水库型水源地水生态健康评价体系构建与应用

2022-09-15何锡君曾广恩王蓓卿

水科学与工程技术 2022年4期

何锡君，曾广恩，王蓓卿

（1.浙江省水文管理中心，杭州 310009；2.温州市水文管理中心，浙江温州 325088）

浙江省水库众多，拥有各类型水库4300多座，水库水量丰富稳定、水质优良，是城乡供水的首选水源地。根据《浙江省第三次水资源调查评价报告》，全省共有水库型和河道型县级以上集中式饮用水源地83处，其中水库型水源地占水源总数的79.5%，占总服务人口的73.2%，是集中式饮用水源地的主要类型。浙江省自2014年全面实施“五水共治”以来，先后推进“清三河”、剿灭劣V类水、污水“零直排区”三大战役，区域整体水环境质量得到显著改善，以2020年为例，全省地表水水质总体为优，重点监控断面水质达到或优于Ⅲ类比例占94.6%，重要水源地水质达标率100%。

当前，浙江省江河湖库水体正处于从水质持续改善向水生态逐步恢复的重要过渡阶段，对水库型水源地来说，常规的理化监测指标（如COD、氨氮、总磷、重金属等）已经很难准确反映其水生态健康状况。近年来，国内外学者在河流水生态健康评价方面开展了大量研究，取得了十分丰硕的研究成果，但是对水库型水源地仍缺乏成熟的评价方法，通用的河流评价方法往往对水库的水源地这一重要属性考虑不足［1］。本文在前人有关河流水生态健康评价研究的基础之上，针对水库型水源地这一较为特殊的对象，结合浙江省实际情况，构建了一套面向水库型水源地的水生态健康评价体系，以期为浙江省水库型水源地的水生态恢复与修复提供技术支撑。

1 水库型水源地评价体系构建

1.1 健康评价体系框架

河流水生态健康问题在20世纪末开始受到关注，美国在1972年的《水污染防治修正案》中首次提及利用物理、生物和化学等环境因子，表征河流水生态健康的概念；澳大利亚健康委员会提出健康的河流应包括区域和流域生产生活的需要。国内研究中，唐涛首先提出河流健康概念并进行研究；李国英指出维持黄河健康生命就是要维护黄河的生命功能；蔡其华阐述了健康长江的内涵。近年来，国内外研究人员对河流水生态健康的内涵基本取得了一致共识，认为水生态健康的河流既要维持自身结构和功能稳定，也应维持人类合理的需求且可持续发展，只有二者协调发展，才能维持河流生态系统的良性循环与社会服务功能的正常运行，促进人与自然和谐发展［2-4］。

水生态健康评价作为诊断水体健康状况、指导水生态修复和保护的重要工具，大致分为指示物种法和指标体系法。其中，指示物种法主要是以水体中的指示物种来表征水体健康状况，常用指示物种包括浮游动植物、底栖生物、鱼类等，典型指示物种法有英国河流无脊椎动物预测与分类计划（RIVPACS）和澳大利亚的河流评价计划（AUSRIVAS）等；指标体系法是根据水体的生物、化学、形态特征、服务功能构建指标体系，对各项指标进行打分，将累计后的总分作为评价河流健康状况的依据，典型指标体系法有美国的生物完整性指数（IBI）和澳大利亚的溪流状况指数（ISC）等。根据相关文献检索，国内学者在水生态健康评价研究中使用指标体系法的频率明显要高于指示物种法，这一方面说明我国学者更关注评价方法的综合全面性，另一方面也反映了影响我国河流水生态健康状况的因素较为复杂，目前水利部颁布的SL/T793—2020《河湖健康评估技术导则》和《河湖健康指南（试行）》也均采用了指标体系法［5-6］。

水库型饮用水源地作为一类具有特殊供水要求的对象，维持其水生态处于健康状态是确保实现饮水安全的重要前提和基础。浙江省县级以上饮用水源地近年来一直按照“水量保证、水质合格、监控完备、制度健全” 的要求进行评价，2020年度全省饮用水源地评价等级为优良的比例达100%，传统的评价方法已经不适应全省进一步提升水源地保护工作的实际需求，现行方法中缺少水生生物、生境等聚焦生物多样性的自然属性类指标，使得评价结果难以客观反映水源地整体健康状况［7-8］。本文采用指标体系法，选择“目标—准则—指标”层级关系框架，在浙江省现行饮水水源地评价方法及国内外河流水生态健康评价实践的基础上，构建浙江省水库型水源地水生态健康评价体系框架，如图1。其中，目标层“浙江省水库型水源地水生态健康综合指数”是综合反映水源地水生态健康状况的目标层；准则层从水资源、水环境、水生物、水生境和水管护5个维度进一步表述评价目标的水平和内部协调性；指标层是反映水源地水生态健康状况的具体指标，每一准则层包括若干指标。

