汉江汉中平川段河流健康评价研究

曹永翔,寇晓梅,周明涛

(1中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065 ；2.陕西省“四主体一联合”河湖生态系统保护与修复校企联合研究中心,西安 710048 ；3.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)

0 前 言

河流健康概念起源于20世纪80年代后期，国外普遍认为，从生态系统层面出发，一个健康的生态系统应该是稳定和可持续的，即生态系统随着时间进程有活力而且能维持其组织及自主性，受外界胁迫后容易恢复。国内以董哲仁[1]为代表的学者认为，河流健康评价是一种实施生态管理的有用工具，并与国内学者吴阿娜、刘昌明、杨文慧等将河流健康重新定义为河流健康是河流生态系统的一种状态，在这种状态下，河流系统能够维持其系统结构完整性，充分发挥其自然生态功能，并满足人类社会合理需求，提供相应的社会服务功能[2-4]。

2012年国务院印发的“关于实行最严格水资源管理制度的意见(国发〔2012〕3号)”要求定期开展河湖健康评估工作[5]。在当前水利发展新阶段，坚持以“十六字”治水思路为指导，推动水利高质量发展，保持河流健康无疑应该摆在重要的位置。汉江汉中平川段是南水北调中线工程和陕西省引汉济渭工程水源地，随着区域经济的快速发展和城市化进程的加快，水生态系统受到一定程度的胁迫。本文针对汉江汉中平川段，采用层次分析法，从河流的生物、化学以及形态特征等方面逐级加权，构建河流健康综合指数，分析评价汉江河流健康状况，为建设“水清岸绿、生态健康、自然优美、人水和谐”的幸福汉江提供科学的依据。

1 项目区概况

汉江平川段西起勉县武侯镇，东至洋县小峡口，干流长约119.5 km，流域面积1.42万km2，沿线主要汇入支流有27条，主要包括褒河、漾家河、堰河、濂水河、冷水河、湑水河、酉水河等。汉江在此段河谷开阔，地势平坦，东西狭长呈椭圆状，发育有宽广的冲积漫滩和I级～Ⅳ级阶地，属平原次稳定河段。汉江平川段地处华中北亚热带湿润季风气候区，受地形条件影响，形成了独特的秦巴山区气候特征，气候具有温暖湿润，夏无酷热，冬无严寒，雨热同季的特点。

区域植被具有植物种类繁多、区系成份复杂、植被类型多样和垂直结构明显等特点。其中秦岭南坡山地随海拔升高一般可分为混有常绿落叶树种的落叶阔叶林带、针叶-落叶阔叶混交林带、桦木林带、冷杉林带和落叶松林带。汉江谷地植被几乎全为农田或荒坡，农作物以水稻、小麦、油菜为主，其次为薯类、豆类、花生等。

2 数据与方法

2.1 研究数据

调查内容通过收集资料、现场踏勘量测、与专家座谈及利用遥感影像对比分析相结合的方法进行，同时针对河段突出问题开展典型调查和重点调查。河流生境形态现状利用遥感卫片解译，结合资料收集分析获得。水质现状收集了汉中平川段干流2014年勉县梁西渡、城固南柳渡和洋县蒙家渡3个断面的水质监测资料及褒河、濂水河、冷水河、湑水河、漾家河、堰河、文川河和南沙河等支流设置的8个断面的水质监测资料，通过监测数据分析该河段的水质状况。水生生物现状利用中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司联合西安理工大学及陕西省动物研究所在汉江勉县武侯镇至洋县小峡口河段的调查结果。汉江平川段水系及水质调查点分布见图1。

图1 汉江平川段水系及水质调查点分布

2.2 河段健康评价方法

借鉴国外河流健康评价标准及国家水环境质量标准，结合调查河段河流环境特征，采用层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)，从河流的生物、化学以及形态特征等方面对河流健康状况进行逐级加权，构建河流健康综合指数，对汉江汉中平川段河流健康进行评价。该类方法能够较为客观全面的反映河流健康状况，缺点在于评价标准较难确定[6]。

2.3 河流健康评价的标准确定

河流健康的评价需要选取一个基准状态作为参照，不同研究者的研究角度不同，对参照状态认识也存在差异，总体上将参照状况分为最小干扰状态(MDC)、历史状态(HC)、最低干扰状态(LDC)或者是可达到的最佳状态(BAC)4种类型。

