平原区沟渠水文形态调查与分析研究

郭 浩，洪运亮，夏照华，苏慧敏，冯 阳，王 红，高 鑫

(北京地拓科技发展有限公司，北京 100084)

河流生态系统是水资源主要的承载形式之一，其健康与否对保护水资源和水域生物多样性有着重要的影响[1-2]。河流生态系统是一个复杂、开放、动态、非平衡和非线性的系统，健康的河流生态系统离不开正常的河流水文形态，河流的许多功能都是以河流水文形态为基础的[3]。河流水文地貌特征是在水文和地貌因素共同作用下形成的水文特征和地貌特征，也是水域生态系统特征的重要成因。

为提高河流生态恢复的针对性和科学性，以科学的方法评价和分级，从而区分出需要重点保护或治理的河段，北京市在2010—2012年第一次水务普查工作中，对全市山区567条小流域的主沟道开展了水文形态调查，查清了山区小流域沟道的生态现状及受人为干扰的程度，为生态清洁小流域建设和河流生态修复发挥了重要作用[4-6]。然而，目前北京的水文形态调查与分级研究多集中在山区[3-6]，对在平原区承担着重要的防洪、除涝、生态等功能的沟渠研究较少。为加强山区与平原区河流生态环境一体化诊断，借鉴山区水文调查经验，研究确定了平原区沟渠水文形态调查指标与分级评价方法，并以丰台区为例进行了实践。

1 研究区概况

丰台区位于北京市西南部，面积305.87 km2，在城六区中居第三。全区呈东西狭长形，东西长35 km ，南北宽14 km。

丰台区河流分属永定河、北运河、大清河水系，主要为平原区河流。永定河由北向南穿过丰台区全境，永定河以东地区(以下简称“河东”)为永定河冲积、洪积平原，永定河以西地区(以下简称“河西”)为低山、丘陵、台地及山前洪积倾斜平地。地势由西北向东南倾斜，西北部最高的马鞍山海拔690.33 m，东南部最低的石榴庄村附近海拔35.0 m。河西的西部低山丘陵区为西山坡积物风化土，南部为小清河冲洪积土；河东则均为永定河冲洪积土。

丰台区属于典型的暖温带大陆性半干旱气候区，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨；多年平均气温11.7 ℃，年无霜期203 d，年平均日照时数2 712.5 h；多年平均降水量580.6 mm(1956—2009年)，降水年内和年际分布极不均匀，汛期(6—9月)降水量占全年降水量的82.9%。

2 调查内容与方法

2.1 调查内容

基于前述研究成果，为获取沟渠水文形态调查单元的空间位置、基本数据、水文形态特征、植被特征、岸边带土地利用特征、排污或其他人为活动情况等，围绕以下内容开展调查(包括但不限于以下内容)：沟渠名称、调查单元数量、调查单元编号、地理位置、是否暗涵、照片编号、地质状况、河床底质、平面形态、有无常流水、河道两岸是否建有护堤工程、护堤工程类型、横向拦挡建筑物数量和材料、河底状况、植被特征、岸边带土地利用特征，以及是否有污水、垃圾、采砂、取水、跨河桥或路、侵占河道现象等。

2.2 调查方法

借鉴山区水文调查经验，围绕沟渠名称、调查单元数量、调查单元编号、调查单元基本数据、水文形态特征、植被特征、岸边带土地利用特征、排污或其他人为活动情况等八大类共25个分指标开展平原区沟渠水文形态调查。具体调查指标包括：沟渠名称、调查单元数量、调查单元编号、地理位置、是否暗涵、照片编号、地质状况、沟床底质、平面形态、常流水、宽型护堤工程、窄型护堤工程、生态护堤工程、横向拦挡建筑物、河底状况、植被特征、左岸土地利用特征、右岸土地利用特征、污水、垃圾、挖砂、取水、跨河桥或路、侵占河道、防洪隐患等25项指标。具体调查方法如下：

(1)采取徒步实地调查的方式。水文形态外业调查根据沟渠调查名录进行。

(2)从河流出口开始，自下游向上游开展调查。划分调查单元，水文形态要素均匀、一致的河段为一个调查单元，最短不小于10 m，最长不大于500 m。

(3)采用掌上GPS对每个调查单元进行起始点定位、路线跟踪与特征记录。

(4)记录沟渠名称、调查单元数量、调查单元编号、调查单元基本数据、水文形态特征、植被特征、岸边带土地利用情况、排污及其他人为活动情况等，并填写平原区沟渠水文形态调查表。为提高外业调查的工作效率，外业调查对每类指标可只填写代码，后期根据代码转换成具体的指标项。基本数据包括单元的地理位置、是否暗涵、照片编号、地质状况、河床底质、平面形态、有无常流水；水文形态特征主要调查影响沟渠三向连续性的工程，内容包括沟渠的河堤工程、横向拦挡建筑物和沟底改造工程；植被特征主要调查河流植被受人类活动改造或破坏的程度；岸边带土地利用主要调查岸边带的主要土地利用类型；排污及其他人为活动主要调查河流是否有污水排放、垃圾倾倒、采砂、取水、跨河桥或路、侵占河道等情况。

