雨源型河道生态修复评价指标体系构建及应用

2020-09-16母家乐卢建江周志鹏孙飞云董文艺

天津科技 2020年9期

母家乐，卢建江，谭琴，周志鹏，宋姿，孙飞云，董文艺

(哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055)

江河湖泊作为城市发展建设的重要资源载体，在城市的发展中发挥了十分重要的作用[1]。然而在经济高速发展的背后却以严重的环境污染作为代价，尤其是河流等水资源。目前，针对已经被污染的河流，如何进行水生态修复已是迫切需要解决的问题。河流的主要问题表现在以下几个方面[2]：①洪水的严重程度；②排水的频率；③河流和湖泊中沉积物增加；④水体，特别是地面水和地表水的高度污染；⑤点源及面源污染尤为突出；⑥水生生态系统严重退化。为了应对河流污染问题，各城市实施了一系列城市河流生态系统综合管理项目，旨在恢复河流中的水生态系统。目前，城市河流生态环境综合治理技术主要可分为点源污染治理技术、面源污染治理技术和内源污染治理技术[3]，而针对雨源型河流的综合评价指标及修复技术手段还不够完善。

雨源型河流因具有雨旱季流量、水质波动大，水质成分特殊及采样代表性差等特点，使得其生态恢复评价不同于已广泛开展的常规城市河流生态恢复评价[4]。因此，建立对海滨城市雨源型河流特性的评估指标，正确评估城市雨源型河川健康状况，探索雨源型河川水生态变化规律，维护和发挥现有河川生态系统的服务功能，修复损伤体系，维护地区经济、社会和环境是当前十分重要的课题。

1 雨源型河流特性及研究现状

雨源型河流具有雨水补给河流的鲜明生态特征，即：降雨季节变化相应造成河流水量的季节性丰枯变化，大型降雨会造成河道水位的快速涨落，在降雨过程及之后一定时期内形成洪水[5-6]。普遍认为雨源型河流主要有 3个特征：一是径流量源于降水，无降雨时期河流量极小，降雨时期流量激增至数十倍；二是以经过城厢的小沟渠居多，河短流急、大河鲜有，沿河聚集在城区统一排水；三是环境容量小，自净能力低，如果排入污水，则很容易变黑并产生异味。呈明显的雨源型河流特征的河流，雨季是河，旱季成沟，缺乏动态补充水源，河流污染普遍比较严重[7]。所以，构筑适用于雨源型河川的生态恢复效果的评价系统，识别影响河川生态恢复的重要因素，探索河川流量季节性显著差异对河川生态恢复带来的影响，是当前迫在眉睫的任务。

2 雨源型河流生态评价指标体系构建

目前，许多发达国家根据其地理条件、水文水质特征及经济综合实力，分别制定了适用于自己国家的河流评价体系；国内对河流的生态恢复评价也主要是从自身结构、生态功能和服务功能3方面对其生态恢复现状进行评价[8]。这些研究对雨源型河流生态恢复评价研究具有一定的借鉴意义，但以往的研究都是从总体上把握河流生态恢复程度，对影响河流生态恢复的因素没有进行深入考虑和分析。对河流生态恢复评估的研究不仅应了解河流目前的状况，还应查明影响河流生态恢复的主要参数及其影响程度，并针对主要因素采用科学合理的治理措施，以改善和加快河流的生态恢复。

2.1 构建原则

为了评估河流的生态恢复程度和保持其水域的生态健康发展，评估指标必须理性地映现河流的生态恢复状况，并提供关于变化状况、趋势和原因的信息，更便于实现政府决策和科学研究等目的。因此，构建评价指标体系应遵循科学性、综合性、定量定性相结合、独立性、可操作性与应用性、层次性与稳定性6大原则。

2.2 评价指标的选择

以健康无污染状态下的河川作为生态修复的最终目标，本研究通过知网进行文献检索，得到了105篇有关河流生态恢复指标体系研究的文献。以此为依据，按照构建河流生态恢复效果评价指标体系的原则，采用频率分析方法初步筛选分类层指标，选择频率大于5的分类层指标作为基础数据。共有15个指标，各分类层指标出现频数情况见图1。

图1 生态恢复评价初选分类层指标出现频数Fig.1 Frequency of indicators in primary classification layer of ecological restoration assessment