由于河流健康标准是一个人类标准，对河流健康的理解不同，其健康标准也会不一样[7]。其中最小干扰状态(MDC)理解为基本不受人为活动干扰的状态，在目前人类活动高度发达的情况下，这个状态几乎不存在。历史状态(HC)是过去某一时段的状态，受限于资料数据的完整性和获取难度，适应性不高。最低干扰状态(LDC)为选取研究河流相对干扰程度小的河段作为基准，采用现有数据，具有较好的适应性。可达到的最佳状态(BAC)为经过技术和管理手段治理后所能达到的最好状态，带有预测和期望性质，也具有较强的可操作性。

本研究采用最低干扰状态(LDC)作为基准状态，汉江汉中平川段汉惠渠上游约3.0 km范围为汉江汉中平川段的上游，人为干扰少，因此把该河段作为参照状态，将评价河段指标值与该段相应指标进行比较，开展健康评价。

2.4 表征因子识别

健康评价体系分为3个层次，最高级为河流健康综合指数，反映河流健康的总体状况，分为水文、形态、河岸带缓冲区、水体理化性质以及水生生物5个一级指标，再下面细化为20个二级指标。

给各项指标赋以相应的权重，各项指标权重反映了各指标在综合评判过程中所占的地位或所起的作用，直接影响评价的结果。根据李凤清[8]等人的研究，定权选用系统工程理论中广泛使用的层次分析法，对健康评价指标体系中的指标赋以权重，河流健康评价指标详见表1。

表1 河流健康评价指标及权重表

2.5 评价指标确定及赋值

本次评价过程对比评价指标与参照河段的差值，越接近参照河段得分越高，健康状况越好。

2.5.1水文指标

河流水文指标分为水流速度、河流流量和水利工程干扰3个指标，综合反映河流的气候特征、地表覆盖特征及受人工水利设施的干扰程度。水文指标的赋分详见表2。

表2 河流水文指标赋分表

汉江干流汉中平川段水流流速在0.3～4.07 m3/s,河道沿线流速随河床形态变化；河道水面覆盖受沿线闸坝工程拦挡、河道采砂堆积影响年内变化较大，水面覆盖率75%～99%；河道总水量不受闸坝拦挡工程雍水影响。汉江汉中平川段沿线各支流，由于从河源至河口途径山地、丘陵以及平原地带，受地形地貌及河床比降影响，流速不均；漾家河、褒河、湑水河等流域面积在100 km2以上的支流受水利水电工程调度影响，年内水量变化较频繁，水面覆盖率75%～99%。其余较小支流受水利工程调度影响不大，水流流速及水量变化均不大。

2.5.2河流形态指标

河流形态指标分为河道底质、蜿蜒度、河道改变程度、河岸结构、河岸稳定程度和河床稳定程度6项指标，反映了河流地貌形态发展变化情况。形态指标的赋分详见表3。

表3 河流形态指标赋分表

汉江汉中平川段河床为沙质河床，河床底质多由原生基岩、乱石或卵石组成。河流弯曲率为1.19，属顺直微弯河道；河段河床平均比降0.85‰(勉县段1.0‰，汉中段0.8‰，城固段0.55‰，洋县段0.5‰)，河道呈宽浅状，水流平缓，由于该段河道以淤积为主，河道内形成许多微地貌形态，如沙洲和江心洲等发育。汉江干流汉中平川段随着大部分堤防及河道整治工程的实施，使河道的主流归顺，横向侵蚀减弱，河道横向变形受控，侵蚀较小，除城固县的史家滩、巨家滩和江湾滩展宽幅度较大以外，河床的平面形状基本上是稳定的。

2.5.3河岸带缓冲区指标

河岸带缓冲区指标分为河岸带宽度、植被覆盖度、生境类型3个指标，河岸带缓冲区是河流水域与陆地物质、能量交换的过渡区域，具有显著的边缘效应，反映了水陆两域的健康情况。河岸带缓冲区指标的赋分详见表4。

表4 河岸带指标赋分表

汉江干流汉中平川段及沿线支流河岸带缓冲区平均宽度大于1倍河宽，缓冲区植被覆盖度60%～80%，植被种类较多，达4～6种，缓冲区生境类型主要为灌木、灌丛及未利用地。

