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珠江流域河流健康评价指标体系初探

林木隆、李向阳、杨明海
(珠江水利委员会 珠江水利综合技术中心,广东 广州 510611)

    摘  要:珠江健康评价指标体系的研究是贯彻落实“当好河流代言人,维护河流健康,建设绿色珠江”的一项基础性工作。有了珠江健康评价指标体系,下一步可以据此进行对珠江的健康状况开展评价工作,并为今后的流域治理、合理开发利用、有效保护以及科学管理提供决策依据。本文仅就珠江评价指标体系的建立进行了初步探讨,希望能够抛砖引玉,逐步完善珠江健康评价指标体系,并为下一步深入研究打下基础。

   关键词:珠江;河流健康;指标体系

1. 研究背景

    珠江流域地形复杂,水资源配置不平衡,社会经济发展水平差异大,上游地区山高水低、耕地分散,上中游分布有约占全区31%的石灰岩地区,人畜饮水困难,而沿海地区河流源短流急,下游地势平坦,人口稠密,城市集中。珠江流域在经济高速增长的同时,也带来资源的过度开发、低效利用和生态环境的严重破坏等问题。珠江的洪患、水资源短缺和水环境恶化、水土流失等问题,对流域的防洪安全、饮水安全、水环境安全形成严峻的挑战,越来越严重威胁着人民群众的生命财产安全和河流的健康生命,制约着流域经济社会的可持续发展。随着流域经济社会的快速发展和人民群众物质生活水平的日益提高,在新的治水思路以及流域面临的新形势下,保护好、治理好、利用好珠江,为子孙后代留下一条健康的珠江,促进流域经济社会和生态环境的可持续发展,这是摆在流域机构面前的一项紧迫的工作任务。

    2004年,珠江委根据新时期中央水利建设和水利部党组治水思路,在深入调查研究的基础上,提出了“当好河流代言人,维护河流健康,建设绿色珠江”的治水工作思路,明确了未来珠江的治理方向。维护珠江河流健康生命,首先必须从基础工作做起,建立衡量河流生态健康的指标体系,才能对珠江的河流健康状况进行科学准确的诊断,因症施药。针对不同的健康问题,因地制宜,抓住主要矛盾和突出问题,在发挥好河流功能的同时,切实保护好河流,让河流为人类造福。目前,由于缺乏一套完整的河流健康的指标体系,难以对珠江的健康状况进行科学评价,更谈不上对河流健康状况进行量化描述。这与当前提出当好河流代言人的要求是不相适应的。因此,结合珠江的特点和实际情况,建立一套符合实际,能够衡量珠江的河流健康的指标体系,是非常迫切且十分必要的。

2. 国内外研究进展

    上个世纪末以来,河流健康问题越来越引起人们的重视。据初步了解,国内已经开始关注从河流健康状况视角保护河流,在河流健康评价指标体系、河流健康状况评价方法学、河流的可持续管理等方面开展了一定的工作。各大流域机构同时也开展了相关工作,2005年长江水利委员会提出“维护健康长江,促进人水和谐实施意见”[1],从生态环境功能和服务功能两个角度对长江健康评价指标体系进行研究;黄河水利委员会从理论体系、生产体系 、伦理体系等角度研究维持黄河健康生命;海河水利委员会在河流生态修复和保护方面进行了系统的调查和研究;松辽委在湿地补水、改善生态系统方面进行了调查研究。总体而言,国内河流健康评价指标体系研究领域的研究,主要侧重于借助物理、化学手段评估河流状况,从系统健康的角度认识河流状态尚待进一步深入。

    国际上对河流健康状况的指标体系及评价方法进行了广泛的研究,形成了一系列各具特色的指标体系和评价方法,例如英国的河流无脊椎动物预测和分类系统(River Invertebrate Prediction and Classification System [2], 简称RIVPACS)、澳大利亚河流评价计(Australian River Assessment System [3], 简称AUSRIVAS)、生物完整性指数(Index of Biological Integrity [4], 简称IBI)、RCE清单(Riparian, Channel, Environment inventory)、溪流状态指数(Index of Stream Condition, 简称ISC)、RHS、南非河流健康计划(River Health Programme, 简称RHP)等。其内容简介及特点如表1所示[5]。

