鄂西北箭流铺小流域生态清洁程度综合评价

2022-10-06李双喜，龚旭昇，耿旭，姬俊虎

人民长江 2022年9期

李双喜，龚旭昇，耿旭，姬俊虎

(1.长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站，湖北武汉 430010； 2.湖北科技学院核技术与化学生物学院，湖北咸宁 437100； 3.郧西县水土保持局，湖北十堰 442600)

0 引言

开展生态清洁小流域清洁程度综合评价是生态清洁小流域建设效果后评价的需要，也是科学编制生态清洁小流域建设方案的重要基础[1]。党的“十九大”报告中全面阐述了加快生态文明体制改革、建设美丽中国的战略部署，作为深入贯彻落实国家生态文明建设理念及新时期治水思路的重要一环，生态清洁小流域综合评价在生态清洁小流域建设验收及指导等方面具有重要作用[2]。

早在20世纪70年代，欧美等发达国家已经开始研究小流域生态清洁健康评价，学者们基于当地的环境特点从系统综合的角度，主要借助水质、河流形态结构、河岸带、河流水文结构以及水生生物来监测评估小流域清洁状况[3-4]。国内关于生态清洁小流域综合评价的研究起步较晚，2007年吴敬东[5]构建了北京市生态清洁小流域水生态环境监测指标体系，该体系以水土流失与面源污染状况、点源污染状况以及河流健康状况3个层次评价生态清洁小流域水生态环境质量状况，但是并未对生态清洁小流域整体做出综合性评价。2014年马文鹏等[6]对北京山区小流域生态清洁程度进行分级评价，该研究从坡面、沟道以及村庄选取了8个指标构建生态清洁小流域评价标准，但是标准中的各指标赋分区分度较低，仅有“1分”和“0分”两种得分项[7]。2017年李璐等[7]从生态、社会以及经济3个方面来构建小流域综合治理效益评价体系，对丹江口库区小流域水土保持综合效益进行了评价，但该研究仅涉及水土保持方面的指标。近几年关于小流域生态清洁度综合评价的研究已经成为了热点，学者们在川南以及东北等多地运用不同的评价指标体系进行了探索，但这些研究对于水生态环境方面的指标关注较少[8-9]。目前，湖北省已经探索了一些符合当地实际的生态清洁小流域建设模式，同时也取得了一定的实践成果，分别在丹江口库区、三峡库区、大别山区和武陵山区等水土流失重点区域开展了生态清洁小流域建设。然而对于如何评价小流域生态清洁程度，使其为生态清洁小流域建设提供参考和验收依据，这方面的工作还有待完善[10-11]。

箭流铺小流域地处鄂西北，是汉江一级支流归仙河的一条支流，属丹江口库区及上游国家级水土流失重点预防区范围，是汉江流域加快实施最严格水资源管理制度试点工作中选择的典型小流域之一，开展箭流铺小流域生态清洁程度综合评价对该区域生态清洁小流域建设具有积极推动作用。而且箭流铺小流域也是湖北省规划建设的100多条生态清洁小流域之一，鉴于湖北省计划在2030年之前还将建设400多条生态清洁小流域，开展箭流铺小流域清洁程度评价对提高湖北省生态清洁小流域建设质量具有指导作用[12]。但到目前为止，关于湖北省小流域清洁程度综合评价等研究还很缺乏。本次研究改进了2017年生态清洁小流域监测及后评价初探中的监测评价方法[13]，以箭流铺作为生态清洁小流域建设的典型区域，利用野外调查与监测、“3S”技术及实验室分析等方法，开展箭流铺小流域生态清洁程度综合评价，以期为箭流铺生态清洁小流域后续建设方案编制提供决策依据，同时也可为湖北省其他小流域生态清洁程度综合评价提供参考。

1 研究区域概况

研究区位于距湖北省郧西县城25 km处的河夹镇境内，与十堰市郧阳区的青曲镇交界，地理位置为110°32′48″～110°36′54″ E，32°51′27″～33°0′52″ N，属侵蚀剥蚀形成的中低山地貌。该地区属北亚热带大陆性季风气候区，多年平均气温16 ℃，≥10 ℃年积温5 060 ℃，多年平均降雨量790 mm，土壤类型有黄棕壤、石灰土和水稻土，黄棕壤面积占80%以上。箭流铺小流域集雨区面积23.63 km2，涉及魏家垭、箭流铺2个行政村的部分区域，小流域呈条形状，最高海拔620 m，最低海拔150 m。