(5)采用GIS技术完成调查数据的输出与整理。

3 水文形态等级评价指标、标准及流程

3.1 评价指标

参考山区小流域主沟道水文形态评价方法，充分考虑平原区沟渠和山区主沟道水文形态的区别，以及平原区沟渠某些特殊作用(如取水、景观等)，考虑沟渠连通性因子，增加生态护堤工程因子参与评价分级。具体评价因子见表1。

表1 沟渠水文形态的评价因子

注：表中沟床底质、人为影响下的河流连续性、河岸的改造、外界胁迫因子为监测与评价因子，共同构成评价因子体系；其余仅为调查因子，不参加评价。

3.2 评价标准

为与山区保持一致，在对平原区进行沟渠水文形态评价时仍沿用五级评价体系[5](表2)。

3.3 评价流程

参照山区小流域主沟道水文形态等级评价流程，结合平原区沟渠水文形态评价指标体系与标准，确定平原区沟渠水文形态评价与分级流程，具体评价流程如下：

(1)首先根据沟渠连通性指标进行水文形态的判断，区分出V级沟渠与非V级沟渠。如果沟渠横向、纵向与底部3个方向均不连通，则将此沟渠水文形态级别定为V级。

表2 平原区沟渠水文形态分级标准

(2)根据沟渠内是否有横向拦挡建筑物将其划分成两大类，对非V级沟渠进行水文形态级别评定。

(3)如果沟渠内有横向拦挡建筑物，根据拦挡建筑物高度、沟渠纵向连通性等指标确定沟渠水文形态级别。①拦挡建筑物高度≥30 cm，该沟渠水文形态级别为Ⅳ级。②拦挡建筑物高度<30 cm，如沟渠纵向不连通，则根据沟宽、沟道纵比降、淤积状况分两种情况定级：沟宽<10 m或沟道纵比降<0.80或淤积状况≥40%，为Ⅳ级；沟宽≥10 m或沟道纵比降≥0.80或淤积状况<40%，为Ⅲ级。③拦挡建筑物高度<30 cm且沟渠纵向连通，根据护堤工程类型分类进行定级：对于窄型护堤工程，如果两岸均有护堤工程，水文形态定为Ⅲ级，只有一岸有护堤或两岸均无窄型护堤工程，水文形态定为Ⅱ级；对于宽型护堤工程，如果一岸或两岸存在护堤工程，水文形态定为Ⅱ级，如两岸均无宽型护堤工程，但有外界胁迫因子(垃圾、生活污水、养殖污水、排污口污水、采砂等)，水文形态定为Ⅱ级，无外界胁迫因子的沟渠，水文形态级别为Ⅰ级；对于生态护堤工程，如有外界胁迫因子，该沟渠水文形态级别为Ⅱ级，如无外界胁迫因子，其水文形态级别为Ⅰ级。

(4)如果沟渠内无横向拦挡建筑物，可按照窄型护堤工程、宽型护堤工程和生态护堤工程判定沟渠的水文形态级别。①如果沟渠两岸建有窄型护堤工程，其水文形态级别为Ⅲ级，只有一岸建有窄型护堤工程的，水文形态为Ⅱ级；②如果沟渠一岸或两岸建有宽型护堤工程，该沟渠水文形态为Ⅱ级，两岸均无宽型护堤工程，但有外界胁迫因子时，其水文形态为Ⅱ级，无外界胁迫因子时，该沟渠水文形态为Ⅰ级；③如果沟渠有生态护堤工程且有外界胁迫因子时，该沟渠水文形态为Ⅱ级，无外界胁迫因子时，该沟渠水文形态为Ⅰ级。

4 结果与分析

丰台区平原区沟渠中水文形态级别以Ⅲ级以下为主，Ⅲ级以下沟渠总长度为57.22 km，占丰台区平原区沟渠总长度的75.34%。其中，Ⅰ级总长度为5.56 km，占丰台区平原区沟渠总长度的7.32%；Ⅱ级总长度为13.13 km，占17.29%；Ⅲ级总长度为38.53 km，占50.73%；Ⅳ级总长度为6.43 km，占8.47%；Ⅴ级总长度为12.30 km，占16.19%。

5 结论与建议

本研究借鉴山区小流域主沟道水文形态评价的经验，结合平原区沟渠的特点，确定了平原区沟渠水文形态调查的指标内容、评价指标体系、评价标准及分析评价流程，并以丰台区为试点，对本研究所确定的方法进行了实地验证。试点结果表明，采用以沟渠连通性、外界胁迫因子、两岸护堤状况等为基本因子的分级评价体系所得结果能反映实际情况，可为平原区沟渠的治理与生态修复提供基础数据支撑。