表1 国际上主要的河流健康评价方法

评价方法

提出者

内容简介

主要特点

RIVPACS

Wright

(1984)

 

利用区域特征预测河流自然状况下应存在的大型无脊椎动物,并将预测值与该河流大型无脊椎动物的实际监测值相比较,从而评价河流健康状况 能较为精确的预测某地理论上应该存在的生物量;但该方法基于河流任何变化都会影响大型无脊椎动物这一假设,具有一定片面性
AUSRIVAS

Simpson

Norris

(1994)

 

针对澳大利亚河流特点,在评价数据的采集和分析方面对RIVPACS 方法进行了修改,使得模型能够广泛用于澳大利亚河流健康状况的评价 能预测河流理论上应该存在的生物量,结果易于被管理者理解;但该方法仅考虑了大型无脊椎动物,并且未能将水质及生境退化与生物条件相联系
IBI

Karr

(1981)

 

着眼于水域生物群落结构和功能,用12项指标(河流鱼类物种丰富度、指示种类别、营养类型等) 评价河流健康状况 包含一系列对环境状况改变较敏感的指标,从而对所研究河流的健康状况做出全面评价;但对分析人员专业性要求较高
RCE

Petersen

(1992)

 

用于快速评价农业地区河流状况,包括河岸带完整性、河道宽/深结构、河岸结构、河床条件、水生植被、鱼类等16个指标, 将河流健康状况划分为5个等级 能够在短时间内快速评价河流的健康状况;但该方法主要适用于农业地区,如用于评价城市化地区河流的健康状况,则需要进行一定程度的改进
ISC

Ladson

(1999)

 

构建了基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5方面的指标体系,将每条河流的每项指标与参照点对比评分,总分作为评价的综合指数 将河流状态的主要表征因子融合在一起,而为科学管理提供指导; 但缺乏对单个指标相应变化的反映,参考河段的选择较为主观
RHS

Raven

(1997)

 

通过调查背景信息、河道数据、沉积物特征、植被类型、河岸侵蚀、河岸带特征以及土地利用等指标来评价河流生境的自然特征和质量 较好地将生境指标与河流形态、生物组成相联系;但选用的某些指标与生物的内在联系未能明确,部分用于评价的数据以定性为主,使得数理统计较为困难
RHP

Rowntree

(1994)

 

选用河流无脊椎动物、鱼类、河岸植被、生境完整性、水质、水文、形态等7类指标评价河流的健康状况 较好地运用生物群落指标来表征河流系统对各种外界干扰的响应;但在实际应用中,部分指标的获取存在一定困难

 

3. 健康珠江的内涵


3.1 健康河流的界定


  河流是陆地水流及其裁体的总称,是生物圈物质循环的重要通道, 具有调节气候、改善生态环境以及维护生物多样性等众多功能。人们常根据河流自身的发育和为人类服务的特性赋予其生命。作为人类健康的类比概念,河流健康的涵义尚不十分明确,专家学者们理解不一,分歧主要在是否包括人类价值上。Karr将河流生态完整性当作健康[6],Simpson等认为河流生态系统健康是指河流生态系统支持与维持主要生态过程,以及具有一定种类组成、多样性和功能组织的生物群落尽可能接近未受干扰前状态的能力,把河流原始状态作为健康状态[7];Norris等[8]则认为,河流生态系统健康依赖于社会系统的判断,应考虑人类福利要求。Meyer[9]对此阐述最为全面,认为健康的河流系统不但要维持生态系统的结构与功能,且应包括其人类与社会价值,在河流健康的概念中涵盖了生态完整性与人类价值。当前,这种理解得到了较多学者的认可。
    按照以人为本,人水和谐的治水思路,健康的河流是人类经济社会发展和生态环境保护相协调的整合性概念。只注重河流的生态环境保护,拒绝人类经济社会发展对其服务功能的需求;或者只注重河流的服务功能,忽视对其生态环境的保护都是片面的、不完整的。健康的河流应是生态环境等自然属性和服务功能等社会属性的辨证统一,它应该既是生态良好的河流,又是人水和谐相处的河流。


