东江水生态水环境监测分析

刘 菁

(广东省水文局惠州水文分局，广东 惠州 516003)

1 概述

水生态水环境监测是维护河湖健康生命的重要抓手，是保障水安全、保障生态安全的基础性工作，事关水利改革发展和生态文明建设全局。开展水生态水环境监测工作，是建立符合新时期水利监管要求的水生态水环境监测评价体系的必然结果，也是建设生态社会、打造美丽江河的迫切任务之一。东江是珠江水系三大河流之一，是河源、惠州、东莞、深圳等地的重要供水水源，承担着向香港地区供水的重要任务，是广东省水资源开发利用程度最高的河流[1-2]。随着经济社会的快速发展，人口增长、城市化、工业化进程不断加快，水生态水环境问题日趋突出，开展东江水生态水环境监测分析评价尤为必要。本文对东江水生态水环境监测情况进行了梳理，分析计算东江有关控制断面的水文特征指标，合理确定生态流量并对其进行分析，进而评价生态流量的生态效果，提出生态流量目标优化方案及生态流量预警评估分析建议，为河流生态健康、幸福河湖建设提供相关技术支撑。

2 流域概况

东江发源于江西省寻邬县桠髻钵，在东莞石龙镇流入珠江三角洲，流域面积(石龙以上)为27 239 km2，其中广东省面积为23 715 km2，约占全流域的87.1%。流域面积1 000 km2以上的一级支流有11条，已建成众多的水利工程，其中大型水利工程和跨流域引水工程主要有新丰江水库、枫树坝水库、白盆珠水库、东深供水工程、东引工程等[3]，东江干流已建成运行的梯级电站有12级，是我省水资源开发利用程度最高的河流。

东江流域降水较为丰沛，多年平均降雨量为1 750 mm。降雨的面上分布一般是中下游比上游多，西南多，东北少，由南向北递减。降雨年内分配不均，其中4—9月份占全年的80%以上。东江多年平均水资源总量为272.1亿m3。其中，广东省境内多年平均水资源总量为242.6亿m3，占流域水资源总量的89.2%。东江多年平均地表水资源量为272.0亿m3，折合径流深1 005 mm。多年平均地下水资源量为74.9亿m3，地表水与地下水不重复水资源量为0.1亿m3。流域水系如图1所示。

2019年东江流域评价河长1 606 km[4]，其中水质为Ⅰ～Ⅲ类的河长约为1 253 km，所占比例为78%，东江干流水质均为Ⅰ～Ⅲ类；劣于Ⅲ类的河流主要是西枝江等支流，主要污染项目为氨氮、总磷、五日生化需氧量和溶解氧。

图1 东江流域示意图及监测断面位置示意

3 监测分析

3.1 河流水文特征分析

东江干流布设有5个水文站，选取龙川、博罗水文站资料进行分析。龙川水文站位于广东省龙川县附城镇，集水面积为7 699 km2， 1951年建成投入使用。博罗水文站位于广东省博罗县罗阳镇，集水面积为 25 325 km2，于1953年建成投入使用。两者观测项目均包括降水、水位、流量及泥沙等，其中降水、水位、流量均已实现自动在线监测。

根据龙川和博罗水文站1956—2019年的长系列逐日实测平均流量资料，通过还原计算，得出还原流量系列。还原计算采用基于水量平衡原理的分项调查还原法：

W还原=W实测±ΔW库蓄±W引水±W分洪+W农耗+W工业+W生活。

根据实测及还原后的龙川、博罗站流量系列，运用算数平均法分别计算多年平均流量；按照水文频率分析法，采用P-Ⅲ型曲线适线分别得到4种保证率(P=75%，80%，90%，95%)下的实测流量和天然流量(见表1)。

表1 主要水文站多年平均流量及不同保证率流量m3/s

根据1956—2019年汛期(丰水期，每年4—9月)、非汛期(枯水期，每年10月—次年3月)实测、天然长系列流量资料，分别计算汛期和非汛期平均流量，并筛选得出龙川站、博罗站最枯月平均流量，据此计算站点最枯月平均流量占该站多年平均流量比例(见表2)。

