湟水干流西宁段河流健康评价模型

王鹏全，吴元梅，张丽娟，杨旭亮，苏志伟

(1.青海民族大学土木与交通工程学院，青海 西宁 810007； 2.青海省水利水电科学研究院有限公司，青海 西宁 810001；3.青海省流域水循环与生态重点实验室，青海 西宁 810001； 4.青海省水资源高效利用工程技术研究中心，青海 西宁 810001)

河流生态系统不但承载着自然服务功能，同时也承载着社会服务功能，河流健康的重要性不言而喻。河流健康既强调保护河流生态系统健康，也要求保障河流社会服务功能健康[1]。河流健康评价是基于一定的初始状态和评估准则，动态刻画“自然-社会”二元水循环模式下河流生态系统的运行状况，力图在河流开发与保护的博弈过程中取得平衡[2]。在水资源综合管理过程中一旦发现河流处于较低健康水平则发出预警，进而引起社会公众对河流问题的关注，形成政府、企业、公众参与的多元化3E(Economy,Equity,Environment)水资源管理共同体，即水资源开发利用与管理需在经济发展、社会公平、环境保护之间寻找平衡，使得河流自然生命健康和社会服务功能健康形成良性循环，从而建设人水和谐和生态文明的健康河流[3]。

国内河流健康评价技术手段主要包括河流水体物理化学评价、生物栖息地质量评价、水文评价和生物评价，评价方法主要包括生态监测指标法和指标体系综合评价法，其中以后者见多。国内学者主要开展了基于层次分析法、模糊数学法等多种模型的河流健康评价研究和应用。蔡守华等[4]综合考虑河流自然生态健康和社会服务功能健康，提出了河流健康评价的7个评价对象和10项评价指标；吴阿娜[5]从理化参数、生物指标、形态结构、水文特征、河岸带状况等方面构建了城市河流健康评价指标体系；邓晓军等[6]基于城市河流健康的内涵，构建出包含自然生态、社会经济和景观环境等三方面24个指标的城市河流健康评价指标体系；高凡等[7]针对变化环境背景，从河流健康的概念和内涵、河流健康评价内容、方法及应用等方面，评述了近年来国内外河流健康评价的研究进展；彭文启[8]通过总结全国河湖健康评估工作的技术成果，从水文水资源、河湖物理形态、水质、水生生物及河湖社会服务功能等五方面提出河湖健康评估指标、标准与方法；王乙震等[9]根据河湖健康内涵及全国重要水功能区划管理制度，分析了河湖健康评估与水功能区划的关系，探讨了基于水功能区划的河湖健康内涵，提出了基于水功能区划的河湖健康评估指标体系的健康河流、湖泊特征，阐述了基于水功能区划的河湖健康评估原则。

目前国内河流健康评价指标体系综合评价法多从水文水资源、河湖物理形态、水质、水生生物及河湖社会服务功能等方面构建评价指标体系与模型，但指标体系未能与河长制工作任务紧密联系起来，在如何衔接河长工作任务开展河湖健康评价[10]，指导河长工作考核以及河长精准施策方面的研究较少。本文总结国内河流健康评价的理论、方法和经验，基于河长制工作任务建立了与河长制相结合的河流健康评价模型，覆盖水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复、水域岸线管理等五方面，包含29项评价指标[11]。

湟水干流是湟水流域主要的生态廊道，受人类活动和气候变化影响，湟水西宁段河流水文、地貌形态、生物栖息地、河谷生态系统、沿河景观、水体环境等遭到不同程度的破坏，河流承载的自然服务功能和社会服务功能有所退化。随着西宁市“五四战略”“一优两高”及河湖长制的深入有效推进，对维持和保护河流生态系统的生命健康和美丽河湖建设提出了更高要求。本文尝试基于河长制建立湟水干流西宁段河流健康评价模型，旨在识别人类活动对流域生态系统的影响范围和影响程度，为区域水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复、水域岸线管理提供参考。

