河湖健康评价的水文水资源研究

河湖健康评价的水文水资源研究

蒋伟

四川瑞熙工程咨询有限公司  四川成都  610000

摘要：合理调配水资源、改善河湖健康状况和增强抵御水旱灾害能力是水资源利用亟需解决的问题。水资源开发利用率、生态流量满足程度、供水水量满足程度作为河流健康的评价指标，已成为国家江河治理新形势下水资源科学研究的重大课题。通过分析不同类型河流水文水资源的不同现状，阐述水文水资源在河湖健康评价中的重要作用，为河湖水资源调配的深入研究和实践提供参考。

Abstract: Reasonably allocating water resources, improving the health status of rivers and lakes, and enhancing the ability to resist floods and droughts are urgent issues that need to be addressed in water resource utilization. The development and utilization rate of water resources, the satisfaction degree of ecological flow, and the satisfaction degree of water supply quantity, as evaluation indicators for river health, have become major topics in the scientific research of water resources under the new situation of national river governance. By analyzing the different current situations of water resources in different types of rivers, this paper elaborates on the important role of hydrological water resources in river and lake health assessment, providing reference for in-depth research and practice of river and lake water resource allocation。

关键词：河湖健康评价；水资源开发利用率；生态流量满足程度；供水水量满足程度

1 研究背景及意义

河湖生态系统与社会、经济、人文以及生态环境等密切相关。目前，河湖生态系统的健康状况不容乐观，人类文明的进步与社会经济的发展都对河湖生态系统造成了不同程度的负面影响。比如，生活污水与生产废水在不加处理的情况下排入河湖，容易造成严重的水体污染，使得河湖等水体中的耐污生物大量爆发，造成水体富营养化现象；而人类生产生活过程中，为了发展，也存在过度取水、围湖造田等现象，这是一种社会发展的畸形，此类大面积侵占水资源的方式打破了河湖生态系统的规律，最终造成水体减少、水资源短缺的现象，这不利于人类生产与生活的可持续发展。

迫于当前的水资源紧张形势，保护水生态系统的热潮油然而生，河湖水系统健康评价由此诞生。河湖健康评估是河湖生态保护管理的重要基础性技术工作,是全面推行河（湖）长制建设的重要任务。基于此背景，加强水文水资源研究，如研究水文水资源变化对河湖健康的影响，探索水文水资源调度和管理的新方法，以实现河湖的健康和可持续发展是非常有必要的。

2河湖健康评价的水文水资源

2.1河流健康评价现状

有关于河流健康的研究最早始于上世纪90年代，这一概念首次提出很快就得到了南非、美国、澳大利亚等国家的响应。澳大利亚河流健康委员会认为健康河流需要同时具备完整的生态系统结构和优良的社会服务功能；美国《水污染防治修正法》定义健康河流是具有物理完整性、生物完整性和化学完整性的河流，并特别强调河流受干扰后能够恢复和保持其原有功能。随着水问题带来的影响日渐凸显，关于河流健康的研究不断开展，由于大部分河流开发利用程度较高，要求河流在水功能完整的前提下提供应有的社会服务功能，因此关于评价指标体系和方法的研究侧重点有所不同。

准确评价河流健康的关键在于选取恰当的评价指标体系，随着时间和空间的不断变化，有关于河流健康评价所选取的评价指标和各项指标所对应的权重都应该随之改变，国外学者在评价河流健康时，基本上会优先考虑选择河流生态功能方面的因子作为评价指标。南非的河流健康评价同时将水文、河岸带植被、水质、鱼类等作为评价指标的选项来评价是否为健康河流。欧洲则认为水质及生境状况均对鱼类有重大影响，将鱼类作为重要指标。美国自然保护协会则认为生物完整性参数、河流的水化学参数、水文参数、栖息地条件等都应作为河流健康评价指标。与之相似的是国内对于城市河流健康状况的评价，也选用河流水文、河流生物、河岸带状况及河流形态、水质理化参数等作为河流健康的评价指标，分别建立了评价长江和珠江健康的指标体系。通过比较我们可以知道，由于人类活动对国内外河流的干扰程度不一样，所以导致对河流健康内涵的理解也是有一定的差异的。国外关注的核心问题是河流生态系统结构的完整性，国内则考虑了生态系统结构和社会经济功能这两方面的因素。