表2 东江主要水文站最枯月平均流量及不同水期流量

3.2 生态流量分析

3.2.1生态基流分析

生态基流是为维护河湖等水生态系统功能不丧失，需要保留的底限流量过程中的最小值，可根据枯水期水文特点或Tennant法进行计算确定。

1)最枯月平均流量法：以天然月平均流量为基础，用历年最枯月平均流量进行频率分析，选取90%保证率下的最枯月平均流量，作为该断面的年生态基流量。

2)Tennant法：对于流量年内季节性变化明显且水资源开发利用强度不超过60%的河流，参考Tennant法设定不同季节或月份的生态基流。即：

枯水月份(月均流量≤多年日均流量)，(0.1～0.2)×年均流量。

丰水月份(月均流量>多年日均流量)，(0.2～0.4)×年均流量。

采用2种方法进行分析，取其中的最大计算值作为生态基流目标值(见表3)。

表3 东江生态基流目标值分析计算结果

3.2.2生态流量目标

生态流量是维持某一时空范围内生态与环境系统的结构与功能，所需的单位时间内通过河流某一断面的水量。根据东江历史水文资料及东江生态流量目标要求的相关资料，结合当地水资源条件与水生态保护要求，确定龙川断面生态流量目标为35 m3/s；博罗断面生态流量目标为79 m3/s，敏感期生态流量为 212 m3/s。

最小控制流量是满足河流生态基流和下游河道外基本生活生产用水需求的流量过程。东江水文过程受到工程调控影响，但无水工程生态流量下泄具体要求，按照《广东省东江流域水资源分配方案》[6]中规定，用实际水量调度确定的最小控制流量代替，结果见表4。

3.2.3水生生境情况

主要为水生态保护对象所在河段范围内不同水期(至少包括枯水期)的水位、流量、水深、流速、水面宽度、河滩或河口湿地类型及分布特征等。水产种质资源保护区采用龙川站系列资料进行分析，东江国家湿地保护区采用博罗站系列资料进行分析。结合东江流域实际，分为丰水期和枯水期，分别选取龙川站和博罗站的平水年份(P=50%)，参考对应站点的平水年份的流量资料进行分析。生境情况见表5。

表4 东江干流水工程及生态流量下泄管理情况m3/s

表5 东江水生生境情况

3.2.4生态流量保障目标涉及的生态保护对象

经调查，有重要水生态保护对象3个，其中：国家级重要湿地与湿地公园1个，位于广东省河源市区，主要分布于东江干流，主要保护东江局部区域湿地生态系统，对象是水生生物(鱼类及其生境)，对维持湿地水位有一定的需求。国家级水产种质资源保护区2个，分别是：新丰江国家级水产种质资源保护区位于韶关市新丰县，主要分布于新丰江上游，主要保护对象为特有鱼类；浰江大刺鳅黄颡鱼国家级水产种质资源保护区位于河源市和平县，主要分布于东江支流增江，主要保护对象为大刺鳅、黄颡鱼、鲇等经济鱼类或其他具有重要社会经济价值的水生生物。

3.3 监测技术方案

3.3.1监测断面及点位

选取龙川、博罗、义合、黄田、大坝5个点位，其中龙川、博罗断面为东江生态流量控制断面；义合、黄田为东江国家湿地保护公园范围内的点位，大坝为水产种质资源保护区涉及到东江范围内的点位；义合、黄田、大坝3个点位为补充监测断面，仅开展了水文水质水生态同步调查(以下简称“同步调查”)。东江流域水生态水环境监测断面具体见前文图1所示。

3.3.2监测指标

根据相关技术要求，监测指标主要分为水文、水质、水生态3个部分。调查监测指标项目主要有流量、水位、水深、流速、河道大断面、常规水质。

3.3.3监测方法及频次

1)生态流量监测

生态流量监测方法按照现行水文监测标准执行。生态保护对象生境水文状况调查方法，参照行业相关技术规范[7-8]，结合遥感及无人机影像分析等生境调查技术方法开展调查评估。龙川、博罗断面采用在线自动监测；义合、黄田、大坝断面同步调查时段各监测1次。

2)水质监测

水质监测依循行业相关技术规范要求[9]，按河流常规项目和饮用水源地补充项目，共计29项。龙川、博罗断面按照国家重点水质站要求每月监测1次；义合、黄田、大坝断面同步调查时段各监测1次。

