天津市陈台子排水河汇水区域水生态调查分析及生态功能综合评估

李莉 张征云 宋兵魁 李燃

（1. 天津市环境保护科学研究院，天津 300191；2. 天津环科环境规划科技发展有限公司，天津 300191）

1 引言

水生态环境功能分区管理是实现单一水质目标管理向水质水生态双重管控、目标总量控制向容量总量控制的重要手段［1-4］，是水污染防治工作的重要抓手。为研究建立海河流域水生态环境功能分区管理体系［5］，探索推行基于控制单元的差别化流域水环境管理政策［6］，针对基础环境状况调查、主要功能分区评价方法、管理目标确定、政策管理措施建议等水生态环境功能分区核心管理需求，天津市开展了水生态环境功能分区管理体系框架搭建方法研究工作，形成天津市基于“分区—评价—目标—措施”的水生态环境功能分区管理体系框架，并重点选择中心生态城片区、临港经济区、陈台子排水河汇水区域、渤龙湖片区等部分典型区域，深入开展区域水生态环境调查，运用相关技术方法探索开展区域水生态环境状况评价和功能定位研究。

本研究选取陈台子排水河为研究对象，进行水生态环境调查与样品采集，并进行了调查结果分析和生态多功能指标评估，初步探索典型区域环境功能评价，为开展独流减河典型汇水区域水污染防治工作提出对策建议。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

为开展天津市水生态环境功能分区分级评价工作，本研究选择陈台子排水河典型区域，即人类活动频繁密集的区域，开展水生态环境调查及调查评估。陈台子排水河汇水区为典型生活区代表，沿线途经天津市区生活区及西青区沿线小城镇地区。其中，途经天津市内南开区嘉陵街、王顶堤街、华苑街3 个街道，人口约30 万人；途径西青区西营门街、李七庄街、精武镇和张家窝镇，直接汇水区域人口约2.5 万人。

陈台子排水河为人工修挖的排水河道，自密云路泵站出口起，至西青区陈台子，全长17.2 km，河底宽8～25 m，下游过水能力41 m3/s，流经西青区、南开区、滨海高新区，其中，市区段长约6 km，环外段长约11 km。目前主要来水包括中心城区城市径流、咸阳路污水处理厂尾水以及精武镇等周边区域的排沥，是独流减河的一条重要汇入支流。陈台子排水河自北向南分别与大沽排水河以及丰产河、大南河干渠、小南河干渠、西排干、东排干、陈台子干渠6 条一级支流通过泵站和闸涵相连通，6 条一级支流又分别与3 条二级支流相连通。陈台子排水河最终通过陈台子泵站汇入独流减河。

2.2 调查内容及指标

调查内容主要包括陈台子排水河汇水区域市区段与环外段的浮游植物、浮游动物、底栖动物、鱼类、水生植物、陆生植物和水质等指标。其中，陈台子排水河汇水区域市区段设置2 个采样点，分别为侯台公园桥（1＃）和华苑西路桥（2＃），环外段设置3 个采样点，分别为小南河泵站（3＃）、小元泵站（4＃）和陈台子泵站前（5＃）。采样点分布如图1 所示。

图1 采样点分布

2.3 调查及分析方法

2.3.1 浮游植物调查

2.3.1.1 采样和鉴定

浮游植物的定性采集用25＃浮游生物网捞取，样本以1.5%的碘液固定，为了长期保存可加少许福尔马林液；种类鉴定主要参照《中国淡水藻类》［7］、《淡水微型生物图谱》［8］和《中国淡水生物图谱》［9］，分类鉴定时优势种类鉴定到种，其他种类鉴定到属。浮游植物的定量要伸到水面以下0.5 m 采集，通常采水1 000 mL，立即加入碘液15 mL 固定［10-11］。带回实验室后进行沉淀与浓缩至30 mL，取0.1 mL 标本液镜检，每瓶标本计数2 片，取其平均值。

2.3.1.2 现存量测定

浮游植物的现存量［12］利用公式计算，参考张觉明等主编的《内陆水域渔业自然资源调查手册》［13］中藻类相关种类的平均湿重，通过浮游植物的平均湿重来计算其生物量。

2.3.2 浮游动物调查

2.3.2.1 采样和测定

浮游动物采集和鉴定采用全国内陆水域水生生物和环境调查规范中的方法［14］。定性采集用13＃浮游生物网捞取，样本立即以5%的福尔马林液固定，优势种类鉴定到属。定量利用有机玻璃采水器在0.5 m 深处采集，采水5 L，通过25＃浮游生物网过滤，收集在100 mL 的广口瓶中，加入5%的福尔马林液固定［15-17］。定量样本充分摇匀，迅速吸取1 mL 镜检，每份样品同样计数2 片，取其平均值，然后按浓缩倍数换算成1 L 水中大型浮游动物个体数。

