1.3.2　河流健康評價研究動態

最初對水體的最大破壞來自于污染物,因此關于河流健康的評價最早開始于對水質的評價,19世紀末期從已嚴重污染的歐洲少數河流開始。20世紀80年代初,河流管理的重點由水質保護轉到河流生態系統的恢復,水質評價已遠遠不能滿足河流管理的需要,因為水質評價只是河流健康評價內容的一部分,不能全面揭示損害河流健康的多方面因素,包括在淡水系統退化方面起關鍵作用的一些因素,例如岸邊植被帶的損失、污染物的擴散遷移、水流狀態的改變、淤積、外來物種的引入等,因此,河流健康評價的內容也發生了很大改變,開始轉向對河流生態質量的評價。20世紀80年代,出現了兩種重要的河流健康評價和監測的生物學方法,即生態完整性指數(IBI)和河流無脊椎動物預測和分類計劃(RIVPACS)。IBI產生于美國中西部,最初用于魚類,后又推廣到其他生物。RIVPACS產生于1977年英國淡水生態所的河流實驗室,早期目標是促進對保護位置的選擇,物種組成類型是其分析重點。這兩種評價方法在許多國家得到了應用。美國的許多地區采用IBI作為評價溪流狀況的工具以支持管理部門實施水資源計劃和決策。澳大利亞在RIVPACS的基礎上發展了適合本國的方法AUSRIVAS,并于1993年采用AUSRIVAS進行了第一次全國水資源健康評價。此外,河流健康評價指數還有藻類豐富度指數(AAI)、硅藻的污染敏感性指數(IPS)、底棲生物完整性指數(BOIBI)等。同一時期,許多國家還發展了河流健康的綜合評價方法,比較具有代表性的有美國、英國、澳大利亞和南非等國家。美國環保署(EPA)于1989年發展了快速生物評價協議,為用生物群落資料作為生態健康指標提供了一個技術框架。1990年,美國國家環境保護署(USEPA)啟動了環境監測評價計劃(EMAP),用于監測和評價河流和湖泊的狀態和趨勢。國家水質目錄(NWQI)為美國的《水清潔法》提供2年1次(1996年后5年1次)的全國水質(包括河流狀況)的報告。英國在20世紀90年代建立了河流保護評價系統(SERCON),目標是用于評價河流的生物和棲息地屬性,評價河流的自然保護價值。同一時期還發展了河流棲息地調查(RHS)方法,該方法為英國提供了一個河流分類和未來棲息地評價的標準方法。此外還有在美國、瑞士、意大利使用的河岸帶、河道、環境目錄(RCE),采用了16個特征值用于快速評價下游農業景觀地區小溪流的物理和生物狀態。澳大利亞和南非都開展了國家河流健康計劃,澳大利亞對河流狀態的評價包括水文地貌(特別是棲息地結構、水流狀態、連續性)、物理化學參數、無脊椎動物和魚類集合體、水質、生態毒理學等內容。采用了河流地貌類型(GRS)、河流狀態調查(SRS)等多種評價方法。南非的水事務及森林部于1996年發起了“河流健康計劃”,它的棲息地完整性指數(IHI)用于評價棲息地主要干擾因素的影響,包括飲水、水流調節、河床與河道的改變、本地岸邊植被的去除和外來植被的侵入等內容。目前,我國的河流保護工作總體上還處于水質恢復階段,在水質評價方面已做了大量的工作。評價指標主要采用理化指標,也有部分采用生物指標。近年來,在對城市河流水環境的整治中,開始考慮水質指標之外的其他影響因子。1999年,上海市環境監測中心建立的適用于黃浦江水環境狀態評價的指標體系中,就包括了理化指標、生物指標、營養狀況指標、景觀指標4部分內容。自20世紀90年代以來,河流管理中開始重視生態的恢復和保護,關注河流的健康問題。李國英根據黃河的具體情況,提出了“維持黃河健康生命”的治河新理念,以“堤防不決口,河道不斷流,污染不超標,河床不抬高”作為體現終極目標的4個主要標志。2005年4月,長江水利委員會正式出臺了健康長江指標體系,包含河道生態需水量滿足程度、水功能區水質達標率等指標。該指標體系是針對長江管理的目標和需要產生的,反映了健康長江管理的組成內容。其他流域也相繼開展了有關河流健康方面的評價研究。

