漓江城市段河流生态健康评价

王 佳，郭纯青

（1.河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250；2.桂林理工大学,广西 桂林 541004）

河流自然生命的类型可分为3种，即天然河流自然生命、复合河流自然生命和人工河流自然生命［1］。漓江河流自然生命属于复合河流自然生命，健康状况大体受制于自然变动和人类活动两种因素。自然变动是指自然界正常的环境因子变化；人类活动强调人为干扰影响，如工业废水和生活污水改变河流生态系统结构和功能，建立防洪墙、修筑堤坝等物理重建措施会破坏水生生态系统的完整性，使生物多样性降低，水资源不合理利用等都会对河流生态系统结构和功能产生影响。漓江是雨源型山区河流，径流变化受气候影响显著，丰枯水期变化大，其特殊的河型与河床使得泥沙颗粒易沉淀，河水清澈见底。近年来，桂林城市污水排放量不断增加，污水排放处理管理不利。河流中的悬移质泥沙及底泥对水环境中的污染物质有较强的吸附作用，重金属及有机氯农药等污染物易被水中悬浮颗粒和沉积物所吸附，泥沙携带污染物沿河沉积对环境的污染作用越来越受到人们关注。

1 评价资料收集

漓江发源于桂林兴安县猫儿山高山沼泽带，流经包括桂林市在内的1市7县。以前，漓江流经的区域普遍为自然荒野，河流自然生命的结构性质，保持自然规律占主导地位；随着经济社会的进步，漓江流经的区域逐渐发展了工业、农业及旅游业，漓江河流自然生命的特征，逐渐向着以社会和经济规律为主导规律的方向改变。局部河流的破坏，或河流某种构成要素的破坏，都会波及河流整体的变化。漓江的流动随着不同季节呈现一定的波动性和稳定性。漓江水供给工农业生产和居民社会生活需要，与此同时，工业、农业和人类生活的污染物和废弃物直接或间接地排放到漓江中去。漓江在枯水期可能出现水量锐减，影响到生态用水和人类社会用水；或者在丰水期暴发洪水，可能对人们的生命和财产造成损失。因此，利用漓江的基本出发点，就是如何利用绿色工程调控河流的水量，使漓江河流的流量变动，无论是在枯水期还是丰水期，都保持在一定限度范围内上下波动。

漓江河流自然生命功能健全，要求漓江河流在维持生态环境蓄水、保持水质、保持生物多样性及满足人类社会用水几方面能正常发挥作用。要维持其自然生命健康，则必须保持适宜的流量和径流过程，即河流健康生命需水量；还要改善水质，协调生态环境，回补地下水，美化环境和满足休闲旅游需水。在维持一定流量的前提下，河流通过河水的物理净化、化学净化和生物净化，能够纳污排垢，抵御一定量级的洪水，保持作为航道的河段畅通等。

本研究同时还收集到相关研究成果与文献资料，如喻泽斌(2003年)评价的漓江4个监测断面显示水质污染情况为：龙门>斗鸡山>磨盘山>大河；干流水质综合污染指数为0.358(斗鸡山断面)，水质健康标准为很健康；从各水期来讲，漓江丰水期水质综合污染指数最高，其次是平水期，枯水期最低［2］。缪钟灵(2000年)调查了漓江流经岩溶区的森林覆盖率仅16.6%，全流域植被覆盖率的平均水平为38.8%，而岩溶区植被的石生性、耐旱性和喜钙性又使得树种稀少，无高级的乔木林，以灌丛和藤本、草本为主的低级植物品种低水平的生长量［3］，漓江全流域植被覆盖率健康标准属于亚健康。徐淑庆等(2006年)对流经桂林市区的漓江干流和其主要支流观测了浮游藻类的情况，具体分析测定了水中浮游藻类的种类与数量，并分析了不同水质环境下藻类的变化情况，为漓江河流健康评价提供了漓江水生生物依据［4-5］。粟维斌等(2005年)从景观生态学角度探讨解决漓江水资源环境问题，调查漓江景区植被覆盖率、景观破碎化程度(即河岸纵向连续性)、机动船只挖沙取砾破坏河床等现状，并对漓江水文、市区段河流水质及污染来源进行了分析［6］。赵赞(2007年)从生态旅游环境承载力角度出发，通过构建漓江生态旅游环境承载力指标体系，运用层次分析法和综合模糊评价法，评价目前漓江生态旅游发展状况［7］。