3.2 健康珠江的内涵

  根据健康河流的一般特性及珠江的基本特点,健康珠江不仅意味着要保持河流形态结构合理、水环境状况良好、河流水生物丰富多样、河岸带功能完善,还强调河流生态系统的防洪、供水、灌溉、发电、通航等人类服务功能的有效发挥、水利管理的良好实施以及公众意识的普遍提高。维护珠江健康就是确保珠江的河流自然属性未受到人类活动的重大侵害,河流形态结构、水环境状况、河流水生物、河岸带状态完好,河流演变过程中对遇到的正常干扰(如洪水、涝渍、干旱、水污染)具有恢复正常的能力,河流社会属性状况优良,河流人类服务功能健全,水利管理水平及公众保护意识较高。

4.珠江河流健康指标体系初探

4.1 评价指标体系设置思路及其结构组成


  珠江健康指标体系的设置力求较全面地考虑河流健康状况有关的各类要素,并能反映珠江的实际和特点,为珠江的开发、治理和保护提供科学依据。指标体系结构上应体现以下原则:(1) 科学性原则:从事物的本质和客观规律出发,指标概念必须明确,具有一定的科学内涵,能够反映健康珠江的基本特征,并能较好地度量珠江健康状况总体水平。(2) 层次性原则:珠江健康状况涵盖河流自然状况,人类干预活动,其健康评价指标体系是一个涉及社会、经济、环境、资源等的复杂系统,采用分层方法可以极大的降低系统的复杂程度,同时通过分层分类的方法可以从各角度直观地判断珠江健康状况。通常情况下,分层不宜太多。(3) 系统性和全面性原则:指标体系设置要系统而全面,能够从河流生态系统结构、功能以及人类价值等各个角度表征河流健康状况,并组成一个完整的体系,综合地反映河流健康的内涵、特征及评价水平。


  根据以上思路,珠江河流健康评价指标体系拟定由综合层、属性层、分类层和指标层四层结构组成。综合层:是对珠江河流健康评价指标体系的高度概括,表示珠江流域健康状况的总体综合水平。属性层:珠江健康是人类发展与生态保护相协调的高度整合性的概念,从属性层面来看,河流健康总体水平可主要从自然属性及社会属性两个综合指标进行评价。分类层:在每个属性指标下设置能够代表该综合指标的分类指标,设置河流形态结构、水环境状况、河流水生物、河岸带状况、人类服务功能、水利管理水平、公众意识7个分类指标。指标层:表述各个分类指标的不同要素,通过定量或者定性指标直接反映河流健康状况。指标层的指标设置力求少而精,突出重点,反映珠江特点,避免繁杂;选取的指标具有较好的代表性,可以较好地反映各分类层的健康状况;各项指标应具有相对的独立性,避免交叉重复。同时,指标要易于获取,便于操作,实用性强,可以有效地对河流健康状况做出评价。据此,珠江评价指标体系拟定由26个指标组成,以定量为主,定性为辅,对易于获得的指标应尽可能通过量化指标来反映,不能量化的指标可通过定性描述来反映。具体如表2所示。

2 珠江流域河流健康评价指标体系结构

综合层

属性层

分类层

指标层

河流健康

综合评价

 