2 研究方法与数据源

本次研究的小流域调查、监测及综合评价主要参照李双喜等[13]生态清洁小流域监测及后评价初探中的方法实施，该方法从人类社会和自然环境两方面选取10个指标构建生态清洁小流域后评价指标体系，选取的指标较为全面、有较强的区分度，监测及计算方法科学、可操作性强，但也存在未经过实践检验以及部分指标不合理等问题。该方法中需要改进的指标是水土流失综合治理率和小流域出口水环境质量。水土流失综合治理率仅考虑了小流域中水土流失治理面积在水土流失面积中的占比，并不能客观反映实施水土流失治理措施后的最终效果。本次研究以水土保持率作为水土保持综合治理的效果评价指标，其计算公式为：水土保持率=区域内水土保持状况良好的面积(非水土流失面积)/区域国土总面积×100%，其相应的指标分级标准见表1。

表1 改进后的生态清洁小流域后评价指标分级标准Tab.1 Improved classification standards of post-evaluation indicators for ecological and clean small watersheds

另一个需要改进的指标是小流域出口水环境质量。原评价方法依据GB3838-2002《地表水环境质量标准》中的标准限值评定水环境质量等级，即单因子评价法，该评价方法反映的是地表水中的最差污染物情况，对于地表水等级的综合评判具有局限性，不能客观反映小流域出口水环境质量的整体状况，因此本次研究参考张新钰等[14]的F值评分法取代单因子评价法，对小流域出口水环境质量进行综合评定(见表1)。

依据箭流铺小流域2016年调查和监测数据，分别对植被覆盖率(0.5 m高分辨率遥感影像解译)、河沟道生态环境状况指数(现场调查)、小流域出口水环境质量(现场采样和实验室分析)、水土保持率(0.5 m高分辨率遥感影像解译)、村镇生活污水处理率(现场调查和资料收集)、村镇生活垃圾处置率(现场调查和资料收集)、畜禽养殖污水处理率(现场调查和资料收集)、畜禽养殖固废资源化率(现场调查和资料收集)、农药化肥施用系数(现场调查和资料收集)、公众参与度(走访调查问卷)等10个指标开展评价，按照生态清洁小流域后评价指标分级标准逐项赋分，并通过各项指标权重计算出各项指标得分和小流域综合得分，最后进行小流域生态清洁程度综合评价分级。

3 综合评价结果

3.1 各项指标评分结果

3.1.1植被覆盖率

根据2016年箭流铺小流域遥感解译数据可知，箭流铺小流域土地总面积2 362.50 hm2，其中林地面积1 076.90 hm2，占总面积的45.58%；草地面积960.50 hm2，占总面积的40.66%。植被覆盖率为86.24%，本项评分为10分(见图1)。

3.1.2河沟道生态环境状况指数

2016年河沟道水文地貌调查结果显示，箭流铺小流域主河道长15.79 km，人工浆砌护岸长度为2 752 m，占主河道的17.43%，均为宽型护岸。横向拦挡建筑物有4处，无水流阻断现象。沿河居民集中居住区存在少量垃圾倾倒和生活污水排入现象，无采石采砂现象。根据河沟道自然指数评分标准，评分80分。河沟道水生植物多样性调查结果显示，箭流铺小流域水生植物共计11科19属24种，其中挺水植物22种，漂浮植物1种为满江红，沉水植物1种为水马齿。根据河沟道生物多样性指数评分标准，评分48分。最后根据两项评分综合计算，箭流铺小流域河沟道生态环境指数为0.67，本项评分为4分。

3.1.3小流域出口水环境质量

在箭流铺小流域出口布设水质取样点，分别于2016年的枯水期(3月)、丰水期(9月)和平水期(11月)对TP、TN、NH3-N、COD等4项水环境指标进行监测(见表2)。根据“F值评分法”的计算方法，综合评定小流域出口水质“F值”为4.6分，因此本项评分为4分。

表2 2016年箭流铺小流域出口采样点水质监测结果Tab.2 The water quality monitoring results of the outlets of the Jianliupu small watershed in 2016

3.1.4水土保持率

根据郧西县水土保持局统计资料，2012～2015年湖北省发改委和水利厅批复并实施了安家项目区小流域综合治理工程和清洁小流域治理工程，安家项目区覆盖了箭流铺村和魏家垭村两个行政村范围，实施的措施主要包括：新建排灌沟渠4.73 km、沉沙池27个、田间道路1.69 km、谷坊16座、水土石坝1座以及河堤3.16 km；同时坡改石坎粮梯、坡耕地造生态林、坡耕地造经济林、荒山造生态林和封禁治理面积分别为28.62，33.96，200.36，79.47 hm2以及2 057.19 hm2。2016年箭流铺小流域遥感监测结果显示，小流域水土流失面积为5.38 km2，占土地总面积的22.77%(见图2)。其中轻度流失占流失总面积的45.7%，中度流失占43.54%，强烈流失占8.14%，极强烈流失占1.91%，剧烈流失占0.71%。因此箭流铺小流域水土保持率为77.23%，本项评分为4分。

3.1.5村镇生活污水处理率

调查结果显示，箭流铺小流域主要污染来源为生活污水。该流域已建潜流式人工湿地2处，并且对45户的生活污水进行了集中处理，小流域集雨区范围内农户为495户，因此生活污水处理率约为10%，本项评分为2分。