2.5.4水体理化性质指标

水体理化性质指标采用总氮、氨氮、总磷、溶解氧和化学需氧量5项指标，反映水体的水质情况。依据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》，将Ⅰ、Ⅱ类水赋分值为4分，Ⅲ类水赋分值为3分，Ⅳ类水赋分值为2分，Ⅴ类水赋分值为1分，劣Ⅴ类水赋分值为0分。水体理化指标的赋分详见表5。

表5 水体理化指标的赋分表

结合现场踏勘及收集的水质监测资料分析，除小河、尖山沟和濂水河水质较差外，汉江干流汉中平川段及沿线支流水质总体良好，溶解氧指标总体达到Ⅰ类水标准，总氮、总磷和化学需氧量指标总体达到Ⅱ类水标准，氨氮指标总体达到Ⅲ类水标准。

2.5.5水生生物指标

水生生物指标分为物种多样性、丰富度和均匀度3个指标。大型底栖无脊椎动物的群落特征对于反映河流的污染程度有较好的指示性，因此利用大型底栖无脊椎动物的生物多样性指数、物种丰富度指数和均匀度指数来评价，其中生物多样性指数采用的是Shannon-Wiener生物多样性指数，水生生物指标赋分详见表6。

表6 水生生物的赋分表

除堰沟河和文川河古道因下游河道断流，水生生物量少外，汉江干流汉中平川段及沿线支流大型底栖动物种类较多，生物多样性较高，水中浮游植物多达188种，底栖动物由节肢动物门、软体动物门、环节动物门、扁形动物门等组成。

3 结果与分析

河流健康评价采取二级指标评分、一级指标评分和河流健康综合评分3个层次依次获得。首先确定二级指标得分，二级指标得分与各自权重加权获得一级指标评分，5个一级指标评分之和作为河流健康综合评分，按照分值共划分为0～49、50～69、70～89、90～100四个等级，对应河流健康状况为病态、不健康、亚健康和健康。汉江干流平川段及支流健康评价指数分值见图2。

图2 汉江干流平川段及支流健康评价指数分值

河流水文指标中，汉江干流汉中平川段各断面流速不均，河道沿线流速随河床形态变化,河道水面覆盖率55%～99%；河道总水量不受闸坝拦挡工程雍水影响，该项指标健康状况良好。河流形态指标中，由于河段河床基本均为沙质河床，河道砂卵石以2～156 mm为主，河道两岸大部分已采用建筑材料防护，河岸稳定，有少量区域存在明显侵蚀；汉江干流因采砂、修筑水库等活动均存在挖深河道等现象，破坏河流形态，但河床总体稳定，存在一定的退化现象。河岸带指标中，汉江干流绝大部分区域河岸带缓冲区宽度较宽，植被类型以多种类灌草混生为主，局部分布较大面积的乔木林带，植被覆盖度达到60%～80%。水体理化指标中，2014年监测数据分析显示，虽然各监测断面水质指标都能满足水功能区划要求的水质标准，但部分河段尤其是支流仍有生活污水和工业废水未经处理直接排放或处理不达标排放，直接影响局部河段水质为Ⅴ类水或劣Ⅴ类水。水生生物指标中，河段生物多样性指数>3，物种丰富度>80，物种均匀度在60%～80%。

对各项指标赋值加权得到各河流的健康综合评分，干流平川段及其沿线27条主要支流中，大部分河流处于健康状态，汉江干流、堰沟河、濂水河、汶川河古道河健康现状为亚健康状态。汉江干流汉中平川段健康综合指数88分，呈亚健康状态，需采取一定的生态修复措施恢复到相对健康状态。

4 结 论

(1) 采用分级指标评分法，构建河流健康综合指数对汉江汉中平川段河流健康进行评价，河流水文指标、河岸带缓冲区指标和水生生物指标相对较好，基本处于健康状态。

(2) 评价指标中的河流形态指标处于呈亚健康状态，部分河流水体理化性质指标处于不健康水平。

(3) 河流健康综合评分88分，整个平川段河流总体呈亚健康状态。

汉江作为汉中人民的母亲河，在改善人民生活环境质量，美化城区环境，维护汉中市经济发展和社会稳定等方面具有不可替代的作用，需要根据健康评价结果，科学开展生态修复建设，让汉江保持生态活力，成为造福人民的幸福河。