自然属性

河流形态结构

河岸河床稳定性

水面面积率

与周围自然生态连通性

鱼类栖息地、鱼道状况

水环境状况

河道生态用水保障程度

水功能区水质达标率

咸度超标程度

遭受污染后自我修复能力

河流水生物

藻类多样性指数

水生动物完整性指数

珍惜水生动物存活状况

河岸带状况

植被覆盖率

水土流失治理率

亲水景观舒适度

社会属性

人类服务功能

防洪标准达标率

万元GDP取水量

水资源开发利用率

城镇供水保证率

灌溉保证率

水电开发率

通航保证率

水利管理水平

相关法规建设

管理部门行政执法能力

非工程措施完善状况

监测站点完善状况

公众意识

公众对河流保护自觉度


(1) 河岸河床稳定性:指河岸和河床的淤积及冲刷稳定性(淤积、退化、侵蚀),反映河流维持其形态结构的能力。河岸稳定性可从河床是否冲淤平衡、河岸是否稳固、河势是否稳定、湿地能否保留完好等进行判别,具体可通过河道主要控制断面面积及安全泄量的变化、滑坡坍岸、险工险段、堤基堤身渗漏情况、湿地面积变化等要素确定。
(2) 水面面积率:指湖泊、水库、塘坝等水表面面积占土地总面积的比例。其计算公式为:
  水面面积率(%) = 水表面面积(km2) /土地总面积(km2)×100%
(3) 与周围自然生态连通性:指河流与周围湖泊、湿地等自然生态系统的连通性。该指标以具有连通性的水面个数占统计的水面总数之比表示。该指标能反映洪水、涝水的渲泄外排,也能反映补水条件和水环境容量、水生生物生存环境等情况。
(4) 鱼类栖息地、鱼道状况:指水工建设及人为障碍物对鱼类栖息、迁徙、繁殖等的影响程度。该指标可通过水利工程过鱼设施完善度和鱼类栖息繁殖场所保留率表示,其计算公式为:
  水利工程过鱼设施完善度 = 干流及重要支流上有专门过鱼设施的大型水利工程数量 / 相应水利工程总数量× 100%
  鱼类栖息繁殖场所保留率 = 现有栖息繁殖场所数量 / 原有栖息繁殖场所数量 × 100%
(5) 河道生态用水保障程度:指河道内流量维持河道生态环境功能和生态环境建设所需要的最小流量的满足程度,反映河道内水资源量满足生态环境要求的状况,一般可以用水文系列(30年以上)中河道内流量大于或等于生态环境需水流量的月数/总月数×100%。生态环境功能需水包括满足河道基流、冲淤、稀释净化等河道的基本功能需水,防潮压咸、河口生物等河口生态环境需水和湖泊、沼泽、滩涂等湖泊湿地需水;生态环境建设包括城镇河湖补水、环境卫生用水等美化城市景观需水和用于防护林草、水土保持等的生态环境建设需水。
(6) 水功能区水质达标率:指区域内地表水水体水质符合水功能区水质目标的水功能区个数占总数的比例。该指标反映该区域根据水功能区标准划分的水质达标情况,其计算公式为:水功能区水质达标率(%) = 达标的水功能区数量 /水功能区总量× 100%
(7) 咸度超标程度:主要针对珠江三角洲设立的评价指标,以河口区某断面枯水期最大咸度连续超标天数,或咸度的超标倍数表示,反映珠江口咸潮上溯情况。研究对象以珠海、中山、广州、东莞、江门等城市取水口断面为主。
(8) 遭受污染后自我修复能力:指河流遭受污染后(主要包括有机污染、富营养化、化学污染、河口赤潮等)恢复到原始状态所需的时间,反映河流的自净能力,具体可根据不同污染程度以及所采取的修复措施,利用径污比、纳污能力、综合降解系数等因子进行判别。
(9) 藻类多样性指数:指河流着生藻类种类和数量的多样性。藻类因其生存环境相对固定,处于河流生态系统食物链始端,生活周期短,对污染物反应敏感,可为水质变化提供较早的预警信息,是河流健康监测的主要指示类群之一。藻类多样性指数计算方法为:

    式中:s为种类数;N为个体数。
(10) 水生动物完整性指数:鱼类等水生动物种类及数量的变化能够反映整个水生态系统的健康状况,生物完整性指数(Index of Biotic Integrity, IBI)是当前广泛使用的河流健康状况评价方法,其计算方法可参考文献[4],如表3所示。

3 鱼类IBI指数参考

属性

指标

评分标准

种类结构

总的种类数

1

3

5

鲤科鱼类种类数百分比(%)