3.3.4调查监测内容

1)枯水期生态基流调查监测：重点调查分析河流生态基流满足程度及其生态成效；监测调查重点为水文断面的径流过程、枯水期生境状况等。

2)生态敏感期敏感生态流量调查监测：重点评价生态敏感流量过程及其生态影响。2020年4月初，结合开汛第一场水，在龙川、博罗断面开展了脉冲流量过程关键水文参数(涨水时间、日涨水率、涨水天数、落水时间及其对应流量、水位等)调查分析，同时开展了水质状况调查。

3)水生态调查监测：主要包括水生生物调查监测和水生生物生境调查。水生生物调查包括浮游植物、浮游动物、大型底栖动物、鱼类、鱼类早期资源、水生维管束植物等调查监测。

3.4 监测分析

3.4.1生态流量监测分析

1)水文监测：选择龙川站和博罗站作为水文监测站，按照现行水文监测标准进行监测。其中龙川站为东江上游控制站，采用H-ADCP在线测流的批复使用范围为断面流量≤1 800 m3/s；博罗站为东江下游控制站，采用H-ADCP在线测流的批复使用范围为断面流量≤6 200 m3/s。当流量超出批复使用范围时，采用走航ADCP测流并定线推流的方式确定流量。

2)调查监测：东江流域主要鱼类种类为鲤形目鱼类，4—10月为生态敏感流量所对应的生态敏感期，因此，根据2020年开汛后的第1场洪水资料进行生态敏感流量调查监测分析(见表6)。

表6 2020年东江敏感期水文状况调查

对东江开展脉冲流量过程关键水文参数分析，并据此对东江目标鱼类产卵脉冲流量保障情况进行调查(见表7)。

表7 2020年东江敏感期目标鱼类产卵脉冲流量保障情况

3.4.2水质监测分析

1)常规断面监测：龙川、博罗断面作为东江已开展水质监测的常规断面，均为国家重点地表水水质站点。年监测次数为12次，监测项目29项。截至2020年9月，龙川站水质类别基本维持在Ⅱ类，出现一次Ⅲ类，但在4月和6月各出现了铁含量不合格的情况；博罗站水质类别基本维持在Ⅰ～Ⅲ类，在6月出现一次溶解氧类别Ⅳ类、总体水质类别Ⅳ类的情况。

2)新增断面监测：结合东江实际，选取大坝村、黄田、义合镇3个站点进行水质、水文、水生态同步监测，监测时间：2020年9月23—25日。监测结果：黄田总体水质类别为Ⅲ类，义合镇总体水质类别为Ⅱ类，大坝村总体水质类别为Ⅳ类。

3.4.3水生态监测

按照相关行业标准[10]等规范要求，采用遥感调查和现场生态查勘相结合的方法进行水生态调查监测，具体内容包括水生生物调查监测和水生生物生境调查。

1)水生生物调查监测：根据已有调查成果[11]，虽然调查中不少鱼类科属种的数量仍较多，但相当多的种类已成稀有种：如大眼鳜已极为稀少，刺鲃、鳡鱼、青鱼难得一见，鲥鱼、鯮、鳤、南方拟餐、青梢红鲌、沙塘鳢等已消失。另外，东江干流特别是下游河段，外来物种的种类和数量均较多，基于鱼类群落结果多样性的东江干流总体健康状况堪忧。

2)水生生物生境调查监测：在东江开展水生生境调查监测，调查时段涵盖枯水期、生态敏感期、漫滩流量期等。其中，生态敏感期包括鱼类产卵期间的涨落水过程及其相应的水生生境。

4 综合评价

4.1 监测实施情况分析

龙川断面水文资料历史系列长，水文要素指标监测较为全面，基本达到了监测指标要求。但在枯水期小流量条件下，由于受枕头寨水电站回水顶托影响，流态分布较紊乱，指标流速与断面平均流速关系曲线定线较难达到规范要求定线精度。

博罗断面水文资料历史系列长，水文要素指标监测较为全面，基本达到了监测指标要求。但博罗断面所处河段已成感潮河段，且受惠州东江水利枢纽蓄放水发电影响，水位流量关系不稳定，枯水期、小流量条件下瞬时流量可能会有较小的情况；此外，博罗站附近区域易受雷击，在线设备也曾被雷击而烧坏，因维修设备需要一定时间，固可能存在流量实时在线监测中断的情况。