2.2河湖健康评价的水文水资源构成要素

河湖健康评价的水文水资源是多功能、多途径、多形式、多目标和多要素的综合性水网结构工程，是“自然-人工”水系。其构成要素主要有：

（1）拥有良好水资源条件的自然水系。良好的水资源条件是自然水系的物质基础。水质、水量、水系结构等都会影响河湖的健康状态。

（2）水利工程。水利工程是水文水资源条件的重要影响因素，包括水库、闸坝、堤防、渠系等工程。它不仅对区域内的社会经济产生深远影响，而且对区域内的生态环境、气候变化等都将产生不同程度的影响。在进行设计时必须对这种影响进行充分估量，平衡其利弊，在发挥水利工程的积极作用的同时，尽力保障良好的河湖水文水资源条件。

（3）调度准则。调度准则是构建、维护、管理河湖水文水资源稳定的手段。水资源的调度等必须要求更为全面、宏观、精确的调度准则。

3水文水资源评价指标体系

3.1水文水资源的评分标准

水文水资源研究在河湖健康评价中发挥着重要的作用，根据《四川省河流（湖库）健康评价指南》，涉及水文水资源的评价指标主要包括水资源开发利用率、生态流量/水位满足程度、河流纵向连通性指数、防洪指标、供水指标以及水质的相关指标。

根据《四川省河流（湖库）健康评价指南》，各个指标计算方法如下：

（1）水资源开发利用率

评价流域或区域内本地产水中地表水用水量（含外调水量）占评价流域或区域地表水资源总量的百分比，赋分按公式计算。

式中：WRU——地表水资源开发利用率；

WU——评价流域或区域内本地产水中地表水用水量（含外调水）；

WR——评价区域或流域地表水水资源总量。

水资源开发利用率赋分标准见下表。

表3.1-1  水资源开发利用率评估赋分标准表

（2）生态流量/水位满足程度

评估河流流量过程生态适宜程度，分别计算4-9月及10-3月最小日均流量占同期多年平均流量的百分比，根据赋分表分别计算赋分值，取二者的最低赋分为河流生态用水满足程度赋分。评估断面应选择国家有明确要求、具有重要生态保护价值、重要敏感物种的水域或行政区界断面。