根据地区和河流的大小,制定期望值,划分出1~5的评分标准

鳅科鱼类种类百分比(%)

鲱形目鱼类种类百分比(%)

商业捕捞获得的鱼类科数

鲫鱼(放养鱼类)比例(%)

营养结构

杂食性鱼类的数量比例(%)

<10

10~40

>40

底栖动物食性鱼类的数量比例(%

>45

20~45

<20

鱼食性鱼类的数量比例(%

>10

5~10

<5

数量和体质状况

单位渔产量(kg/km2)

按河流和采样方法进行评价

天然杂交个体的数量比例(%)

0

0~1

>1

感染疾病和外形异常个体的数量比例(%)

<2

2~5

>5

(11) 珍惜水生动物存活状况:指珍惜水生动物能在河流中生存繁衍,并维持在影响生存的最低种群数量以上的状况。
    珍惜水生动物可选择白暨豚、中华鲟等作为研究对象。
(12) 植被覆盖率:指流域或河岸带植被(草被、林地、疏林、果园、灌丛等)面积占总面积的比例,反映分区的绿化状况。其计算公式为:植被覆盖率(%) = 植被面积 (km2) /总面积 (km2) × 100%
(13) 水土流失治理率:指水土流失综合治理面积占水土流失总面积的比例,是用来衡量水土保持状况的环境指标,反映水利流失治理程度,其计算公式为:水土流失治理率 (%) = 水土流失综合治理面积 (km2) / 水土流失总面积 (km2) × 100%
(14) 亲水景观舒适度:指河岸带的植被带、观赏带、休闲文体场所等给人视觉等感官上的舒适程度。选择省会、地级市、重点防洪城市河岸景观带作为研究对象。该指标以定性表述,通过调查取得。
(15) 防洪标准达标率:指已达到防洪规划拟定的防洪标准的地区占地区总数的比例,反映某流域或区域防洪工程(包括堤防、蓄滞洪区、水库及河道治理等)达到设计标准的情况。其计算公式为:
  防洪标准达标率(%) = 指已达到防洪规划拟定的防洪标准的地区(或防洪过程)数量 / 统计数量×100%
  防洪标准达标率具体指堤防工程、蓄滞洪区、水库工程等的达标率。
    堤防工程达标率,指堤防达标的长度/堤防总长。
    蓄滞洪区的防洪标准达标率指蓄滞洪区内防洪措施及安全建设的达标比例。
    水库的防洪达标情况可以病险水库除险加固率来反映,除险加固工程率=已除险加固的水库/病险水库总数×100%。
(16) 万元GDP取用水量:指所万元GDP需要的综合取用水量,反映水资源的利用效率和节水水平。其计算公式为:
  万元GDP用水量 =用水总量 (m3) /GDP总量
(17) 水资源开发利用率:指当地供水量与其水资源总量之比。其计算公式为:
  水资源开发利用率 = 供水量 (亿m3) / 水资源总量(亿m3) × 100%。
(18) 城镇供水保证率(或农村饮水安全保证率):指多年期间城镇用水量(或农村用水)全部得到满足的程度。其计算公式分别为:城镇供水保证率 = 统计年份城镇用水全部得到满足的年数 / 统计年数 × 100%;
    农村饮水安全保证率=农村饮水安全保证的村数/总村数×100%;
(19) 灌溉保证率:指灌区多年期间灌溉用水量全部得到满足的频率。其计算公式为:
  灌溉保证率 = 统计年份灌溉用水量全部得到满足的年数 / 统计年数 × 100%
(20) 水电开发率:指流域已开发利用的水能资源量占水能资源技术可开发量的比例。其计算公式为:
  水电开发率(%) = 已开发利用的水能资源量 / 水能资源技术可开发量 × 100%
(21) 通航保证率:指河流一年中航道实际水深与换算水深达到航道水深天数之和与当年通航天数之比,反映了河道维持正常通航的保证程度。其计算公式为:通航保证率(%) = 实际水深与换算水深达到航道水深天数之和 / 当年通航天数 × 100%
(22) 水利法规建设:按不同的管理分级,分国家、流域、地方三个层次。水法规体系建设主要是指制订、完善和出台一批与《水法》、《防洪法》等水法规相配套的法规。该指标以定性描述,主要反映防洪、水土保持、水资源保护、取水、采砂、水量分配、节水以及突发事件应急措施等相关的涉水法律法规及相应配套的管理条例、实施办法等法律法规、制度建设的完善程度。不同的层面,所关注的水利法规建设有所侧重,作为流域机构,重点关注防御超标准洪水流域大中型水利工程调度管理法、排污口实施管理办法、珠江干流及重要支流河道采砂管理条例、珠江省级出入境水量水权分配管理办法、紧急干旱情况下珠江大型工程调配水量管理办法、珠江突发事件应急预案实施办法等与流域管理相关的水法规建设情况。
(23) 行政执法能力:指水利管理机构对有关水利法规的贯彻执行情况及实施效果,反映水利管理机构水行政执法能力。该指标由执法队伍健全程度、执法成效(省级与区域间水事矛盾)、执法结案率等要素决定。
(24) 非工程措施完善程度:指已建立完善的非工程体系并能有效运行的部门数占总部门数的比例。非工程措施主要指水利信息采集系统、通信系统、计算机网络系统、决策支持系统、水利预警预报系统、水利自动化控制与监测设施、防汛抗旱及污染空发事件处理及重点地区超标准洪水防御方案以及有效的防洪、水资源调度管理等。
(25) 监测站点完善程度:该指标仅指省际河段水质监测、重点水文站设备与能力建设完好水平以及工作成效。
(26) 公众河流保护自觉度:指社会公众接受河流生态文明教育程度以及河流保护的自觉意识,反映公众素质以及参与维护河流健康的文明基础。