2.3.2.2 生物量测定

体长是浮游动物生物个体的重要指标，它与个体的生长、繁殖以及个体的各种组分都有密切的关系［18］。浮游动物应分门别类地测量50～100 个个体的体长，根据简化公式，求出生物体积，并假定比重为1，则获得体重，再乘以个体数，则获得生物量。

2.3.3 底栖动物调查

2.3.3.1 采样与鉴定

用面积为1/20 m2的改良的彼得生采泥器采样，将采集上泥样全部倒入塑料盆内，经40 目（筛孔0.42 mm）分样筛筛洗，将肉眼看得见的动物连同所余杂物全部装入塑料袋带回室内分检。根据文献［19-20］将环节动物、甲壳动物、软体动物分类后移入7%甲醛溶液中固定，24 h 后再移入75%的乙醇中保存。软体动物和水栖寡毛类的优势种应鉴定到种，疑难种类应有固定标本，以便进一步分析鉴定；水栖寡毛类等应在解剖镜或显微镜下观察鉴定。

2.3.3.2 生物量测定

将采到的底栖动物按不同种类准确统计个体数，再根据采泥器的开口面积推算出1 m2内的数量。小型种类，如水丝蚓、沙蚕等经滤纸吸取标本上附着的水分后置于天平上称重；由于软体动物已死亡，只剩下壳，所称出的软体动物质量即为壳重。

2.3.4 鱼类调查

根据水域特点，为减少对鱼类造成的影响，采用地笼、流刺网等捕捞工具进行定点样品采集［21］。采样时，将地笼在采样点里静置一夜或一个白天后收起，每次下网和收网在日落和日出时进行，并对沿岸渔民进行走访调查。

2.3.5 大型水生植物及沿岸陆生植物调查

调查采样点水生植物及陆生植物的种类和盖度。挺水植物、浮叶植物和漂浮植物种类可直接在采样点观察记录，沉水植物用镰刀采集出水后初步鉴定种类，同时对每种植物的野外生长情况拍照，准确鉴定水生植物及陆生植物的种、属［22-23］。多度采用目测估计法，通用的德氏（Drude）多度级记录［24］。

2.3.6 水质监测

水环境支持功能是河流为水生生物提供良好生境质量的基本功能，水质状况越差，水环境支持功能越低［25］。本次研究在开展水生态调查的同时，于2018 年9 月20 日开展了一次水质监测，分别在陈台子排水河市区段设置华苑西路桥、迎水桥、复康路桥下、铁路桥下和三孔闸5 个监测点位，在环外段设置陈台子泵站、小元泵站、京华桥、小南河桥、丰产河闸和自来水河闸6 个监测点位。水质指标主要为水温、溶解氧、pH、氨氮、总磷、高锰酸盐指数等。

2.4 生态多功能指标评估

水生态功能评估是对功能各要素优劣程度的定量描述，通过评估可以明确功能状况，为河流规划与管理提供依据［26］。本研究采用生态多功能指标综合评估法进行生态功能评价，选取水生生物多样性功能状况、野生生物栖息地功能状况、水质状况、水文情势状况等四大类指标，分别为每个单项指数进行赋值，同时结合海河流域已有水生态环境功能综合评价研究成果，最后采用加权求和的方式计算各评价指标的分值，具体见表1。

表1 水生态功能评估指标

在上述4 个单项指数的基础上，采用求和的方法，计算水生态系统综合指数，根据分级标准，确定水生态功能综合功能等级。计算公式如下：

式中，I综合为水生态功能综合指数；Ii为单向功能指数。

水生态系统综合指数介于4～20 之间，可以按照表2 中标准进行等级划分。

表2 水生态功能现状综合评估分级

3 调查结果

3.1 浮游植物

3.1.1 浮游植物种类组成

本次调查共采集浮游植物分属8 门50 属。其中，绿藻门18 属，硅藻门13 属，蓝藻门11 属，裸藻门3 属，金藻门2 属，甲藻门、黄藻门、隐藻门各1属。优势种主要有蓝藻门的微囊藻属、颤藻属、鱼腥藻属，硅藻门的直链藻属，黄藻门的黄丝藻属。

