［中图分类号］X171. 1 ［文献标识码］A ［文章编号］1006-7175(2011) 02 - 0009 - 04
Health Assessment of River Ecosystem: Chao - bai River As a Case Study
CHEN Yi1，ZHANG Ke - gang2，GUO Chun - qing2，LIANG Teng-fei2
Abstract: Based on reviewing the process of health assessment of river ecosystem，the thesis generalized the concept of ecosystem health，introduced the basic theory and analysed normally used assessment methods. Then the model was applied to the ecological health assessment of Chaobai River with the classification of sick，unhealthy，subhealth health，good health. According to the results of assessment，the Chaobai river which scored 1. 473 was in the state of unhealthy.
Key words: assessment of ecological health; method of comprehensive index; river system; Chaobai river
河流对人类社会发展有着重大的作用，不仅可以提供食物和水等人类生活所必需的生活物质，还具有调节气候、补给地下水、防洪和泄洪的环境功能。其附带的交通、休闲娱乐等功能对于人类的发展也有着重大的意义。作为重要的生态系统类型，河流生态系统还是生物圈物质循环的主要通道之一，很多营养盐及污染物在河流中得以迁移和降解［1］。然而，随着工业文明的发展和河流带的巨大利益诱惑，人类对河流不合理和无节制的利用使得大量污染排入和河流中生物的不断被捕杀，最终导致河流结构受到极大破坏，诸多生态功能逐渐丧失。为此，生态系统健康评价迅速展开。生态系统健康评价用健康一词来描述环境的状况，对于维持和恢复生态系统健康有着重要的意义。
1 河流生态系统国内外研究进展
1. 1 河流生态系统国外研究
生态系统健康是一个比较新的研究领域，导致了河流生态健康的涵义尚不明确，学者们的理解不统一。Karr将河流生态完整性当作健康［2］。Norris 等认为应考虑人类福利要求［3］。以上几种对河流健康涵义的理解都只侧重一方面进行定义，由于现今河流生态健康和人类的发展有着密切的关系。因此，在对河流健康的定义时人类和社会的价值是必须考虑的。Meyer 阐述最为全面［4］，认为河流生态系统应既有生态系统功能与结构，还应包含人类与社会的价值。因此，这种定义为大多数学者认同。
1. 2 河流生态系统健康国内研究进展
我国学者崔保山和杨志峰指出，生态系统健康是指系统内的物质循环和能量流动受到损害，关键生态组分和有机组织被保存完整且缺乏疾病，对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，整体功能表现出多样性、复杂性、活力和相应的生产率，其发展终极是生态整合性［5］。
2 河流生态系统健康评价理论研究
河流生态系统是生态系统中的一种，其指的是河流水体的生态系统是陆地和海洋联系的纽带，在生物圈的物质循环中有着重大的作用。河流生态系统包括陆地河岸生态系统、水生态系统、相关湿地及沼泽生态系统在内的一系列子系统，是一个复合的生态系统，其具有栖息地功能、过滤和通道作用［6］。由于其结构功能和成份等与其他水生态系统不同，其也具有自己显著的特点: 纵向成带、生物的特殊形态结构、与其他生态系统关系密切和自净能力地域区别。
2. 1 生态健康评价方法
2. 1. 1指示物种法
指示物种法以其方法简便易行的特点较早地应用于河流生态健康的评价。其主要依据生态系统的关键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿物种和环境敏感物种等的数量、生物量、结构指标、功能指标及一些生理生态指标未描述生态系统的健康状况［7］。
2. 1. 2综合指标法
综合指标法综合大量复杂因素进行分析，运用不同尺度信息的多项指标对生态系统健康进行评价，从生态系统结构和功能演替过程度量生态系统健康［8］。通常根据评价标准对河流的生物、物理、化学及社会经济指标进行打分，将各项指标得分累计后的总分作为河流生态系统健康状况的评价依据。因此，能反映不同尺度信息的综合指标法成为目前生态系统健康评价的重要手段［9］。
2. 1. 3模糊数学法
河流生态系统中水质、生物和河道的状况的好坏都是模糊的，并且其判断都是基于评价标准的。为此，健康与否只是一个模糊和相对的概念，并且很难对某生态系统是健康的或不健康的作出明确的结论。因此，生态系统健康与否可以作为一个模糊问题来处理，可以弥补指标评价法的不足，更客观、科学地对河流进行评价。
2. 2 河流生态系统评价指标体系的建立
2. 2. 1指标分类
在遵循指标体系建立原则的基础上，结合河流生态系统健康是一个生态价值与人类价值相统一的概念［10］。指出指标应既反映生态学上的完整性，也应该反映人类的价值。河流生态系统可以从水质、水量、河岸带、形态结构、生物［11］与社会功能6 个要素来表述。前5 个要素相互联系，相互影响发挥着不同的功能，以使河流完成生态过程。社会功能则依据前5 个要素共同正常发挥其功能。6 个要素组成完整的河流生态系统。