3.1.6村镇生活垃圾处置率

目前，箭流铺小流域生活垃圾清运主要以村为单位，两个行政村生活垃圾年生产总量约为2 500 m3，垃圾运输车定时将生活垃圾转运到镇上集中处理，处理量为2 000 m3/a，村镇生活垃圾处置率为80%，本项评分为10分。

3.1.7畜禽养殖污水处理率

调查结果显示，箭流铺小流域没有畜禽养殖企业，均为农户自家散养，极少将养殖污水直接排入河沟道，畜禽养殖污水处理率按照85%以上评分标准赋分，本项评分为8分。

3.1.8畜禽养殖固废资源化率

通过走访调查和资料收集，箭流铺小流域没有畜禽养殖企业，畜禽养殖固废以堆肥的方式还田，畜禽养殖固废资源化率在90%以上，本项评分为8分。

3.1.9农药化肥施用系数

根据河夹镇2016年农村经济和社会发展统计年报数据，箭流铺小流域涉及的两个行政村作物种植面积为725.13 hm2(10 877亩)，其中粮食作物种植面积为506 hm2(7 590亩)，占总作物种植面积的70%；经济作物种植面积为3 287亩(219.13 hm2)，占总作物种植面积的30%。粮食作物主要种植小麦、玉米、土豆、红薯及各种豆类作物，经济作物主要种植油菜、花生、芝麻、烟叶和各类蔬菜等。化肥使用总量约为290 t，农药使用总量约为0.13 t。根据种植面积和化肥农药施用总量进行计算，箭流铺小流域化肥施用强度为400 kg/hm2，农药施用强度为0.17 kg/hm2，箭流铺小流域农药化肥施用系数为0.81，本项评分为8分。

3.1.10公众参与度

在箭流铺小流域内随机走访调查53人，其中知情或参与了箭流铺生态清洁小流域建设的有46人，公众参与度为87%，本项评分为8分。

3.2 生态清洁程度综合评价结果

根据箭流铺小流域10项指标单项评分结果，按照各项指标权重系数，计算出箭流铺小流域综合得分为63.8分(见表3)。依据文献中生态清洁程度评价标准[13]，2016年箭流铺小流域生态清洁程度评价结果为较清洁。

表3 箭流铺小流域综合评价得分Tab.3 Comprehensive evaluation score calculation table of Jianliupu small watershed

4 箭流铺小流域后续建设的重点

评价结果显示，河沟道生态环境状况指数中的河沟道水生植物多样性、小流域出口水环境质量、水土保持率、村镇生活污水处理率等指标评分较低是箭流铺小流域生态清洁程度不高的主要原因，在后续建设中可针对这几个重点问题，采取相应措施，进一步提高小流域生态清洁程度。

4.1 修复河沟道水生植物多样性

在箭流铺小流域范围内，应扩大人工束宽河道湿地面积，修复水域与陆域缓冲地带，增加河沟道生物多样性，提高河流的自净能力，尽量选择乡土种进行湿地的恢复，水域内可栽种穗花狐尾藻、轮叶黑藻、苦草等沉水植物和荇菜、田字萍等漂浮植物，河岸滩可种植香蒲、芦苇、苔草等挺水植物[15]。

4.2 提高小流域水土保持率

利用“3S”技术将箭流铺小流域精确划分为生态修复区、坡耕地修复区、坡面治理区、坡耕地治理区、农田治理区、村镇综合治理区及河(沟)道周边整治区等7个不同水土流失特征的区域[16-17]，再依据各分区的实际情况，尊重小流域自然禀赋，科学制定预防治理方案，因地制宜实施水土流失防治措施，最大限度提高小流域水土保持率，实现减少水土流失面积、降低水土流失强度、提高水土保持生态功能的小流域水土保持高质量发展目标[18]。

4.3 提高村镇生活污水处理能力

在箭流铺小流域农户集中居住区增加生活污水处理设施的资金投入，宜选择方法简单、操作方便、运行费低的处理工艺，一般采取三格化粪池、沼气池、潜流式人工湿地、天然湿地、稳定塘等措施，根据每日污水收集量合理选择技术设计参数，污水经过处理后需达到GB3838-2002 《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准后方可排入河道[19-20]。

4.4 提高小流域出口水环境质量

小流域出口水环境质量是各种自然和社会因素综合影响的结果，也是小流域水生态环境质量的直观反映。本研究表明，村镇生活污水处理率低、水土保持率不高和河沟道水生植物物种不丰富是箭流铺小流域出口水环境质量差的直接原因，需采取上述有效措施改进。同时，小流域内农药化肥施用情况也是影响小流域出口水质的重要因素，因此需持续提高箭流铺小流域农药化肥施用的监管水平，适当调整种植结构，减少面源污染对水质的影响[21]。