Shengwei1，HE Jiankuan2，QI Wenlong2
（1.China institute of Water Resource and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.Fishery Management Station，Xishuangbanna Prefecture，Jinghong 666100，China）

Aiming at the lack of the evaluation index system about the tributary alternative protection project，this paper established an evaluation index system of tributary alternative protection effect，which includes hydrological regimes，river water quality，biological community，physical structure 4 first-level indicators and 10 secondary indicators.The analytic hierarchy process and expert scoring method were used to determine the weights of each index. At last，the scientificity and feasibility of the index system were verified through an actual project.This index system can provide a technical support for tributary alternative protection evaluation，and can also provide a reference for the authorities to improve the ecological standard system of hydropower projects.

tributary habitat alternative protection；evaluation index system；fish biodiversity；analytic hierarchy process

X820

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.06.002

1672-3031（2015）06-0408-07

（责任编辑：韩 昆）

2015-06-15

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAC06B01，2011BAC09B07-2）

杨青瑞（1982-），男，湖北随州人，高级工程师，主要从事河流生态学与生态水力学研究。E-mail：lzyqr2004@163.com