2 样品采集与分析

漓江桂林城市段是漓江流域区复杂型水文环境的代表性河段，又是著名的旅游河段，位于漓江中上游，两岸有农田、工厂、餐饮服务业和著名的人造景观“两江四湖”，人类参变作用的影响在此段河流表现尤为突出。采样点选择在水流流态发生变化及人类影响较大的地方，并考虑一定距离间隔，采样点记录见表1。

表1 采样点记录

沉积物样品采集后进行实验室分析测定，主要测定项目：重金属（Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As）和有机氯农药（OCPs）。OCPs标准物质（21种）包括：α-六六六（α-HCH）、β-六六六（β-HCH）、γ-六六六（γ-HCH）、δ-六六六（δ-HCH）、p，p'-DDT、o,p'-DDT、p，p'-DDE、p，p'-DDD、七氯（Hep）、六氯苯（HCB）、艾氏剂（Aldrin）、七氯环氧化物（Hep-epo）、（-氯丹（TC）、（-氯丹（CC）、α-硫丹（Endo1）、β-硫丹（Endo2）、狄氏剂（Dieldrin）、异狄氏剂（Endrin）、异狄氏剂醛（Endrin aldehyde）、硫丹硫酸盐（Endosulfan sulfate）、甲氧滴滴涕（Methoychlor），组成混合标样。 OCPs的回收率指示物为2，4，5，6-四氯间二甲苯（TCmX）和十氯联苯（PCB209），内标为PCNB。重金属含量测定采用原子吸收仪（ICP-MS）。有机物含量测定采用HP6890气相色谱仪（GC），配以63Ni电子捕获检测器（ECD）。

用测得的重金属及有机物数据进行生态风险评估，重金属采用Rapant等（2003年）提出的生态风险指数IER进行表征［8］；有机物采用Ingersoll和Long（1996,1995年）等人提出的用于确定加拿大、美国佛罗里达海洋与河口沉积物中化学品风险评价的标准［9-11］，对漓江水资源或生态风险可能出现的衰竭或危险预警。生态风险评价结果作为评价因子，综合评价漓江河流生态健康程度。

3 评分系统及评价指标

3.1 评分系统建立与指标选择

对于很多难以量化的指标，主要参照澳大利亚ISC（Index of Stream Condition，溪流状况指数）评价方法［12］，ISC综合反映了河流水文学、河流物理构造特征、河岸区状况、水质及水生生物5个要素，采用打分的方法对河流进行对比性评价（见表2）。

表2 河流健康评价的评分系统

根据ISC评价方法，本论文确立河流健康综合指数为目标层A，建立5个要素为一级指标层，编号Bi（i=1，2，3，4， 5)，若干个评价指标为二级指标层，编号Cim(m由i一级指标层下具体指标数决定)。

3.1.1 河流水文B1

水量情况C11：水量是河流水文特征的主要表征指标，中借鉴Barbour（1999）的水量评价方法［12-13］。 评估采用历史资料查证以及现场调查。

流速状况C12：流速是河流生态环境的重要影响因子，河流不同流速条件下会聚集不同的生物群落，所以，河流具有不同流速区域越多，越有利于各种生物群落的存在，是一种比较健康的状态。以河流不同断面是否具有不同的流速作为评判标准。评估采用水文监测资料。

3.1.2 河流形态结构B2

河道改变C21：采用河道渠化程度进行评估，借鉴Barbour（1999年）介绍的美国EPA的RBP导则中的评估标准，把河道改变指标分为5个级别［13］。评分基于对河流改造历史的查阅和实地调查。

河床稳定性C22：河岸稳定性评价参照Ladson（1999年）和Barbour（1999年）中论述的澳大利亚ISC的标准，将其分为3个级别［13-15］。评估采用现场评价以及实地调查。

河岸稳定性C23：参考Ladson（1999年）和Barbour（1999年）介绍的澳大利亚ISC的河岸稳定性评价标准［13-15］，分为5个级别。评价时结合实地调查以及专家意见给予评分。

河道护岸C24：目前没有查到可以借鉴参考的标准。按照河道护岸与自然状态的差距分为5个级别，进行评分。基于实地调查评估。

弯曲程度C25：分别对自然河道弯曲形态未经截弯取直的、截弯取直以后进行回复的和收到截弯取直的打分，分为3个级别。评估以查阅河流改造历史为基础并加以实地调查。

3.1.3 河岸带B3

河岸缓冲带宽度C31：本研究在借鉴已有评估标准的基础上，参照ISC标准［12-13］，比照河岸缓冲带宽度与河流宽度，并基于实地调查，给与相应的评分。

河岸结构完整性C32：主要是指河岸带乔木、灌木和草本的覆盖程度。本论文按照植被种类多少划分，分为乔木、灌木和草本3个植被种类结合，2个植被种类结合，只有1个植被种类和无植被种类，分别给于打分。评价按照实地调查为依据。