图1 水库型水源地水生态健康评价体系框架

1.2 评价指标与权重

在借鉴国内外已有相关文献、统计资料及水源地现有评价报告等研究成果的基础上，以确立的准则层为依据，从水资源、水环境、水生物、水生境和水管护5个维度进行指标初步筛选，在遵循科学性、独立性、完备性、可获取性等原则的基础上，对初选的指标进一步优化，最终筛选确定20项指标。水资源维度选择水量来供比、人均兴利库容占有量和供水安全系数3个指标，其中水量来供比指水库实际来水量与供水量比值，人均兴利库容占有量指水库兴利库容与供水人口比值，供水安全系数是指供水能力与最高日需水量。水环境维度选择入库支流汇水水质类别、库区水质类别、库区富营养化程度、水质特定项目合格率和库区底泥污染状况5个指标，其中水质特定项目合格率是指GB3838—2002《地表水环境质量标准》表3中关于集中式生活饮用水地表水源地特定项目的合格率；库区底泥污染状况采用污染指数法，标准值参考GB15618—2018《土壤环境质量标准》。水生物维度选择外来水生动植物、土著鱼类保有指数、大型底栖生物多样性指数、浮游植物多样性指数和浮游动物多样性指数5个指标，其中外来水生动植物主要指近年来入侵浙江的外来物种，包括罗非鱼、福寿螺、凤眼蓝（水葫芦）等；土著鱼类保有指数是指现状土著鱼类种数与历史参考点比值；大型底栖生物、浮游植物和浮游动物多样性均采用香农维纳指数。水生境维度选择库滨带植被覆盖率、最低生态水位满足率、水体更新周期、水库淤积状况4个指标，其中库滨带植被覆盖率是指水库库滨带植被面积与土地总面积比值，最低生态水位满足率是指年逐日平均水位与最低生态水位比值，水库淤积状况是指淤积库容与水库设计库容比值。水管护维度选择保护区空间管控、取供水设施运行、突发事件应急能力3个指标。

应用指标体系法进行综合评价时，各项指标权重的确定显得尤为重要，它反映了各个指标在评价体系中作用和地位，本文采用层次分析法来确定各指标权重。层次分析法具有定性与定量相结合、系统性、层次化的特点，该方法通过构造准则层对目标层、指标层对准则层的判断矩阵，对各因素之间的相对重要性两两比较，建立判断矩阵，再进行层次单排序及一致性检验、层次总排序及一致性检验，从而得到准则层对目标层、指标层对准则层的权重。根据层次分析法计算各指标权重值，并经相关领域专家咨询，对浙江省水库型水源地水生态健康评价体系中的各项指标权重取整修订，如表1。

表1 水库型水源地水生态健康评价指标体系及权重

1.3 评价标准与赋分

针对各项指标，本文依据已有国家或行业标准、文献报道、专家咨询等方式确定单个指标的定性或定量评价标准，为形象表述各项指标的评价结果，采用百分制将其划分为5个类别，各个类别对应不同的分数，具体如表2。

表2 水库型水源地水生态健康评价指标标准

1.4 综合评价指数

根据每项指标权重值及指标值量化得分结果，逐级加权，最终得到浙江省水库型水源地水生态健康综合指数：

M＝∑Ai×Wi

式中 M为浙江省水库型水源地水生态健康综合指数；Ai为第i个指标值量化得分；Wi为第i个指标所占权重。浙江省水库型水源地水生态健康综合指数一共划分为5个等级，根据其健康程度依次为：非常健康、健康、亚健康、不健康和病态，具体如表3。

表3 水库型水源地水生态健康综合指数分级标准

2 实例应用

由于浙江省水库型水源地尚未全面开展针对水生物和水生境维度的监测工作，本次选取2020年度试点开展的3处较为典型的水库型水源地，通过为期一年的监测和调查，应用本文建立的水生态健康评价体系进行分析计算，结果如表4。开展试点监测的3处水库型水源地总体上健康状况较好，其中水资源、水环境、水管护3个维度各自的得分比例在85%～95%之间，得分较高，这与2020年度全省饮用水源地按照“水量保证、水质合格、监控完备、制度健全”的评价方法得到结果一致。水生物和水生境维度的得分比例在72%～85%之间，得分相对较低，3处水库型水源地普遍在土著鱼类保有指数、浮游动物多样性指数、水库淤积状况、库滨带植被覆盖率等指标上得分较低，这也客观反映了当前全省水库型水源地在水生生物多样性恢复、库区及周边生境修复上还需要进一步加大治理力度。通过对3处典型水库型水源地的评价，表明本文构建的评价标体系既可以反映水库型水源地的综合评价情况，也可直观反映各个准则层及具体指标的评价情况，与传统以水质水量为主的饮用水源地评价方法相比，表现出更加综合全面的问题诊断能力。