2. 2. 2指标体系建立的原则
河流生态健康评价指标体系的选择，对于能否客观、准确地评价河流有着至关重要的作用。首先生态系统健康必须满足3 个条件: ①能完整准确的反映生态系统的健康状况; ②能反映认为因素与生态系统健康变化之间的联系; ③能定期为政府决策、科研及公众要求提供生态健康状况、变化趋势的报告［12］。为此，要达到以上3 个条件，指标的选择应该遵循以下原则: ①动态性原则; ②层次性原则; ③整体性原则; ④可持续原则; ⑤可操作性与定量化原则; ⑥主要成分原则。综合影响河流生态健康的因素和目前潮白河的生态系统的状况，建立如下指标体系(表1) 。
2. 2. 3评价标准
综合河流的特征与各学者的研究成果，一般地，评价标准分为“病态、不健康、亚健康、健康、很健康”，而河流中一些难以定量进行表达的指标，测量可以使用“＜ 1、1～ 2、2 ～ 3、3 ～ 4、＞4”5 个级别代表。河流生态健康标准［13］见表2。
表1 河流生态系统健康评价指标体系
表2 河流生态系统健康评价标准
其他指标由于无法精确地计算出结果，以分值阈表示其健康状态。
3 案例研究——潮白河
3. 1 潮白河概况
贯穿北京市、天津市和河北省三省市。上游有两支:潮河源于河北省丰宁县，南流经古北口入密云水库。长90 km(河槽村到入北运河) ，流域面积19，500 km2。密云水库的拽水水分两股进入潮白河系。一股经天津入海，供天津生活用水; 一股经京密引水渠、怀柔水库流入北京市区，是北京重要水源之一。
3. 2 潮白河生态健康评价过程
根据综合指标法所得结果较为全面及客观的特点，潮白河生态系统健康评价采用综合指标法(结合模糊数学法) 。
具体的评价程序及模型如下:
(1) 建立评价因素指标集I = { u1，u2，u3…ui，…un } ，分别代表河流水质指标、河流生物指标、河流结构形态、河流水文特征、河岸带状况等大类各评价指标的集合，代表各指标数目。
(2) 建立(决策) 评语集。指健康分级，分别代表n 个具体评价指标的“病态、不健康、亚健康、健康、很健康”5个级别。
(3) 指标权重确定。用专家分析法确定各要素及类别权重，与各具体指标的层次总排序权重集W = (w1 w2… wn ) 。
(4) 建立单因素评判矩阵。根据各指标特征，拟定各具体指标的隶属函数，由隶属函数计算出六大类评价要素。各指标的评判矩阵R:
隶属函数采用梯形隶属函数，等级健康标准值取范围的平均值。隶属度的计算分为正向指标和负向指标。
(5) 进行模糊层次综合评判。采用模糊合成加权线性变换完成模糊合成，即:
得出潮白河水域对应健康级别的隶属度矩阵，并对结果进行归一化处理，从而评判潮白河水域健康状态［14］。
3. 3 结果分析
随着经济发展的不断扩大及潮白河作为北京及周边地区的一条重要河流，潮白河的开发利用不断加强，直接导致了潮白河生态健康遭到了破坏。近年来，由于北京市连续干旱，降雨量减少，加之城市供水量增加，潮白河地表水严重不足。根据苏庄水文站实测资料，1999 年起地表径流量骤减，2000 年后几乎为零。截至2006 年底，潮白河向阳闸以下干流基本无水，主要支流已无径流。潮白河水系一直以来被认为是北京最清洁的水源地，北京唯一的饮用水源地密云水库就位于潮白河水系的上游。其中水质达Ⅱ类的占41. 4%，27. 6% 的Ⅳ类水质和24. 1%的Ⅴ类水质。总体来说，水质属健康但成恶化趋势［15］。此外，在潮白河上建有多座水电站，并且还修建了许多渠道和闸坝，这些设施都不同程度地影响了河流结构和生态健康。
根据潮白河的现状，运用河流健康评价指标体系和综合指标评价方法对潮白河进行了评价，结果见表3。
表3 潮白河生态健康评价结果
依据3. 2 中公式，综合评价，潮白河综合评价指数:
B = W·R = w1R1 + w2R2 +… + w14R14 = 1. 473
由潮白河的综合评价指数为1. 473 可知，潮白河处于不健康的状态，主要原因是河流周围工业设施向潮白河排放大量污水，以及潮白河上众多的基础设施的建设改变了河流的结构，造成了河流生态系统的破坏。归结主要原因是人类对潮白河不合理的利用。
4 结语
随着国家对环境的日益重视，河流的健康必将成为国家环境管理的重点，为此找到一条适合我国河流健康评价的方法，为我国的环境保护及经济发展做出贡献显得尤为重要。本文论述了国内外河流生态健康定义、指标体系及评价方法等方面的研究成果，重点对河流生态健康评价方法进行论述。通过对潮白河生态现状的分析，并建立潮白河生态健康评价方法和参考典型河流生态健康评价方法，验证综合指标评价法测量结果的准确性。为河流生态保护、规划的制定和编制提供科学依据，为河流开发利用中的生态保护管理提供建议，为维护河流的生态健康提供参考。我国河流的生态健康评价起步与国外相比还存在一定的差距，但不能因此就放弃研究反而要更加努力研究，也不能将国外的研究成果完全照搬过来，因为各个国家的自然、经济、社会等状况存在巨大差异使得河流的生态状况也不同，为此不是一种评价方法适合所有的河流，应该根据我国河流的特征，研究新的评价方法，或者对国外的评价方法进行改进，以适应我国的河流生态健康评价。
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［作者简介］陈毅(1988-) ，男，福建莆田人，硕士研究生，主要从事水文水资源与水环境保护研究; 张可刚(1981- ) ，男，山东齐河人，博士研究生，主要从事湿地生态水研究; 郭纯青(1955-) ，男，广西桂林人，教授，学士，主要从事水文水资源与水环境保护研究; 梁腾飞(1987-) ，男，山东荣成人，硕士研究生，主要从事水文水资源与水环境保护研究.