河流生态用水满足程度评估赋分标准见下表。

表3.1-2  河流生态流量满足程度评估赋分标准表

（3）河流纵向连通性指数

河流纵向连通性指数根据单位河长内影响河流连通性的人工建筑物或设施数量进行评估，有过鱼设施且能正常运行的不在统计范围之列，城市河段不评价。

河流纵向连通性指数评估赋分标准见下表。

表3.1-3  河流纵向连通性指数评估赋分标准表

当河流有一定水头的闸、坝、堰，在枯水期就会利用蓄水进行河道生态流量的补充，也会影响水文水资源的特性。

（4）供水指标

评估一年内河流逐日水位或流量达到供水保证水位或流量的天数占年内总天数的百分比。

按照以下公式计算。

式中：Rgs——供水水量保证程度；

D0——水位或流量达到供水保证水位或流量的天数（天）；

DN——年内总天数（天）。

供水水量保证程度评估赋分标准见下表。

表3.1-4  供水水量保证程度赋分标准表

（5）防洪指标

河流评估采用河流堤防防洪达标情况：河流按照公式计算已达到防洪标准的堤防长度占有防洪需求河段总长度的比例，计算公式为：

式中：FDRI——河流防洪工程达标率，%；

RDA——河流达到防洪标准的堤防长度，m；

RD——有防洪需求河段总长度，m；

表3.1-5防洪指标评估赋分标准表

在验证河流的防洪达标率时，需要进行水文分析计算验证水利工程的防洪达标情况。

（6）水质相关指标

在水质相关指标中主要进行水质的评价，当水质较好时，其水资源的利用方向也会随之多样化。

3.2水文水资源分析

本次研究，基于《四川省河流（湖库）健康评价指南》，分析各个类型的河流的水文水资源的特性。

《指南》根据水文水资源的特性差异，将河流分为了4大类：

自然河流：无人为干预，人为干预较小，或开发利用程度低的河流。此类河流在实际操作中主要是指那些水利工程较少，或者没有蓄水设施的山区河流，该类河流由于开发利用程度低且人为干预小，基本没有洪水或是水资源的调蓄能力，河道的比降较大，一般大于5‰，由于地势峻陡，暴雨后往往洪水暴涨暴落。并且，洪水流量与枯水流量相差极大，常达百倍千倍；洪水位与枯水位相差也非常悬殊，可达十至数十米。河道径流丰枯变化比较剧烈，年内分配也表现出很大的差异性，夏秋两季的降水量较丰富和较集中，河道生态流量满足程度较低。这类型河流要保证水文水资源健康，就需要借助水利工程进行调蓄，寻找最优化调度办法，并针对问题采取可行的措施，在保证生态用水的前提下缓解竞争用水的紧张态势。

功能性河流：受人类生产生活影响较大，已进行河流规划或已开发利用，具有社会服务功能的河流。此类河流已进行开发利用，且具有社会服务功能，最为直接的表现是有水电站、公园、绿道、湿地的打造吗，切实关系到人民的生产生活的河流，其为健康河流时，水文水资源的特性主要为：水安全（防洪达标）、水资源质量较好等；功能性河流可以是山区河流，也可以时平原河流。

半人工半自然河流：开发利用任务多以输送城市、农村生产生活用水及生态环境用水为主的河流；其水文水资源特性以人为调控为主。河道最为明显的特征就是闸坝等受人为调控影响，进而影响其水文水资源特性。由于平原地区灌溉或灌溉兼排洪河道较多，水文水资源也受人为调控，因此此类河流多分布在平原区域，多属于平原河流。

城市河段：穿越城市或分布于城市建成区范围内的河流、河段为城市河段，主要功能为排放城市雨污及洪水、输送或承接城市生生态环境用水，保障城市的防洪安全、改善城市水环境和形象面貌等。该类河流的水文水资源特性可能受城市的再生水利用的影响，如再生水科利用于河道生态流量等；另一方面，城市河段的水文水资源需重点考虑防洪指标。

为保障河湖水文水资源，可采取以下措施：一是统筹水资源调度，严格落实河道生态补水措施，保障河道生态用水，提升水体自净能力；二是合理规划布局再生水补给口，多渠道补充河道生态用水，促进水生态环境的自然修复；三是建立适合河道特征的生态用水评价指标与调控体系，合理评价本区域内的生态用水量，确立好生态用水阈值，并加快水资源监测体系建设，加大监测设施投入，完善监测手段，建立健全河湖生态流量监测预警机制，为河道生态用水保障提供支撑。

4《指南》中的指标问题分析及建议

（1）水资源开发利用率

根据《指南》，评价水平年为评价时间的前一年，当前一年的地表水资源总量较少，且均由本地的蓄水或引水工程进行了开发利用，则健康评价中的水资源开发利用率赋分相对较低；相应的前一年地表水资源总量较多，相应的水资源开发利用率相对较小，得分较高。

