基于“盆水”二元河流健康动态评价方法研究
张振宇，秦玉峰，宋学功
（1.山东黄河河务局山东黄河职工培训中心，山东 济南 250001；
2.禹城市水利局，山东 禹城 251200；
3.山东省调水工程运行维护中心寿光管理站，山东 寿光 262700）
目前，各国在河流健康管理等方面做出了诸多研究和贡献，河流健康评价作为河流健康管理的重要内容，其技术研究与应用已在国内外取得丰富实践成果。
我国河流健康评价开展较晚，虽有一定研究成果，但相比于起步早、法律和体系完备的国外仍处在探索阶段。2002年唐涛[1]首次将河流健康概念引入国内，并从评价原理上将河流健康评价方法分为预测模型方法和多指标方法，之后众多国内学者[2-4]从河流生态系统健康的概念内涵、评价方法指标和模型等开展了相关研究。水利部自2010年起先后在7个流域开展了36个河（湖、库）的健康评估试点，在此基础上，形成了一套科学的河湖健康评估指标与标准[5]。2020年8月，在已有工作和最新研究成果基础上，水利部河长办印发《河湖健康评价指南（试行）》（简称《指南》），进一步丰富和完善了评价指标体系和评价方法，标志着我国河流健康评价工作进入了“新时代”。
我国江河湖泊众多、水系发达，地域差异大。河流时空差异性导致了河流健康评价时指标选取的灵活性，而这种灵活性不利于河（湖）长的统一量化考核，且指标选取涵盖了物理、化学、生物及社会服务功能等多方面，更侧重对河流生态系统的健康评价，这势必增大了指标获取难度，提高了指标获取成本。另一方面，基于年为评价周期的河流健康评价，难以满足变化环境下对河流健康规律的掌握。鉴于此，本文从河流基本定义出发，以河流视角探索性的构建了以“盆水”二元为核心的河流健康评价指标，并首次提出SLC动态评价方法，以实现河流按季度、月、旬为周期的健康评价。
1.1 河流定义
本文河流的定义为“盛水的盆”（简称“盆”）和“盆中的水”（简称“水”）在气候和地质条件下有机耦合的互相作用、互相制约的汇水产物，具有自然生命属性和系统属性。
河流自然生命属性，即河流具有诞生、发展演化和消亡阶段。各生命阶段的时间长度因河而异，受地质和气候条件的制约，人类及水生动植物等行为活动对河流生命进程的快慢有一定作用。河流作为河流系统的主体具有系统属性。从流域范围来看，河流系统作为整体参与了自然—社会二元水循环过程。盆、水为河流系统的必备要素，两者不同结构决定了河流系统所提供的不同的功能和服务。在自然水循环中有生态功能，抚养着水陆生态系统，在社会水循环中有资源功能、环境功能、经济功能和服务功能。可以认为，河流功能是河流在生命周期内处于健康状态下的有利作用，在非健康状态下，其功能会削弱、退化，甚至引起河流的消亡。
1.2 河流健康内涵
河流健康一词不仅便于公众理解与接受，更能促使公众对河流问题的关注，唤起公众对河流保护的意识[6]。而对于河流健康内涵，不同学者存在不同见解[7]，但学者们已经意识到人水和谐是维持河流健康，促进经济社会可持续发展的关键。
本文河流健康内涵指河流自身具有强连通性的盆以及持续优质的水，并在内部系统与外部环境系统的互动下达到一种正向动态平衡状态，在这种状态下持续发挥多元功能。此内涵以河流自身为出发点，将生物（包括人类）看作是河流抚养或服务的对象，而不当的生物行为活动及外部恶劣自然环境（暴雨、高温等）会反作用于河流，破坏河流的盆和水，打破河流系统内外平衡，进而使河流功能退化或使河流生命健康受威胁。
1.3 河流健康评价目标
类比人类身和心的健康，河流的盆和水应作为河流健康评价的核心对象。通过指标评估环境不利变化、生物负面活动行为等对河流盆水二元结构的影响程度，掌握河流健康动态变化规律，探寻河流失衡临界点，并分析导致河流健康问题的原因，最终通过发挥人类主观能动性达到人水和谐的哲学境界。
2.1 评价指标
在本文河流定义及河流健康内涵的基础上，参照文献资料、《河湖健康评价指南（试行）》和《河湖健康评估技术导则》（SL/T 793-2020），遵循科学性、可操作性及数据易获取原则，提出了基于“盆水”二元的河流健康评价指标（见表1）。其中，目标层为河流健康，是河流健康状况的综合反映。准则层为组成河流的盆和水，亚准则层为盆、水的延伸扩展，分别包括盆的连通性、盆的稳定性、水资源质量与水中物质（简称“水质”）和水量。
