宁夏重点湖泊生态健康评价与修复对策研究

2021-01-27周志轩陈耀文

中国农村水利水电 2021年1期

田巍，周志轩，陈耀文

(宁夏回族自治区水利科学研究院，银川 750021)

湖泊湿地具有保护水源、净化水质、蓄洪防旱、调节气候和维护生物多样性等重要生态功能，同时具有观光旅游、教育科研等社会效应和重要的经济效益，是人类重要的自然资源和环境资源[1]。近些年来，由于人类发展的影响，湖泊湿地生态遭到破坏，功能退化，对湿地的保护和修复已经成为人类共同的目标[2]。生态系统健康评价已成为湖泊环境管理的基础，通过评价找出湖泊结构与功能退化的原因，由此提出针对性的治理方案，为湖泊保护与治理提供科学依据[3]。目前湖泊生态系统健康评价方法主要有生物检测法和多指标综合评价法，国内外学者在评价方法和指标体系方面对湖泊生态系统健康评价都做了大量的研究[4-7]。本文以宁夏重点湖泊为研究对象，采用多指标体系评价法，构建宁夏湖泊湿地生态健康评价指标体系，得出评价结果，并针对各湖泊提出治理方案，为湖泊湿地生态系统的管理、治理和修复提供了参考和决策依据。

1 宁夏湖泊湿地概况

宁夏虽然地处我国西北地区，干旱少雨，但黄河干流纵贯宁夏平原397 km，引黄河水灌溉具有得天独厚的条件，且已有2 000 多年的历史，使宁夏引黄灌区形成了大量的湿地[8]。宁夏湿地总面积为20.72 万hm2，其中河流湿地9.79 万hm2，湖泊湿地3.35 万hm2，沼泽湿地3.81 万hm2，人工湿地3.77 万hm2；湖泊湿地中，永久性淡水湖湿地2.01 万hm2，永久性咸水湖湿地0.11 万hm2，季节性淡水湖湿地0.15 万hm2，季节性咸水湖湿地1.08 万hm2[9]。

2 宁夏湖泊湿地生态系统健康评价

2.1 评价指标体系的选取

多指标综合评价法是在选择不同组织水平的类群和考虑不同尺度的前提下，对生态系统各个组织水平进行综合评价的方法。

参考国内湖泊湿地生态系统健康评价指标体系[10,11]，并根据生态健康评价指标选取的原则[12]，从影响宁夏湖泊生态系统健康状况变化较大的生态指标、功能指标、社会环境指标三个层面上，采取17个具体指标作为宁夏湖泊生态系统健康评价的指标体系，反映了完整的地表水生态系统状况(详见表1)。

表1 宁夏湖泊水生态系统健康评价指标体系Tab.1 Evaluation index system of lake ecosystem health in ningxia

2.2 评价标准确定

参考国内的研究成果及相关标准[13,14]，并结合宁夏引黄灌区实际情况，将湖泊湿地生态系统级别分出五级，为很健康、健康、亚健康、不健康、病态，各指标评价标准详见表2。综合评价分值(W)与评价等级的关系为：很健康(0.8≤W≤1.0)，健康(0.6≤W<0.8)，亚健康(0.4≤W<0.6)，不健康(0.4≤W<0.6)，病态(0.2

表2 宁夏湖泊水生态系统健康评价标准Tab.2 Water ecosystem health evaluation standard of lakes in Ningxia

2.3 确定指标权重

在模糊综合评判中，权重的确定是极其重要的，反映了各因素指标在综合评判过程中所占的比重，会影响到评判结果。本文在专家学者打分评价的基础上，采用层次分析法，最终确定出各指标的权重系数，详见表3。

表3 各评价指标权重系数Tab.3 Weight coefficient of each evaluation index

2.4 各指标隶属度确定

依据各湖泊实地调研资料以及水利、环保、林业部门等资料，对各湖泊进行指标隶属度确定(以沙湖为例如表4)。

表4 沙湖健康评价指标隶属度Tab.4 Subordinate degree of Shahu lake health evaluation index

2.5 模糊综合评判

2.5.1 隶属度函数的构建

模糊综合评判[15]就是利用模糊变换原理和最大隶属度原则，对多因素的模糊性现象进行综合考虑，并在此基础上进行决策评判。隶属度函数的确定是模糊语言变量的定量描述，隶属度函数是模糊集合论的基础之一。以沙湖为例，依据各指标隶属度关系，建立隶属关系矩阵为：

2.5.2 多级模糊综合评价模型的构建

根据表2中的数据，可以得到如下权重向量：准则层3项指标的权重向量X=(0.493，0.194，0.313)；生态指标层7个指标权重向量为X1=(0.179，0.131，0.175，0.153，0.142，0.131，0.088)；功能指标层3个指标权重向量为X2=(0.333，0.444，0.222)；社会环境指标层5个指标权重向量为X3=(0.138，0.276，0.172，0.172，0.241)。根据评价标准可以确定等级评分向量C=(1.0，0.8，0.6，0.4，0.2)。

利用公式Z=X×Y进行模糊复合运算得到沙湖生态指标Z1、功能指标Z2、社会环境指标Z3的生态健康评价值分别为：

Z1=X1×Y1=(0.175，0.426，0，0.398，0)

Z2=X2×Y2=(0，0.333，0，0.222，0.444)

Z3=X3×Y3=(0，0.241，0.344，0.276，0.138)