义合、黄田、大坝点位为补充监测断面，均采用声学多普勒法(走航)进行水文测验，但3个断面均为补充监测断面，没有长系列监测数据；且由于均受水利工程影响，枯水期、小流量条件下流量测验精度相对较差。

水质监测方面，龙川、博罗断面水质要素指标监测较为全面，基本达到监测指标要求。存在问题：定期巡测为主，无法实时监测水质情况，遇到生态流量敏感等特殊时段，需要进行应急监测；义合、黄田、大坝为补充监测断面，存在缺少长系列资料的问题。

4.2 水文要素指标结果分析

对龙川断面和博罗断面的实测水文状况进行分析，计算实测流量在不同来水频率的枯水流量等特征值，分析各特征流量及其与多年平均流量的比值，对比生态流量目标值，分析各特征值与生态流量目标的偏离情况(见表8)。

表8 东江实测水文状况分析成果 %

4.3 水质要素指标结果分析

根据行业相关技术规范要求[12]进行水质评价(粪大肠菌群未参评)。水质评价采用单因子指数法。龙川断面水质除8月为Ⅲ类，其他均为Ⅱ类；8月水质主要影响指标为溶解氧。博罗断面水质6月为Ⅳ类、9月为Ⅲ类，其他均为Ⅱ类；6月、9月水质主要影响指标为溶解氧。义合、黄田、大坝断面9月水质分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类；义合、大坝水质主要影响指标为溶解氧。

4.4 生态流量目标指标优化分析

东江龙川、博罗站生态基流保证率分别为98.9%、100%，基本满足生态流量目标；流速均偏小，平均流速均低于最低标准0.3m/s，其生境状况不满足水生生物健康繁殖与生长需求；鱼类产卵繁殖期生态流量目标偏离分别为61.3%、0.00%，生态保护对象敏感流量生态状况评估结果分别为不符合、符合；生态敏感流量均不能完全满足。

东江干支流密集的各类水利工程从根本上改变了生物长期适应的自然水文规律，阻碍了鱼类等的洄游和繁殖，破坏了流域生态系统；同时部分河段的堤岸固化，破坏了水陆交错带的生态缓冲功能。应加强对各类水利工程的管控，科学合理地调度，降低对河段生态环境影响。

5 结语

通过开展东江水生态水环境监测分析，摸清了东江水生态水环境相关现状，同时发现存在制约水生态水环境监测工作的短板：一是在重点生态保护区域、生态敏感河段和水利工程下游等关键位置监测站点不足，不能完全满足河流生态保护、幸福河湖建设需求；二是未开展专门的、持续的水生态监测分析工作，不能为流域生态健康维护提供全面到位的技术支撑与服务。由此提出建议与对策如下：

1)完善水生态监测相关站网建设

考虑生态保护对象，在重要生态敏感区控制断面、主要控制性水工程断面等补充和完善生态流量监测站点，并拓展监测要素，在生态保护重要河段开展生态流量监测的同时开展水质、水生生物监测，建立完善全面覆盖、布局合理、功能完备、要素齐全的站网体系，满足生态流量监测分析与预警评价等相关工作需求。

2)提升水生态监测能力与水平

加强生态敏感河段和生态流量管控断面的基础设施建设和改造，提高水位、流量等测报自动化水平，重点加强低水流量测验精度和自动化水平。探索空天地一体化监测手段，进一步加强信息化建设，全面提升水生态监测水平。大力推进雷达测流、卫星遥感、无人机监测等现代技术装备的应用，加快物联网、大数据、云计算及人工智能等高新技术与水生态监测预警业务的深度融合。

3)建立水生态水环境监测分析长效机制

重视日常监测基础数据深度加工和综合分析评价等方面基础积累工作，针对不同时期、不同河湖特点的突出水问题对生态监测预警需求，加强重点河湖生态流量、水文特征、水质状况、水生生物等方面的动态分析评价，从而逐步建立水生态水环境监测分析工作长效机制。同时加强财政经费保障，确保水生态水环境监测工作持续、稳定开展，取得实效，为我省幸福河湖建设提供更全面、更有力的技术支撑与服务。