1 湟水干流西宁段河流健康评价方法

1.1 河流健康评价指标体系及其权重

河流健康评价是对河流生态系统与社会服务功能以及它们之间协调性的评价，评价指标体系宜清晰描述河流健康与环境压力之间的响应关系，能系统识别河流健康状况，并揭示河流受损成因，从而对河流系统治理与科学管理提供决策支持[12-14]。通过文献检索河流健康评价方法和指标体系，梳理其评价指标近200个，但不难发现河流健康评价主要针对自然生态功能与社会服务功能两方面展开[5,8,15-20]。河流自然生态功能评价包括水文水资源评价、物理化学评价、生物栖息地质量评价和生物群落评价；社会服务功能评价包括供给功能评价、调节功能评价、支持功能评价与文化功能评价。

现行《全国河流健康评估指标、标准与方法》从水文水资源、河湖物理形态、水质、水生生物及河湖社会服务功能五方面建立河流健康评价指标体系；而《关于全面推行河长制的意见》明确了水资源保护、水域岸线管理保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复和执法监管六方面任务。为加强河流健康评价对河长制工作和多元化3E水资源综合管理的决策支撑作用，本次河流健康评价指标遴选突出与研究区水生态特点相适应、与河长制工作内容相结合、与《全国河流健康评估指标、标准与方法》相衔接的原则。

考虑到层次分析法(AHP)具有简单、灵活和实用的特点，且容易被基层技术人员掌握，特别是对多准则评价决策和难以完全定量分析的问题具有很强的适用性，本文采用层次分析法建立湟水干流西宁段河流健康评价的AHP递阶层次结构[21]。目标层为湟水干流西宁段河流健康，准则层指标为水资源保护、水环境治理、水生态修复、水污染防治和水域岸线管理5类，指标层结合区域实际情况筛选出认可度较高、使用频次较多的指标，再根据指标表征含义去掉并列或者具有包含关系的指标，设置29项评价指标(定量指标22项，定性指标7项)，覆盖河流自然生态功能、社会服务功能、河长制工作内容、多元化3E水资源综合管理等多个方面。

依托AHP层次结构，从目标层开始，依次以上一层指标为依据对下一层中与之相关指标通过两两比较，邀请不同行业专家按照指标的重要性标度值进行打分，从而建立判断矩阵，利用各指标权重体现不同评价指标作用的差异性[11]。指标的重要性标度值见表1。

表1 层析分析法的指标重要性标值

通过邀请专家利用层次分析法对准则层各个指标两两比较，得到准则层的指标判断矩阵见表2。经计算，准则层指标权重为W=(0.346 7,0.111 4,0.243 0,0.138 5,0.160 4)T，判断矩阵最大特征根λ=5.091，CI=0.022 7，CR=0.020 3<0.1，满足一致性检验。利用同样的方法邀请专家对指标层打分形成指标层权重Wij，这里不再赘述。本文提出湟水干流西宁段河流健康评价指标体系及各层级指标权重见表3。

表2 准则层指标判断矩阵及权重

表3 湟水干流西宁段河流健康评价指标体系及指标权重

1.2 河流健康评价模型

河流健康评价影响因素众多，因此采用层次分析法指标体系赋分模糊评价法对河流的健康状况进行评价[5]。经对各层级评价指标赋分，利用指标权重逐级计算得到河流健康水平，计算公式为

(1)

式中：RHL为河流健康水平；wi为准则层权重；Pi为准则层赋分；wij为准则层i下指标j权重；rj为各准则层下指标j赋分；m为各准则层下分指标总数；n为准则层指标个数。

指标层赋分采用直接打分模式，先根据资料数据和技术规范获取指标现状取值，再按指标分级赋分标准开展专家直接打分，考虑专家打分人为因素较强，故对所有专家打分值去掉最高分和最低分后取其均值表征该指标的综合得分。

河流健康评价采用百分制5级分值赋分模糊评价，对应设定5个评价等级和健康类型，健康水平集合可设为{很健康，健康，亚健康，不健康，很不健康}，根据河流健康评价结果，考核河长业绩，识别人类活动对流域生态系统的影响范围和影响程度，揭示河流受损成因，并采取相应的治理措施。本文采用的河流健康评价等级、健康水平、赋分范围、预警颜色和对应措施见表4。