对于该指标，在健康评价实际操作过程中，建议评价流域或区域地表水资源总量运用多年平均值，可避免前一年的地表水资源总量影响水资源开发利用率指标的赋分忽高忽低。

（2）生态流量/水位满足程度

由于近几年国内的经济工业发展迅速，间接加速了对于生态流量的进程。汤奇成首先在1989年首次提出了“生态环境用水”的概念，他认为在保护绿洲生态环境的用水为生态环境用水，包括绿洲周围植树造林种草所需的水量和保持一定的湖泊水面所需的水量。许新宜等认为尽管生态需水与环境需水两者之间存在着交叉和重合的部分，但从概念上来讲是不同的，应该区别对待。王芳通过分析生态需水概念的内涵与外延，认为：生态需水是指维护生态系统稳定，天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量。董增川在研究西部地区水资源配置时认为，生态环境需水量是指水域生态系统维持正常的生态环境功能所必须消耗的水量。崔树彬认为，生态需水量应该是指一个特定区域内的生态需水量，而不是单指生物体需水量或者耗水量，这是一个工程学的概念，与生态环境需水量的含义和计算方法应该是一致的。李丽娟等认为，从狭义上讲，生态需水量是指维持地表水体特定生态环境功能，天然水体必须储存和消耗的最小水量。目前，对于生态流量的研究组件从理论研究转为实践。国内从不同角度提出了以下几种计算方法：

1、最小月平均流量法：即以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量。最小月平均流量法计算的是河流基本生态环境需水量，主要用以维持水生生物的正常生长及满足部分排盐、入渗补给、污染自净等方面的需求。实际上它也是对7Q10法的一种改进，虽然克服了7Q10法要求较高的缺点，但它仍是以水质对指示物的影响为主要依据的，侧重于分析水生生物所需要的水质。

2、水量补充法：蒸发和渗漏：认为河流生态用水量主要指补充河道及浸润带蒸发和河道渗漏等因素造成的损失所需的水量。根据河长、水面面积及蒸发、渗漏强度等计算年蒸发量和年渗漏量，之和为河道年补水量。水面蒸发生态需水量：为维系河流系统正常生态功能，当水面蒸发量大于降水量时，必须从流域河道水面系统以外接纳的水体来弥补，这部分水量称为水面蒸发生态需水量。当降水量大于蒸发量时，该项为零。此方法则只针对满足河流水量蒸发和渗漏要求，没有考虑到生态系统的其他需水要求，有一定的局限性。

3、逐月计算法：（1）逐月最小生态径流计算法：该方法认为最小生态径流过程同河道水流年内变化特征一样，是连续变化的，应该逐月计算。在尽可能长的天然月径流系列中取最小值最为该月的最小生态径流量，各个月径流系列的最小值组成年最小生态径流过程。逐月最小生态径流计算法得出的最小生态径流值虽然能够满足水生生物的最低生活条件，但如果长期处于这种生存条件下，还是不利于水生生物系统的健康发展。（2）逐月频率吧计算法：在考虑生态系统对水量要求的同时，还考虑了不同时期生态环境的不同要求，将河流生态环境需水量看作一个与自然径流过程相适应的有丰有枯的年内变化过程。首先对尽可能长的天然月径流量系列进行频率计算，然后根据实际情况对各个季节取不同保证率的月径流量值作为河流的生态环境需水量。此方法把河流的生态需水量看成是一个动态的过程，比较符合实际情况。

4、生物最小空间计算法：该方法认为要保证河流中水生生物的生存必须首先保证它们的最小生存空间，对应的流量即为河流最小生态需水量。此计算方法和月平均计算法相似，只是对不符合水生物生存空间需求的情况，需增加生态流量直到满足上表中水力参数的要求。此方法的缺点在于采用的鱼类最小需求空间参数粗糙，从而使该方法精度有限。

5、水文与河道形态法：此方法认为，水面宽度是河流最为重要的特征，过小的水面宽度将导致河流中水生生物的繁衍和生长受到限制乃至死亡。流量和水面宽关系有一个突变点，在此点下，每减少一个单位流量，水面宽的损失量比突变点以上显著增加，河流宽度特征和相应生态功能将严重损失，因此可将突变点处对应的流量最为河道水体最小生态需水。此方法用尽量少的水量维持尽量多的河流特征和功能，用水文站资料进行计算，具有资料可靠、充分的有限，不足之处在于考虑的因素过于简单。

根据《指南》，评估河流流量过程生态适宜程度，分别计算4-9月及10-3月最小日均流量占同期多年平均流量的百分比，百分比越高分值越高。该指标仅对功能性河流、自然河流、城市河流进行评价，半人工半自然河流不进行评价。

