北方寒冷地区农村河流健康评价应用研究

宫远乔,刘 莹,李铁男,张 柠,杨阿龙

(1.黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;2.黑龙江省水利科学研究院,哈尔滨 150080)

0 引 言

近年来,河流健康评价成为了河长履职成效考核的重要抓手,也是河长保护河流的重要手段。河流健康评价可以更加全面而准确地了解河湖健康状况,是能够更好治理和管护河湖的工作前提[1]。农村河流是农村环境的重要部分,承担着防洪、排涝、养殖、景观等功能,对农村生产生活有很大的服务作用,也是河流治理的难点和末梢。近年来,由于长期性和积累性的问题,导致河道破坏严重、面源污染严重、河道淤积、功能逐渐衰退,严重影响了农村生活环境,因此,展开农村河流健康评价对河流保护和治理具有重要实践意义[2]。

河流健康评价指标体系的构建至关重要。早期国内外学者在河流健康状况评价中,评价河流健康状况主要以生物完整性指数(IBI)为代表的指示物种法为主,但这种方法指标设定比较较单一,无法全面地反映河流健康状况。相比于单一的指示物种法,可采用评价结果更加全面的多指标体系法,如HONG等从物理性质、水质和生态3个方面构建适用于韩国汉江流域的评价指标体系,对首尔市管辖的河流进行健康评价。考虑到北方寒冷地区农村河流季节性明显、无重要生态保护目标等因素,需构建适用于农村河流的健康评价指标体系。文章初步构建北方寒冷地区农村河流健康评价体系,对今后农村河流健康评价和治理提供参考。

1 河流健康评价指标体系构建

农村河流大多为支流及末端河道,水文条件受季节影响较大、农业及农村面源污染对河流水环境影响较大,农村河湖管理和保护难度更大。通过对河流健康评价指标体系的文献阅读总结[3],参考《河湖健康评价技术导则》(SL/T 793-2020)[4],根据北方寒冷地区农村的河流特点,确定了包含水文水资源、物理结构、水质、水生生物、社会服务功能、管理6个准则层14个指标的北方寒冷地区农村河流健康评价指标体系,见表1。

表1 农村河流评价等级划分表

基于比例标度构造的层次分析法确定评价指标体系权重。传统的层次分析法容易受研究者主观的影响,会导致判断矩阵一致性检验难以通过[5]。文章以比例标度构造法为基础,建立基于层次分析法的传递矩阵,从而提高计算的准确度[6],由此得到的判断矩阵不需要进行一致性检验。

判断矩阵R=[rij]严格满足以下条件:rij>0;rij=1;rij=1/rij。其中,rij为i指标与j指标的比例标度值[10]。文章采用的比例标度J,见图1。

图1 比例标度图

按照重要程度递减的方式对n个指标结合专家评判的主观方法进行排序,再将相邻2个指标的重要程度比较,并记为1个标度ti,得到n-1个标度值t1、t2、…、tn-1,最终列出判断矩阵R,如下式所示:

(1)

由标度比例法构造的传递矩阵一定满足一致性,不需要再进行检验步骤,权重的计算公式为:

(2)

将河流评价标准划分5类,农村河流评价等级划分表,见表2。

表2 农村河流评价等级划分表

2 研究方法

基于北方寒冷地区农村河流环境特点,采用了评价指标结果清晰明确的逐项评分法,对每个评价指标打分,最后结合了层次分析法得到的权重进行河流健康评价。运用线性插值,计算河流的评价指标在对应的评价标准等级划分内所得分数,总赋分值为100分。计算公式为:

(3)

式中:Ti为某一指标得分,i=1,2,…,11;Ci为某一指标实际值;Nmax-Nmin为Ci所对应赋分标准区间的差值;Mmax-Mmin为Ci对应区间的差值。

然后将单条河流每一项指标所得分数列出,根据对应指标层在导向层或导向层在目标层的权重经过加权计算得到单条河流生态健康分数及等级,计算公式如下:

(4)

式中:K为单条河流生态健康赋分;ωi为单一指标的权重,i=1,2,…,11。

3 应用实例

3.1 河流概况及数据来源

茄子河位于黑龙江省七台河市东部,是倭肯河左岸一级支流,东与宝清县接壤、南与密山市、鸡东县交界、北与桦南县毗邻。流经七台河市茄子河区铁山乡四新村、创新村、立新村、铁西村、红星村、铁山村、铁东村、新发村、茄子河镇正阳村、向阳村、朝阳村、中河村、富强村、东河村2个乡镇14个村。茄子河干流全长41km,流域面积404km2,年径流量0.54亿m3,弯曲系数2.2,平槽泄量30m3/s,河槽平均宽度15m,河道平均比降1/230。评价数据来源于2022年政府公布的官方数据和外业调查监测,茄子河指标各项数据表,见表3。

表3 茄子河指标各项数据表

3.2 过程与分析

根据逐级加权、综合评价,计算茄子河得分情况,农村河流评价等级划分表,见表4 。

表4 农村河流评价等级划分表

在茄子河健康评价中,水文水资源得分68分,处于亚健康状态(Ⅰ级);管理得分100分,处于非常健康状态(Ⅰ级);物理结构得分45分,处于不健康状态(Ⅳ级),茄子河上的拦河闸对水生生物纵向连通有阻隔,干流有水力联系的湿地面积一直萎缩下降;水生生物得分55分,处于亚健康状态(Ⅲ级),茄子河底栖生物监测的四个断面物种数量均呈现下降趋势;社会服务功能得分44分,处于不健康状态(Ⅳ级),茄子河附近亲水设施暂不完善,目前堤防未达到防洪标准,防洪安全问题依然存在;水质得分12分,处于病态(Ⅴ级),可以看出,最差指标是水质,水体受污染严重,水环境十分恶劣。茄子河监测断面最差水质指标是化学需氧量,平均浓度为64.00mg/L,水质类别为劣Ⅴ类,化学需氧量浓度,见图2。经实地调查,主要原因是农业面源污染,茄子河每年5～6月份农田灌溉退水携带营养物质直接进入河流水体,是直接导致茄子河化学需氧量超标的主要原因。因此,加快推进茄子河段湿地生态修复管护;加强茄子河流域面源污染控制;修建必要的过鱼设施,在鱼类繁殖期间,禁止一切渔业活动;持续推进茄子河流域防洪体系工程建设,重点对有险工险段的堤防工程补短板等措施在茄子河管理和保护中至关重要。

图2 化学需氧量浓度

4 结论与不足

文章根据北方寒冷地区农村河流的自然属性和社会属性,从6个方面构建了包含了14个指标的农村河流健康评价指标体系,对七台河市茄子河进行健康评价。评价结果表明,茄子河总体健康水平为不健康(Ⅳ级)。根据评价指标赋分结果可知,14项评价指标中,3项指标为不健康状态,4项指标为病态,确定了茄子河在物理结构、水质、水生生物、社会服务功能方面是治理与修复的重点。目前基于农村河流健康评价相关研究较少,文章试探性地构建北方寒冷地区农村河流健康评价指标体系并应用,但仍存在一些不足,可为北方寒冷地区农村河流健康评价和管护提供一定的参考依据。