表4 河流健康评价模型及对应措施

表5 河流健康评价定量指标赋分标准

1.3 评价指标赋分标准

重点参考《全国河流健康评估指标、标准与方法(办资源[2010]484号)》《全国水生态文明城市评价标准(试行)》、GB 3838—2002《地表水环境质量标准》、SL 709—2015《河湖生态保护与修复规划导则》《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》(水总环移[2010]248号)、美国RBPs生境评估标准[22]等资料，结合湟水干流实际情况，从定性和定量两个方面对每个指标的赋分标准与范围标定了5个等级，各等级赋分阈值与河流健康水平一致[8,23-24]。本次提出湟水干流西宁段河流健康评价定量指标赋分标准见表5，定性指标赋分标准见表6。

表6 河流健康评价定性指标赋分标准

2 模型应用

考虑到河流健康评价的动态性，本次将评价模型应用于2018年湟水干流西宁段河流健康评价，评价范围位于北纬36°31′～37°46′，东经100°34′～101°55′，东西长48 km，南北宽20 km，总面积380 km2。所含行政区域包括城东区、城中区、城西区、城北区、海湖新区、西宁经济开发区(东川工业园区、甘河工业园区、南川工业园区、生物科技产业园区)，评价区位置及范围见图1。

图1 评价区位置及范围

评价采用的基础数据来源于《青海省西宁市湟水河“一河一策”实施方案》《青海省水资源公报》《湟水流域综合规划》《西宁市水生态文明城市建设试点实施方案》《西宁市年环境质量状态公报》《西宁市水污染防治工作方案》《西宁市全面推行河长制实施方案》等资料，1954—2018年长系列径流资料由青海省水文水资源勘测局提供。定性指标数据主要在以上资料收集和实地考察的基础上征询相关专家意见得出。

利用指标体系和评价模型对研究区河流健康指数进行评价，河流健康评价指标层赋分结果见图2，河流健康评价综合结果见图3。准则层中水资源保护60分，水环境治理65分，水生态修复54分，水污染防治35分，水域岸线管理63分，综合计算该评价区域河流健康得分56分，评价等级为Ⅲ级，属亚健康水平，达到黄色预警。针对本次评价结果，河长应在一定程度上组织对该段河流进行保护、修复、治理、管控和评估。

图2 河流健康评价指标层赋分

图3 河流健康综合评价结果

评价指标中“水资源开发利用率”“水功能区水质达标率”“鱼类保有指数”“河流纳污能力”“水质状况指数”“COD污染状况”“NH3-N污染状况”“面源污染程度”“河道纵向连通性”“河道横向连通性”“河湖水系连通程度”等11项评价指标赋分较低，是影响河流健康的主要因子，特别在水污染防治和水生态修复方面亟须进一步加强。针对评价河段健康状态及其主要影响因素，建议：①统筹协调区域水资源保护和水污染防治工作，编制和落实水污染防治规划，强化区域水功能区监督和考核，实施入河排污口分级管理制度，完善水质监测网络体系；②建立健全多部门治污联防联控机制，合理调整南川工业园区、东川工业园区、生物科技产业园区等工业布局，加大生产废水和生活污水综合处理站建设和中水回用工程建设，加快引大济湟灌区农业面源污染防治示范基地建设，大力推行农村清洁养殖，严格控制畜禽养殖污染排放；③进一步明确河道生态岸线，对受损严重栖息地进行适当修复，确保其生态用水和生境连通需求，加大河湖水系连通工程建设，倡导绿色小水电建设，确保河流生态系统健康底线和服务功能完整。

3 结 语

开展河流健康评价是河流管理与修复的基础性工作，有利于促进生态保护与水资源可持续利用。本文针对河流健康评价筛选了5类29项评价指标，确定了评价指标赋分标准与准则，基于河长制工作任务，利用层次分析法尝试建立了适合湟水干流西宁段的河流健康评价模型。通过模型实例应用，研究区河流健康评价综合得分56分，评价等级为Ⅲ级，属亚健康水平，达到黄色预警。该模型与方法可以满足研究区河流健康评价的需求，但如何结合“一河一档”“一河一策”，选择更加普适性的指标体系、指标权重和赋分标准，在不同空间尺度和时间尺度开展流域单元动态健康评价与水资源调控研究工作，仍需进一步研究。今后工作中要结合新时期“水利工程补短板，水利行业强监管”的具体要求，进一步加强河长制工作，探索河长制管理与河流健康评估“一张网、一张图、一套基础数据、一个门户”的深度融合，突出水资源调控和河湖生态环境监管深度耦合，确保河流自然生命健康和服务功能完整。