河流健康評價研究的前提是構建合理的評價指標體系,如何針對具體研究對象建立合適的健康評價指標體系是關鍵,另外,在眾多評價指標中如何篩選出影響其健康狀況的主要因素,避免指標間的相關性和重復性也是難點問題。由于河流健康涉及諸多因素,除自身外還涉及到生態環境和社會經濟等方面,所以其服務功能即承載功能也是研究的重點內容。馬爾薩斯人口理論為承載力理論起源奠定了第一塊堅實的基石,而美國學者Reed提出的Logistic方程為承載力理論提供了數學表達公式,是承載力理論發展的一個里程碑。承載力理論在實踐中最初應用領域是畜牧業,出現了草地承載力、最大載畜量等概念,隨著人口的增加,耕地面積日趨減少,提出了土地承載力的概念,隨著工業的發展,環境污染與資源短缺問題日趨明顯,所以出現了資源承載力和環境承載力等概念,在此之前人類承載力研究大多是簡單地套用生物種群承載力理論方法,往往只是考慮人口、能源、環境等某一種自然因素對人類承載力的制約,而忽略了人類自身文化社會因素對承載力的巨大影響。從20世紀80年代中后期至今,人類承載力研究開始從非人類生物種群承載力脫胎出來,不再簡單地套用生物種群承載力理論方法,而成為真正意義上的人類承載力,除考慮資源、環境等自然因素的影響外,人類承載力研究開始分析研究科技進步、生活方式、價值觀念、社會制度、貿易、道德和倫理價值、品味和時尚、經濟、環境效應、文化接受力、知識水平和機構的管理能力等。趙楠等提出基于自適應管理的評估方法:依據規劃實施過程不同階段可獲得的歷史數據,利用時間序列分析、曲線擬合、組合預測、蒙特卡羅采樣等方法,識別未來水資源承載力風險特征的變化,作為應對措施決策的依據。徐琳瑜等定義了城市生態系統承載力,強調其對維系城市生態系統健康的能動性特征,并在比較生物免疫力與城市生態系統承載力的相似性的基礎上,構建了“城市生態系統承載力免疫學模型”作為其理論模型,在理論模型基礎上設計其計量模型,分為天然承載力和獲得性承載力兩部分,并通過承載力與壓力的相對變化趨勢表達城市生態系統維系其健康水平的能力。樊慶鋅等利用層次分析法針對大慶地區水環境現狀建立合適的水環境評價指標體系,應用各評價指標承載度模型計算得出各評價指標承載度,各評價指標承載度通過水環境承載力模型進行綜合計算,得出大慶地區水環境承載力。屈吉鴻等采用正交投影法對逼近理想解技術(TOPSIS)法進行了改進,建立了地下水資源承載力評價的模型,根據粗糙集理論,從屬性的差異度出發,確定評價指標的權重,并與專家的主觀權重相結合,生成TOPSIS法評價指標的權重;通過計算地下水資源承載力分級標準和待評價方案貼近各自理想方案的貼近度,確定待評價方案的承載能力。張衍廣等利用EMD方法對1961年以來中國生態足跡與生態承載力的變化波動的周期進行了分解,并在此基礎上運用動力學建模方法,建立預測模型,對中國未來20年的生態足跡與生態承載力進行數值模擬和預測。田宏嶺等利用GIS技術對汶川地震后的成都市都江堰等西部5個市縣進行柵格化處理,疊加各因素圖層,得出各單元的資源環境承載力的初步結果,該結果與實際情況對照相符,最后根據評價結果提出了相應的建議。劉玉邦等運用模糊物元分析理論,選擇灌溉率、水資源利用率、供水量模數、單位GDP用水量、單位供水量人口負荷、生態用水指數等指標,得出長江上游5省(市)區水資源承載能力。朱銀銀等在分析水環境承載力概念的基礎上,建立了基于BP人工神經網絡的流域水環境承載力評價模型,并對其進行了實證研究。李紹飛等應用突變理論進行水環境風險評價,并將其應用于流域內天津、滄州、衡水、石家莊和唐山等5個典型區域,為綜合評價提供了新的方法。本研究將結合以上承載力方面研究成果,通過頻次分析和主成分分析等方法構建河流健康評價指標體系,既要考慮河流自身健康,又要考慮其生態環境功能和社會經濟服務功能,達到對河流健康狀況的綜合評價,為生態環境修復和社會經濟發展決策提供依據。