【摘 要】
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人类活动和气候变化影响下,河流的断流枯竭、水质恶化以及自然河道改变已经成为损害河流生态系统健康发展的影响要素。松花江流域是我国七大流域之一,其源头流域地处于长白山国家自然保护区,生态价值巨大,发源地长白山天池也是中朝的界湖,松花江源头流域的河流健康状况直接影响到中国东北地区人们的生产生活,也关系国内外的用水安全。以往研究缺乏对松花江源头流域长期水文、水质及环境因子演变规律及耦合关系的分析,也没有建
【基金项目】
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国家林业和草原局科技成果转化项目（2020133121）； 国家重点研发计划（2017YFD0601103）； 黑龙江省林业科研专项项目（201522）； 吉林省水利科研项目；
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人类活动和气候变化影响下,河流的断流枯竭、水质恶化以及自然河道改变已经成为损害河流生态系统健康发展的影响要素。松花江流域是我国七大流域之一,其源头流域地处于长白山国家自然保护区,生态价值巨大,发源地长白山天池也是中朝的界湖,松花江源头流域的河流健康状况直接影响到中国东北地区人们的生产生活,也关系国内外的用水安全。以往研究缺乏对松花江源头流域长期水文、水质及环境因子演变规律及耦合关系的分析,也没有建立量化河流健康水平的体系及评价研究,这限制了已退化水生态系统的修复以及河流科学管理措施的提出。本研究以松花江源头流域为研究对象,首先探讨流域65年长序列水文要素的特征规律及敏感性关系,然后研究2015～2020年流域水环境质量时空变化格局及关键影响因子,之后分析了流域水质受水文及环境因子影响的耦合关系,最后在揭示流域水文及环境条件、水质状况的生态背景情况下,从水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性和社会服务功能可持续性五方面探究松花江源头流域的河流健康状况。初步结果如下:（1）松花江源头流域水文要素演变特征及敏感性分析:研究期间流域的降水和径流呈逐波动趋势,蒸发呈逐年下降趋势;头道松花江子流域的多年平均降水量高于二道松花江子流域,多年平均蒸发量和径流量小于二道松花江子流域;流域降水、蒸发和径流的季节分配不均,夏季占比最大,冬季最少;空间分布是从上游到下游呈减少趋势。从突变检验结果可以看出,流域降水突变发生在序列两端;蒸发突变在头道松花江子流域发生于2000和2002年,二道松花江子流域发生于2005年;流域径流突变在两个子流域有差异。从径流对降水和蒸散发的敏感性分析结果可以看出,流域降水是径流的重要影响因素,年均径流与降水呈显著正相关关系（P＜0.01）,降水每增加10mm,径流增加7.3～8.5mm;春、夏、秋三季径流与降水的相关程度显著高于冬季。流域径流与蒸发的相关性较低,春季存在显著正相关关系。径流系数越高的地区,流域降水越少,其径流对降水越敏感。（2）松花江源头流域水环境质量时空分布特征分析评价及小模型的建立:流域水质状况在2015～2020年一直处于“良好”水平（达到国家Ⅱ类标准）,呈逐年改善趋势;从流域水质状况的空间格局来看,从上游到下游逐渐变差。流域水质的季节变化具有明显特征,头道松花江子流域水质状况在秋季最差（IWPI=34.8）、二道松花江子流域水质状况在夏季最差（IWPI=21.7）,两个子流域的冬季水质状况最好（IWPI为24.6和14.1）。在松花江源头流域建立稳定性好,性能优异的IWPImin水质评价模型,头道松花江子流域和二道松花江子流域分别由不同的四个关键水质参数组成（化学需氧量、氨氮、总氮、总磷;高锰酸盐指数、溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量）,通过熵权法赋权的IWPImin模型其水质评价结果优于WPImin模型（最大隶属度）。（3）松花江源头流域气温、水温变化特征及水文要素与温度对水质影响的耦合关系:流域的气温和水温在研究期间均呈波动变化趋势,季节差异显著,二道松花江子流域的气温和水温均高于头道松花江子流域。流域总体水质的水污染指数与各水质参数的水污染指数、温度、水文要素均呈显著正相关关系（除二道松花江子流域的径流）,其中,水温的单独作用、温度与降水蒸发交互作用对水质的影响最大。头道松花江子流域春、夏、秋季水质的关键影响因子为温度;二道松花江子流域春、夏、秋季关键影响因子分别为降水蒸发、温度和径流。流域春、秋季水质还受温度与降水蒸发交互作用的影响;冬季主要受径流的影响。（4）松花江源头流域河流健康评价等级均处于“健康”水平（69.5,72.8分）,各河段也均处于健康水平（66.4～76.7分）,上段的评价等级高于中、下段。河流各段的功能状况层评分均高于对应河段的生态状况层,头道松花江干流除上段的功能状况层处于非常健康水平,其他河段的功能状况层和所有河段的生态状况层均处于健康水平;二道松花江干流的功能状况层均处于非常健康水平,生态状况层均处于健康水平。松花江源头流域的河流除所有河段生物完整性亚准则层以及二道松花江干流中、下段的化学完整性亚准则层的健康评价等级处于不健康或亚健康水平,其他各亚准则层均处于健康或非常健康水平。生态流量满足程度是水文完整性亚准则层的关键影响指标;水功能区达标状况是化学完整性亚准则层的关键影响指标;形态结构完整性亚准则层的排污口布局合理程度指标分数差异大,对该亚准则层影响大;生物完整性亚准则层在五个层次中分数最低,鱼类保有指数是本亚准则层的关键影响指标;社会服务功能可持续性亚准则层整体评分较高,二道松花江干流分数高于头道松花江干流。本文认识了松花江源头流域水文和水质的时空变化格局,探究了径流对气象要素的敏感性,建立了水质评价的优化模型,分析了环境因子特征并揭示了水文、水质、环境要素间耦合关系,并通过构建具有适应性的松花江源头流域河流健康评价体系,对流域的河流健康状况进行评价,为河流健康的科学管理、有效修复和合理调度奠定基础,具有重要的实践意义。
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