3.1.2 浮游植物密度及生物量

根据陈台子排水河汇水区域调查分析，2018 年9—10 月采样点的浮游植物密度最大为253.80×104ind/L，生物量为1.65 mg/L。该区域平均密度为156.05×104ind/L，平均生物量为1.29 mg/L。从各门的调查结果来看，蓝藻门均值密度最大，为88.17×104ind/L，均值生物量为0.67 mg/L；绿藻门、硅藻门、黄藻门密度次之；隐藻门、裸藻门密度最小。

研究区域浮游植物密度分布见图2。

研究区域浮游植物生物量分布见图3。

图3 陈台子排水河汇水区域浮游植物生物量分布

比较陈台子排水河汇水区域市区段（1＃，2＃）与环外段（3＃，4＃，5＃），在浮游植物的组成和生物量上无明显差异。

3.2 浮游动物

3.2.1 浮游动物种类组成

本次调查鉴定浮游动物共31 属43 种；轮虫9属19 种；枝角类6 属7 种；桡足类4 种；原生动物12 属13 种。优势种主要有剑水蚤、桡足幼体、无节幼体、曲腿龟甲轮虫、萼花臂尾轮虫、累枝虫。

3.2.2 浮游动物密度及生物量

根据陈台子排水河汇水区域调查分析，采样点的浮游动物密度最大为415.60 ind/L，生物量为3.53 mg/L。该区域平均密度为225.58ind/L，平均生物量为1.36mg/L。其中，轮虫的均值密度最大，为140.00 ind/L，占62.06%；原生动物的密度次之，为43.5 ind/L，占19.28%；桡足类的密度第三，为39.52 ind/L，占17.52%；枝角类的密度最少，为2.56 ind/L，占1.13%。研究区域浮游动物的密度分布见图4。

图4 陈台子排水河汇水区域浮游动物密度分布

研究区域浮游动物生物量分布见图5。

图5 陈台子排水河汇水区域浮游动物生物量分布

比较陈台子排水河汇水区域市区段（1＃，2＃）与环外段（3＃，4＃，5＃），市区段浮游动物生物量约为环外段的3 倍，且市区段的桡足类生物量远高于环外段，环外段的原生动物较为丰富。

3.3 底栖动物

陈台子排水河汇水区域市区段底栖动物主要为摇蚊幼虫，而环外段底栖动物种类多样，包括水丝蚓（L. hoffmeisteri）、颤蚓（T. sinicus）、囊螺（Physa acuta）等，具体见表3。

表3 陈台子排水河汇水区域底栖动物种类、丰度及生物量组成

3.4 鱼类

本次调查鱼类主要包括鲤（Cyprinus carpio）、鲫（Carassius auraues）、餐条（Hemiculter leucisculus）、麦穗（Pseudorasbora parva）、泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）。

3.5 大型水生植物及沿岸陆生植物

3.5.1 水生植物

通过调查分析得知，陈台子排水河汇水区域市区段主要水生植物以人工生态浮岛中的植物为主，包括挺水植物东方泽泻［Alisma orientale（Samuel.）Juz.］、水生鸢尾（Iris tectorum Maxim.）、莎草（Cyperus rotundus L.）、漂浮植物莲子草［Alternanthera Sessilis（Linn.）DC.］、沉水植物铜钱草［Hydrocotyle chinensis（Dunn）Craib］；环外段主要植物为沉水植物金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.），漂浮植物以凤眼蓝（Eichhornia crassipes）、苤菜（Hydrocharis dubia）、浮萍（Lemna minor）最常见，4＃采样点有较多芦苇分布。

对比市区段与环外段，市区段的水生植物多为生态浮岛绿化植物，以挺水植物为主，环外段多以沉水植物和漂浮植物为主。

3.5.2 陆生植物

通过调查分析得知，陈台子排水河汇水区域市区段主要陆生植物以绿化带植物为主，种类单一，包括1＃采样点的垂柳（Salix babylonica）以及2＃采样点的槐树（Sophora japonica Linn.）；环外段主要陆生植物种类多样，包括一年生草本植物狗尾草［Setaria viridis（L.）Beauv.］、紫花香薷（Elsholfizia argyi Levl.），多年生草本植物水甜茅（Glyceria aquatica），灌木碱蓬［Suaeda glauca（Bunge）Bunge.］、白刺花［Sophora davidii（Franch.）］、乔木夹竹桃（Nerium indicum Mill.）、垂柳（Salix babylonica）、榆树（Ulmus pumila L.）、银合欢［Leucaena leucocephala（Lam.）de Wit］、火炬树（Rhus Typhina）、刺槐（Robinia pseudoacacia b/Linn.）。