5. 总 结


  河流健康是一个河流自然生态价值与人类价值相统一的整合性的概念,健康的河流系统服务于社会经济发展与生态保护的协调。本文主要从自然属性和社会属性两个角度考虑珠江流域河流健康状况,并定义了河流形态结构、水环境状况、河流水生物、河岸带状况、人类服务功能、水利管理水平、公众意识等7大类26个指标及计算方法。由于河流健康评价指标体系涉及的研究领域较宽,内容较多,制约河流生态系统维持和发展的因素以及相互之间的关系也较为复杂,因此其健康评价还处于试验和摸索阶段,其评价标准和评价方法有待于进一步研究。


致  谢


  作者在珠江流域河流健康评价指标体系研究过程中得到珠江委原副总工董德化教高的悉心指导,在此表示感谢。

参考文献:
[1] 水利部长江水利委员会.维护健康长江,促进人水和谐实施意见.2005
[2] Wright J F, Sutcliffe D W, Furse M T. Assessing the biological quality of fresh waters: RIVPACS and other techniques[M]. Ambleside: The Freshwater Biological Association, 2000, 1–24
[3] Hart B T, Davies P E, Humphrey C L, et al. Application of the Australian river bioassessment system (AUSRIVAS) in the Brantas River, East Java, Indonesia[J]. Journal of Environmental Management, 2001(62): 93-100
[4] Karr J R. A ssessment of biotic integrity using fish communities[J]. Fisheries, 1981, 6(6): 21-27.
[5] 吴阿娜,杨凯,车越,袁雯.河流健康状况的表征及其评价.水科学进展,2005,16(4): 602-608
[6] Karr J R. Defining and measuring river health[J]. Freshwater Biology, 1999, 41: 221-234
[7] Simpson J , Norris R , Barmuta L, et al. AusRivAS - National River Health Program: User Manual Website version, 1999
[8] Norris R H, Thoms M C. What is River Health? [J]. Freshwater Biology, 1999, 41:197 - 209.
[9] Meyer J L. Stream health: incorporating the human dimension to advance stream ecology[J]. Journal of the North American Benthological Society, 1997, 16: 439 - 447.

 

2006-04-05
 
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