由上述结果可得到沙湖生态健康评价准则层的模糊评价矩阵，因此沙湖生态健康综合评价值为：

(0.086 3，0.350 1，0.107 7，0.325 7，0.129 3)

沙湖综合评价分值为：

W=Z×CT=0.587 1

同理计算其他湖泊生态健康综合评价值，计算结果见表5。

表5 重点湖泊湿地生态健康评价结果Tab.5 Ecological health evaluation results of key lakes

2.5.3 评价结果分析

(1)主要影响因子分析。从专家打分和层次分析的结果来看，指标权重得分在准则层的3个因素中，生态指标所占份额最大，说明湖泊湿地水质、补水保证率、植被、生物多样性、富营养化程度、湿地面积及湖底淤积情况，对湿地生态系统健康水平的影响较大；其次是社会环境指标，人类活动强度、周边工业污染强度、污水处理率及实地管理情况等，也影响着湿地的生态健康。在指标层的15个因素中，占比重最大的是水质状况、补水保证率、水质净化功能和周边工业污染强度，说明这几项对湿地生态健康的影响最为明显。

从各指标的隶属度分析，制约主要湖泊湿地健康的疾病因子主要表现为：周边工业污染、人类活动强度、水质净化功能、水体富营养化等原因。制约湿地生态结构特征的是湖泊湿地植被变化率、水质以及水体富营养化程度，其次是湖泊湿地水源补给和湖泊湿地面积退化。

(2)综合分析。根据综合评分，沙湖、星海湖、阅海、腾格里湖为亚健康状态，鸣翠湖和宝湖为健康状态。亚健康所占比重程度比较大，说明了宁夏重点湖泊湿地生态系统处于亚健康状态，需要采取相应的措施，防止湖泊湿地生态环境进一步恶化。宁夏湖泊湿地经过了近年来的综合整治，退化状况得到了逆转，生态系统健康情况总体上有了明显改善，但仍未到理想状态。导致这一现象的因素是多方面的，主要原因有：

①多数湖泊没有退水，湖水没有流动性，加之宁夏蒸发量大，污染物逐渐聚集超出水体自净能力，对水环境产生较大胁迫压力，有水质恶化风险存在，湿地系统结构的完整性及功能的稳定性受到破坏，极大地制约着整个湿地系统的健康发展。

②宁夏引黄灌区浅层地下水对湖泊的补给占比较大，因农药和化肥的大面积使用，以及区域内工业及养殖业的污水排放，造成浅层地下水的污染，从而对宁夏引黄灌区湖泊湿地的水质和富营养化造成了严重的威胁。

③由于对湖泊湿地生态系统组成、结构、功能等内在特征还缺乏深入的认识，保护和管理措施都比较粗放，造成了一些新的生态问题，如湿地植被退化、生物量下降、优势性植被减少等。

3 各湖泊生态健康管理建议

根据各个湖泊湿地生态系统健康评价的结果，分析各湖泊存在的主要问题，分别有针对性地提出各湖泊的管理建议。

3.1 星海湖

星海湖的综合评分在6个湖泊中最低，水生系统境健康处于亚健康，面临的各种威胁因子较多，9项指标处于不健康状态，其水质差，一直处于劣Ⅴ类，水体中度富营养化，湿地生物种类单一，湖泊水体流动性弱，自净能力差，周边有污染源，人类活动强度较大，多种原因造成湖泊生态环境脆弱。在管理中，首先应加强水文调控管理，限制水质较差的沟道水排入湖内，科学补排水，促进湖泊水力流动；其次加强点源污染防控，限制鱼类养殖、钓鱼，加强湖泊生态保护宣传，周边工业污水、生活污水需处理达标排放。

3.2 沙湖

沙湖的生态系统健康健康评价处于亚健康，5项指标处于不健康状态，水质较差，轻度富营养化，周边污染源较多。沙湖是封闭水体，湖泊自净能力差，生物多样性减少，周边农业面源污染严重，工业污水排放，通过地下水补给、沟道水渗漏对沙湖造成污染。管理中，首先应加强水文调控管理，科学补排水，促进湖泊水力流动；其次加强点源污染的管控，控制沙湖中燃油船的使用、加强生活污水的收集和处理、加强生态保护宣传等；最后周边农业及工业污染，应协调当地政府加强管控。

3.3 阅海

阅海的生态系统健康评价处于亚健康，8项指标处于亚健康状态，周边植被扰动严重，土壤盐渍化，植物生长受到严重影响，生物多样性差单一。银川市典农河穿阅海而过，水体整体流动性较弱，典农河的水质直接影响阅海的水质，因此阅海的管理与典农河的管理密不可分。管理中，首先应当控制水质较差的沟道水进入典农河，其次充分利用典农河沿线3座污水处理厂的再生水，向典农河补给水量，促进水体流动，来提高水体的自净能力，最后应加强湖泊周边盐渍化土壤的治理，恢复湿地植被。

3.4 鸣翠湖

鸣翠湖的生态系统健康评价处于健康，在宁夏引黄灌区中属于状态较好的湖泊，但仍有3项指标处于不健康，水体自净能力较差，人类活动强度大，周边污水处理率低，湖泊生态系统容易受到破坏，水质变化波动较大。在管理中，应注意旅游开发与湿地生态健康保护相协调，禁止水产养殖，建设生活污水收集及处理工程，同时可采用生物技术提升湖泊水体自净能力。