河岸纵向连续性C33：基于澳大利亚ISC评价方法和标准，大于10m植被空隙定义为不连续河岸区域，因此，可以根据植被覆盖率中出现的空白值数量来确定评分（Ladson,1999年）［14-15］。 采用定性描述的方式进行评价，评价时结合实地调查给予相应评分。

3.1.4 河流水质参数B4

查阅到的现阶段关于河流健康评价的文献，普遍选取影响水体富营养化的5个常规水质指标：BOD、COD、NH4-N、DO、TP， 或直接选取水质综合指标。本论文选择水质平均污染指数C41作为河流水质理化参数。根据桂林市水质环境特征及有关资料，本论文将水质平均污染指数划分等级为5级。评价基于环境监测资料［16］和参考文献［2,17］。

水质平均污染指数WQI计算公式如下：

式中 Pi，j为i指标的单项污染指数；Ci，j为i指 标 在 点 j的 实 测 值 ；Si，j为i指标在评价标准参照GB3838—2002《地表水环境质量标准》的三类标准；n为监测指标数目；m为研究河段监测断面（点）数目。

为突出河流沉积物环境污染程度对河流健康所造成的影响，本论文将漓江城市段河道沉积物中重金属生态风险C42和OCPs的生态风险C43评价等级加入河流水质参数指标，丰富了河流水质指标。

3.1.5 河流生物多样性B5

鱼类资源C51：主要是指鱼类种类的丰富情况与珍惜鱼类等的存活状况。评价标准采用定性描述，根据河流的历史资料和具体情况来确定，但相关的调查研究比较少［18-19］。评估采用历史资料收集和专家咨询。

浮游藻类C52：根据Shannon-Wiener生物多样性指数H打分进行评判。

式中 N为生物总个体数；n为i第i种生物个体数。

评价根据漓江相关的研究成果和参考文献［4-5］，结合专家咨询给予相应的评分。

综上，以上5个要素(一级指标)所涉及的若干二级指标对应的评分见表3。

表3 河流健康评价二级指标的评分标准

3.2 指标权重的确定

首先，采用专家咨询法对一级指标的权重进行分配研究；其次，对二级指标的权重采用层次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)［20］来确定权重，对每一要素有关的二级指标进行重要性的两两比较判断。按照以下步骤进行：①建立递阶层次结构模型；②构造判断矩阵；③层次单排序及其一致性检验。本论文邀请10位专家对各级评价中各个指标重要度两两比较、判断，对咨询结果进行整理得到A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C判断矩阵R，并检验判断矩阵的一致性。最后，逐层计算各个指标关于总目标层A的相对重要性权值。将二级指标层C的各个指标权值依次乘以一级指标层B相对应的控制指标相对权值，从而形成各个二级指标对于总目标层A的绝对权重。

3.3 综合评价标准

参考定性描述的方法来确定指标的评价标准［20］，并结合专家评判、实地考察、引用历史资料及参照对比类似河流健康评价，确立的综合评价标准（见表4）。

表4 河流健康评价综合评价标准

4 结果与讨论

根据漓江历史资料、环境监测数据、相关研究成果或参考文献以、实地调查与现场评估以及专家咨询，对漓江河流健康指标进行定性和定量分析后打分（见表5）。

表5 漓江河流生态健康指标的评分结果及指标权重计算结果

参照表5的评分结果和权重计算结果，计算得出漓江城市段河流健康评价综合指数为：

漓江城市段河流生态健康综合评价结果为：该河段仍处于健康状态，但已非常接近亚健康状态。从现阶段沉积物中重金属及OCPs的生态风险评价结果来看，漓江城市段河流自然属性尚为完整，具有容纳一定程度污染的能力；但从重金属在沉积物中残留的生态风险程度来看，重金属引起生态事故的可能性较大。漓江是容纳流域内重金属及持久性有机污染物的最终区域，流域内社会经济发展的需要会进一步造成污染的生产与排放。鉴于此，将重金属及OCPs生态风险评价作为因子加入漓江河流生态健康评价体系中，丰富了评价内容。通过确定评价指标系统与评价指标权重，应用层次分析法对漓江城市段河流生态健康程度进行综合评价，综合评价指数显示漓江城市段河流目前尚处于健康状态，可以保障人类一定经济社会发展水平的水资源供给能力。

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