1.3.2　河流健康评价研究动态

最初对水体的最大破坏来自于污染物,因此关于河流健康的评价最早开始于对水质的评价,19世纪末期从已严重污染的欧洲少数河流开始。20世纪80年代初,河流管理的重点由水质保护转到河流生态系统的恢复,水质评价已远远不能满足河流管理的需要,因为水质评价只是河流健康评价内容的一部分,不能全面揭示损害河流健康的多方面因素,包括在淡水系统退化方面起关键作用的一些因素,例如岸边植被带的损失、污染物的扩散迁移、水流状态的改变、淤积、外来物种的引入等,因此,河流健康评价的内容也发生了很大改变,开始转向对河流生态质量的评价。20世纪80年代,出现了两种重要的河流健康评价和监测的生物学方法,即生态完整性指数(IBI)和河流无脊椎动物预测和分类计划(RIVPACS)。IBI产生于美国中西部,最初用于鱼类,后又推广到其他生物。RIVPACS产生于1977年英国淡水生态所的河流实验室,早期目标是促进对保护位置的选择,物种组成类型是其分析重点。这两种评价方法在许多国家得到了应用。美国的许多地区采用IBI作为评价溪流状况的工具以支持管理部门实施水资源计划和决策。澳大利亚在RIVPACS的基础上发展了适合本国的方法AUSRIVAS,并于1993年采用AUSRIVAS进行了第一次全国水资源健康评价。此外,河流健康评价指数还有藻类丰富度指数(AAI)、硅藻的污染敏感性指数(IPS)、底栖生物完整性指数(BOIBI)等。同一时期,许多国家还发展了河流健康的综合评价方法,比较具有代表性的有美国、英国、澳大利亚和南非等国家。美国环保署(EPA)于1989年发展了快速生物评价协议,为用生物群落资料作为生态健康指标提供了一个技术框架。1990年,美国国家环境保护署(USEPA)启动了环境监测评价计划(EMAP),用于监测和评价河流和湖泊的状态和趋势。国家水质目录(NWQI)为美国的《水清洁法》提供2年1次(1996年后5年1次)的全国水质(包括河流状况)的报告。英国在20世纪90年代建立了河流保护评价系统(SERCON),目标是用于评价河流的生物和栖息地属性,评价河流的自然保护价值。同一时期还发展了河流栖息地调查(RHS)方法,该方法为英国提供了一个河流分类和未来栖息地评价的标准方法。此外还有在美国、瑞士、意大利使用的河岸带、河道、环境目录(RCE),采用了16个特征值用于快速评价下游农业景观地区小溪流的物理和生物状态。澳大利亚和南非都开展了国家河流健康计划,澳大利亚对河流状态的评价包括水文地貌(特别是栖息地结构、水流状态、连续性)、物理化学参数、无脊椎动物和鱼类集合体、水质、生态毒理学等内容。采用了河流地貌类型(GRS)、河流状态调查(SRS)等多种评价方法。南非的水事务及森林部于1996年发起了“河流健康计划”,它的栖息地完整性指数(IHI)用于评价栖息地主要干扰因素的影响,包括饮水、水流调节、河床与河道的改变、本地岸边植被的去除和外来植被的侵入等内容。目前,我国的河流保护工作总体上还处于水质恢复阶段,在水质评价方面已做了大量的工作。评价指标主要采用理化指标,也有部分采用生物指标。近年来,在对城市河流水环境的整治中,开始考虑水质指标之外的其他影响因子。1999年,上海市环境监测中心建立的适用于黄浦江水环境状态评价的指标体系中,就包括了理化指标、生物指标、营养状况指标、景观指标4部分内容。自20世纪90年代以来,河流管理中开始重视生态的恢复和保护,关注河流的健康问题。李国英根据黄河的具体情况,提出了“维持黄河健康生命”的治河新理念,以“堤防不决口,河道不断流,污染不超标,河床不抬高”作为体现终极目标的4个主要标志。2005年4月,长江水利委员会正式出台了健康长江指标体系,包含河道生态需水量满足程度、水功能区水质达标率等指标。该指标体系是针对长江管理的目标和需要产生的,反映了健康长江管理的组成内容。其他流域也相继开展了有关河流健康方面的评价研究。