通过对山区河流的自然河流生态流量满足程度这一指标的进行分析研究，发现对于人工干扰程度较低、主要受降雨影响的河流，指标的赋分值不能完全体现河流生态流量的真实状况，计算方法有进一步改进的空间，建议可以根据河流人工干扰程度、降雨量、平均气温等特性设置不同的赋分标准，更能体现河流生态流量满足程度的真实情况。

其次，很多河流无历史水文监测资料，无可作为参证站的临近流域，气候及下垫面条件相似的基本水文站，对于最小日均流量数据获取较为困难，尤其是各类型河流中的较小河流基本没有水文站。建议属于山区河流的自然河流不在选取生态流量/水位满足程度指标进行健康评价的评分，对于功能性河流、城市河流需要加强水文站等监测设施的建设。

（3）河流纵向连通性指数

河流纵向连通性指数根据单位河长内影响河流连通性的人工建筑物或设施数量进行评估，有过鱼设施且能正常运行的不在统计范围之列，城市河段不评价。

该指标在一定程度上与生态流量满足程度指标有一定的联系，当河道内存在闸坝等挡、蓄水建筑物时，在枯水时期也可以由蓄水补充一定的生态流量，但挡水建筑物越多就会影响河流纵向连通性指数指标。建议第一，降低河流纵向连通性指数指标的赋分权重；第二，分级评分，在一定数量以内的闸坝等挡水建筑物，可以适当调整分值，数量以上的进行扣分等。

（4）供水指标

《指南》中，评估一年内河流逐日水位或流量达到供水保证水位或流量的天数占年内总天数的百分比。

该指标中，涉及各个行业，每个行业的运营时间不同，不能以年内总天数作为分母进行比值，需要用该取用水行业或单位的正常运营时间作为分母进行比值；其次，在保证率不需要太高的行业，甚至可以用旬水位或者流量进行评分，逐日水位或流量数据差距较大，且数据难以获取。

（5）防洪指标

河流评估采用河流堤防防洪达标情况：河流按照公式计算已达到防洪标准的堤防长度占有防洪需求河段总长度的比例。

在评价过程中，进行水文水面线的计算，从而判断是否有防洪需求或已达到防洪标准。

综上所述，河湖健康评价中水文水资源的分析计算包括暴雨洪水的计算，水资源量的计算等部分。

暴雨洪水的计算主要是用于河道等防洪工程防洪是否达标的分析。对于无资料或资料较少的四川省山区小河流的暴雨洪水计算，我们可以通过推理公式法进行暴雨洪水的计算；对于大型河流且有水文资料的情况下，我们首先进行水文资料的整理，运用水文资料进行分析计算河流的暴雨洪水，从而得到相应的健康评价数据。不管是规模以上的河流还是规模以下的河流，在资料较为齐全的情况下，暴雨洪水的分析计算是最为真实可靠且合理的，因此近年来四川省通过建立健全相关的水文站，以保证后期各河流的水文资料的补充完善。

水资源量的计算方面，首先考虑水文资料、地区取用水资料，通过分析计算水资源的来水量与用水量之间的水量平衡，合理的规划水资源的运用，以保证达到各区域的“三条红线”目标。从水质方面来讲，水资源的量也会影响当地河流的水质，比如在水资源量较大的情况下，污染物得到有效的稀释，水质稍好；同一条河流在枯水期与汛期的水质情况也有所区别，一般情况下，枯水期水资源的水质比汛期的水质略差。

5 展望

我国水资源保护起步较晚，所以国内河湖健康评价的经验与资料十分匮乏。在此背景下，我国相关部门应当借鉴国外已有的成熟健康评价体系，对国外的河湖生态健康研究案例进行归纳总结，进而创建出带有中国特色的河湖健康评价指标体系和评价方法，并在此基础上启动试点工作，在实践过程中不断进步转变思想观念，从单纯地保护水资源变为对整个河湖生态系统进行保护，最终推进我国水资源的可持续发展，实现河湖生态系统的健康保护。另外，人们还可以在现有健康评价体系的基础上将时空尺度扩大，建立横向和纵向的时间评价体系，打造流域范围内的评价系统。只有将河湖从时间与空间两个尺度上进行全面认知，才能系统了解河湖生态健康情况。