表1 河流健康评价指标
2.2 评价指标数据的获取
评价指标可作为必选指标适用于河流健康评价，各指标的数据统计或计算内容、获取方式和参考规范或依据如表2所示。评价河流的河段划分，应依据各指标的规范要求、河长制任务、实际情况进行划分。
表2 各指标数据获取
2.3 SLC动态评价方法
LEC（作业条件危险分析法），由美国安全专家K.J.格雷厄姆和K.F.金尼提出，是对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法。而SLC评价法借鉴并改进了LEC评价法，实现对评价河流变化周期的动态评价。该方法用与指标健康情况有关的三种因素值的乘积H（Health）值来评价相应指标的健康情况，再由指标健康数量划分河流健康等级。指标的健康性H值计算公式如下
式中：S（Scale）为各指标对河流生命或功能具有破坏的方面在时间、长度、面积等维度的规模；
L（Likelihood）为指标对河流生命或功能造成破坏得可能程度或频次；
C（Criticality）为指标对河流生命或功能造成破坏得后果。
评价时，先根据表2指标的统计或计算内容评估各指标的规模性S值见表3，在指标规模性S基础上，结合实际情况判断评价期内指标的可能性L和后果性C的分值（见表4），再计算各指标健康性H值（见表5），根据指标健康状况及数量确定河流健康等级。
表3 各指标的规模性S赋分标准
表4 指标可能性L与后果性C的赋分标准
表5 指标健康性H值与河流健康等级分类表
若评价河流分段评价某项指标，应先计算各评价河段的该指标的健康值Hi，再按河段长度进行加权计算评价河流的最终H值。计算公式如下
式中：n为评价某指标时河流分段数；
Hi为第i段评价河流的指标H值；
X为评价河流总长度，km；
Xi为第i段评价河流的长度，km。
假设一条长20 km的河流，在采用SLC法进行健康评价后，其河流健康评价的指标评价结果如图1所示，数字代表各指标中各评价河段的H值，线型图案代表评价河段的健康状况。
图1各指标整体结果反应出该河流上游部分整体非常健康，而下游部分偏向不健康状态，后续的河流管理工作应偏重中下游河段，同时C5指标在河流10~15 km处为劣汰（点线80%），说明此处岸坡水土流失严重，需及时加固处理。由图1可知，C1指标根据评价需求将河流划分为3段，各段H值分别为：1（0~5 km）、240（5~15 km）和90（15~20 km），各段健康状况分别为非常健康（点线10%）、不健康（波浪线）和亚健康（竖条），因此5~15 km处的河流健康状况值得关注。根据公式2，C1指标最终H值为H=142.75，该河流的C1指标整体处于亚健康状态（竖条）。其他指标的河段划分及健康状况类似，经公式（2）计算，各指标最终评价结果如图2，数字代表各指标的H值，线型图案代表该指标的健康状况。
图1 各指标评价结果
图2 各指标最终评价结果
由图2可知，该河流处于非常健康（点线10%）状态的指标共有4个（C3/C6/C11/C12），处于健康（下对角线）状态的指标有1个（C10），处于亚健康（竖条）的 指标共有6个（C1/C2/C4/C5/C7/C8），处于不健康（波浪线）状态的只有1个（C9），由表5可知，该河流为三类河流。
结合图1和图2各指标健康状态，可以看出：一是图1中各指标不健康（波浪线）状态越多，其指标（图2）最终结果越偏向于亚健康状态（竖条），两者呈正相关；
二是即使图2 C5指标整体处于亚健康（竖条）状态，但该指标在局部河段（图1 10~15 km）中仍处于劣汰（点线80%）状态，说明河流分段评价有利于局部问题的发现。
相对欧美发达国家，我国河流健康评价工作在基础数据完善、评价体系研究、评价方法改善等方面仍有较大提升空间。河流系统是复杂系统，其健康状况时空差异大，且受气候、地质条件和生物行为等的制约和影响。本文提出的动态评价方法为完善河流健康评价技术体系提供新思路，该方法尚在理论阶段，在指标选取、取值划分、评价方法实施等方面需要通过试点评价工作予以改进完善，以期为科学辨识河流问题、探寻河流内外系统失衡临界点和掌握变化环境下河流健康变化规律提供有力技术工具。
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