对已经筛选出来的上列15个基础数据进行二次筛选，选择在文献中出现次数高于 30次的基础数据作为本论文的分类层指标。分别为河岸带指标、水体理化指标、水生生物指标、水文指标和社会服务功能5个指标。

完成对分类层指标的筛选后，再对指标层指标进行调研。

根据统计，在这 105篇文献中，出现次数大于15次的指标层指标有：溶解氧、氨氮、总磷、总氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、pH、水功能区水质达标率、流速、流量、弯曲度、生态需水量保证率、生态流量满足率[9]、浮游植物多样指数、浮游动物多样性指数、底栖动物完整性指数[10]、底栖动物多样性指数、鱼类完整性指数、鱼类生物损失指数[11]、河岸稳定性、河岸带植被覆盖率、河岸植被结构完整性、河岸植被带宽度、纵向连通性、河流护岸形式、防洪工程达标率、水资源开发利用率、公众满意度和供水保证率[12]。各分类层出现的指标层指标频数情况见图2。

最终构建了如图 3所示的雨源型河流生态恢复评价指标体系，并拟利用该评价体系对深圳现有的雨源型河流进行综合评价。

图2 生态恢复评价初选指标层指标出现频数Fig.2 Frequency of indicators in primary index layer of ecological restoration assessment

图3 雨源型河流生态恢复评价指标体系Fig.3 Ecological restoration evaluation index system of rain source river

3 雨源型河流生态评价的应用

3.1 研究区概况与监测点位概述

龙岗河是东江的二级支流——淡水河的上游段。它属于东江水系，起源于梧桐山北麓。田坑水河口以上流域面积364.4km2，河长35.53km，平均比降2.7‰。

依据布点原则及现场调研，确定的采样点经纬度如表1所示。

表1 监测点位置坐标Tab.1 Location coordinates of monitoring points

3.2 龙岗河综合评分结果分析

选取 2016年在不同季节(旱季和雨季)2个时间点(2月和7月)的龙岗河5个断面(S1、S2、S3、S4和S5)的监测情况进行综合评价。

3.2.1 龙岗河2016年2月(旱季)综合评分结果分析

如图 4所示，从综合评分来看，沿龙岗河上游至下游，呈先升后降的趋势，其中S3断面评分最高，S5断面评分最低。从水文特征来看，S1，S2及 S3断面评分高，S4和 S5断面评分低，表明龙岗川上游和中游的流速和水量高于下游的流速和水量；从河流河岸来看，S1和 S2断面评分低，S3、S4和 S5断面评分低，即上游河岸的评分低，下游河岸的评分高；从水体理化特征来看，S3断面取得最高评分，上中下5个断面均为较高评分且相差不大，表明龙岗河的整体水质较好；从水生物方面来看，上中游断面的评分高于下游断面的评分，其中 S3断面的评分最高，S5断面的评分最低，即 S5断面的水生物的情况最不容乐观，表明 S5断面水生物的修复效果很弱；从社会服务方面来看，5个断面的社会服务功能评分相差不大，表明龙岗河整体社会服务功能接近。

图4 龙岗河2016年2月综合评分结果Fig.4 Comprehensive score results of Longgang River in February 2016

3.2.2 龙岗河2016年7月(雨季)综合评分结果分析

如图5所示，总的来说，除S3断面评分高于S2断面评分外，S1断面～S5断面评分呈现下降趋势，其中龙岗河7月S1断面的综合评分最高，S5断面综合评分最低。从水文特征来看，S1、S2及 S3断面评分高，S4和 S5断面评分低，表明龙岗河上中游的流速和水量高于下游流速和水量；从河流河岸来看，S1和S2断面评分低，S3、S4和S5断面评分低，即上游的河流河岸状况评分较低，中游和下游评分较高；从水体理化特征来看，上中游断面评分高，下游断面评分低，其中 S5断面的水体理化指标得分最低，说明龙岗河下游水质较差；从水生生物来看，上游 S1断面和下游 S5断面的评分较高，中游 S3断面的评分最低，即 S3断面的水生生物状况最不容乐观，表明该处水生生物修复效果较弱；从社会服务功能来看，上中下5个断面的社会服务功能评分相差不大，表明龙岗河整体社会服务功能接近。