河流健康评价研究的前提是构建合理的评价指标体系,如何针对具体研究对象建立合适的健康评价指标体系是关键,另外,在众多评价指标中如何筛选出影响其健康状况的主要因素,避免指标间的相关性和重复性也是难点问题。由于河流健康涉及诸多因素,除自身外还涉及到生态环境和社会经济等方面,所以其服务功能即承载功能也是研究的重点内容。马尔萨斯人口理论为承载力理论起源奠定了第一块坚实的基石,而美国学者Reed提出的Logistic方程为承载力理论提供了数学表达公式,是承载力理论发展的一个里程碑。承载力理论在实践中最初应用领域是畜牧业,出现了草地承载力、最大载畜量等概念,随着人口的增加,耕地面积日趋减少,提出了土地承载力的概念,随着工业的发展,环境污染与资源短缺问题日趋明显,所以出现了资源承载力和环境承载力等概念,在此之前人类承载力研究大多是简单地套用生物种群承载力理论方法,往往只是考虑人口、能源、环境等某一种自然因素对人类承载力的制约,而忽略了人类自身文化社会因素对承载力的巨大影响。从20世纪80年代中后期至今,人类承载力研究开始从非人类生物种群承载力脱胎出来,不再简单地套用生物种群承载力理论方法,而成为真正意义上的人类承载力,除考虑资源、环境等自然因素的影响外,人类承载力研究开始分析研究科技进步、生活方式、价值观念、社会制度、贸易、道德和伦理价值、品味和时尚、经济、环境效应、文化接受力、知识水平和机构的管理能力等。赵楠等提出基于自适应管理的评估方法:依据规划实施过程不同阶段可获得的历史数据,利用时间序列分析、曲线拟合、组合预测、蒙特卡罗采样等方法,识别未来水资源承载力风险特征的变化,作为应对措施决策的依据。徐琳瑜等定义了城市生态系统承载力,强调其对维系城市生态系统健康的能动性特征,并在比较生物免疫力与城市生态系统承载力的相似性的基础上,构建了“城市生态系统承载力免疫学模型”作为其理论模型,在理论模型基础上设计其计量模型,分为天然承载力和获得性承载力两部分,并通过承载力与压力的相对变化趋势表达城市生态系统维系其健康水平的能力。樊庆锌等利用层次分析法针对大庆地区水环境现状建立合适的水环境评价指标体系,应用各评价指标承载度模型计算得出各评价指标承载度,各评价指标承载度通过水环境承载力模型进行综合计算,得出大庆地区水环境承载力。屈吉鸿等采用正交投影法对逼近理想解技术(TOPSIS)法进行了改进,建立了地下水资源承载力评价的模型,根据粗糙集理论,从属性的差异度出发,确定评价指标的权重,并与专家的主观权重相结合,生成TOPSIS法评价指标的权重;通过计算地下水资源承载力分级标准和待评价方案贴近各自理想方案的贴近度,确定待评价方案的承载能力。张衍广等利用EMD方法对1961年以来中国生态足迹与生态承载力的变化波动的周期进行了分解,并在此基础上运用动力学建模方法,建立预测模型,对中国未来20年的生态足迹与生态承载力进行数值模拟和预测。田宏岭等利用GIS技术对汶川地震后的成都市都江堰等西部5个市县进行栅格化处理,叠加各因素图层,得出各单元的资源环境承载力的初步结果,该结果与实际情况对照相符,最后根据评价结果提出了相应的建议。刘玉邦等运用模糊物元分析理论,选择灌溉率、水资源利用率、供水量模数、单位GDP用水量、单位供水量人口负荷、生态用水指数等指标,得出长江上游5省(市)区水资源承载能力。朱银银等在分析水环境承载力概念的基础上,建立了基于BP人工神经网络的流域水环境承载力评价模型,并对其进行了实证研究。李绍飞等应用突变理论进行水环境风险评价,并将其应用于流域内天津、沧州、衡水、石家庄和唐山等5个典型区域,为综合评价提供了新的方法。本研究将结合以上承载力方面研究成果,通过频次分析和主成分分析等方法构建河流健康评价指标体系,既要考虑河流自身健康,又要考虑其生态环境功能和社会经济服务功能,达到对河流健康状况的综合评价,为生态环境修复和社会经济发展决策提供依据。