对比市区段与环外段，市区段陆生植物为种类单一的绿化植物，环外段植物种类丰富，包含一年生草本、多年生草本、灌木以及乔木。

3.6 水质状况

研究区域市区段片区水质监测结果见表4。

表4 陈台子排水河市区段片区水质监测结果

研究区域环外段片区水质监测结果见表5。

表5 陈台子排水河环外段片区水质监测结果

监测结果显示，陈台子排水河环外段小南河桥以南断面水质略有超标，主要超标因子为总磷。河道市区段和环外段的2 个末端三孔闸和陈台子泵站水质略差，与水体循环较差有一定关系。从地域看，市区段的水质劣差于环外段。总体来看，整个沿线断面呈现劣V 类，主要污染因子为氨氮、总磷和化学需氧量。对照西青区陈台子排水河沿线断面2018 年前3个季度逐月监测数据，本次调查水质情况与前3 个季度总体水质趋势一致。

4 生态多功能指标评估

水生生物多样性功能状况、野生生物栖息地功能状况、水质状况、水文情势状况等四大类指标，是采用生态多功能指标综合评估法对水生态环境功能分区开展生态功能评价的基础［27］。

4.1 陈台子排水河市区段水生态功能综合评估

根据调查结果及各指标功能状况评价方法得出：陈台子排水河市区段水生生物多样性维持功能综合指数为2.5 分，野生生物栖息地维持功能综合指数为2 分，水质功能评价结果为1.6 分，水文支持功能指数赋值3 分。综合上述4 个指标评定，陈台子排水河市区段水生态功能评分为9.1 分，综合水生态功能等级为D 级，水生态系统受到较大程度的人类活动干扰，景观河道难以发挥正常的生态功能，仅具备基本的生态功能。

4.2 陈台子排水河环外段水生态功能综合评估

根据调查结果及各指标功能状况评价方法得出：陈台子排水河环外段水生生物多样性维持功能综合指数为2.3 分，野生生物栖息地维持功能综合指数为2.5 分，水质功能评价结果为1.33 分，水文支持功能指数赋值4 分。综合上述4 个指标评定，陈台子排水河环外段水生态功能评分为10.13 分，综合水生态功能等级为D 级，水生态系统受到较大程度的人类活动干扰，保持较低生态状态，能发挥一定程度生态功能。

综合以上分析，陈台子排水河水生态功能等级为D 级，水生态环境功能相对较差。河道主要以人工景观河道为主，河道流量、流速及走向都受强烈人工干预，总体水生态环境基础较差。河道主要承担部分排水及排沥作用，由于河道护砌、水工构筑物等影响，难以构建完整的水生态系统，因此研究区域在水生生物多样性功能、野生生物栖息地功能方面普遍评分较低。考虑到天津市河道总体人工干预强烈的特点，本研究区域内的河道和水体，特别是市内景观水体具有一定的代表性。

5 结论

（1）陈台子排水河市区段均为人工种植的绿化带，陆生植物较为单一。大型水生植物也为人工投放的生态浮岛上的植物，河道底部已被改造成石底，有鲤、鲫、餐条、麦穗、泥鳅等鱼类的存在。桡足类含量较为丰富，浮游植物含量较高，分析原因可能由于自然的水生植物较少，浮游植物大量生长。应注意雨污混流、雨污合流等生活排污对该水域的影响，可多投放生态浮岛以维持水体各类生物的稳定，增加物种的多样性。

（2）陈台子排水河环外段受人为干扰较少，但多设有泵站，可能会对鱼类的洄游习性产生不良影响。陆生植物、大型水生植物种类都较为丰富，有极好的稳定性，广泛分布鲤、鲫、餐条、麦穗、泥鳅等鱼类，底栖生物种类较多，丰富且较为合理的浮游动植物为鱼类提供了充足的营养来源，但应注意的是5#采样点的浮游动物较少，可能会有水质恶化的情况发生，应严加控制该地区的农业排污情况，维持该地区的生态稳定。

（3）依照现有水生态多指标功能综合评估方法，本研究区域在水质状况上得分相对较低。水质功能是影响区域水生态环境功能评估的主要约束性指标。一方面，单因子评价方法使得单一水质指标较差，直接导致水质评分较低；另一方面，更体现出调查区域内水环境质量有待提高的现状。对比《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）和水生态环境评价方法发现，水质状况评分得分3 分，基本达到地表水质量Ⅳ类要求。研究区域内河道主要以污水处理厂出水和排沥水为水源来源，因此加强污水处理厂稳定达标排放，因地制宜地开展水生态修复，是提升区域水质和区域水质评分的重要工作。