懷九河小型水體生態(tài)修復(fù)工程效果研究

宋立旺, 黃愛玲, 郝咪娜, 王 莎, 顏夢宇, 齊建春

(1.浙江省水利水電勘測設(shè)計院, 杭州 310002; 2.杭州博盛環(huán)?？萍加邢薰?杭州 310014; 3.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司, 北京 100048)

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懷九河小型水體生態(tài)修復(fù)工程效果研究

宋立旺1, 黃愛玲2, 郝咪娜1, 王 莎1, 顏夢宇3, 齊建春3

(1.浙江省水利水電勘測設(shè)計院, 杭州 310002; 2.杭州博盛環(huán)?？萍加邢薰?杭州 310014; 3.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司, 北京 100048)

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，河流生態(tài)問題也愈發(fā)突顯，河流的生態(tài)治理和恢復(fù)已經(jīng)成為一個熱點。為研究歐盟面向小型水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)在我國的實際應(yīng)用效果，選取了北京市懷九河的生態(tài)修復(fù)河段，從2010—2014年進行了為期5 a的動態(tài)監(jiān)測研究。監(jiān)測內(nèi)容包括河流水文地貌形態(tài)、河流水質(zhì)和物種多樣性，其中河流水文地貌形態(tài)調(diào)查采用實地觀測法每年1次，河流水質(zhì)調(diào)查選取12個監(jiān)測斷面每年7月進行，物種多樣性采用樣方法、電捕法、浮游生物網(wǎng)法等每年7月一次。研究結(jié)果顯示：河段施工完成后，河流水文地貌形態(tài)有逐年變好的趨勢，說明河段的小型水體生態(tài)修復(fù)工程措施對河流水文地貌形態(tài)的恢復(fù)具有促進作用；從河水濁度、氨氮含量和化學(xué)需氧量三個方面分析得出河流水質(zhì)5 a內(nèi)持續(xù)改善；5 a內(nèi)物種多樣性持續(xù)上漲，說明小型水體生態(tài)修復(fù)工程能夠提高物種多樣性；數(shù)據(jù)顯示2013—2014年各項研究數(shù)據(jù)變化不顯著，綜合研究結(jié)果認為小型水體生態(tài)修復(fù)措施對河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)效果在完工后的5 a左右趨于穩(wěn)定。

懷九河; 生態(tài)修復(fù); 物種多樣性; 小型水體

河流是人類文明的發(fā)源地，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康與否對保護水資源和生物多樣性有著不可替代的作用[1-2]。河流生態(tài)系統(tǒng)(river ecosystem)是一個復(fù)雜、開放、動態(tài)、非平衡和非線性的系統(tǒng)，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康離不開河流多樣的水文形態(tài)，河流的許多功能也都是以河流水文形態(tài)為基礎(chǔ)的[3]。19世紀70年代，歐洲各國開展了一系列的河流生態(tài)治理方面的相關(guān)研究，目的是采用生態(tài)的方式對已經(jīng)受到破壞和污染的河流進行生態(tài)修復(fù)，經(jīng)過多年的研究和實踐，他們在河流生態(tài)治理方面取得了不少成果，這其中就包括小型水體修復(fù)工程技術(shù)。

2009年，為了引進歐洲先進河流生態(tài)治理技術(shù)，改造我國傳統(tǒng)落后的硬質(zhì)工程河道整治措施，根據(jù)德國復(fù)興銀行與中國財政部簽署的項目協(xié)議“Watershedmanagement on forest land beijing”的要求，北京市水務(wù)局與園林綠化局合作開展了小型水體生態(tài)修復(fù)示范項目。北京市懷柔區(qū)北宅小流域的小型水體生態(tài)修復(fù)工程就是在這種背景下開展的，為了研究該生態(tài)修復(fù)措施對北宅小流域河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)功能，我們對其河流水文地貌形態(tài)、河流水質(zhì)和物種多樣性進行連續(xù)五年的動態(tài)監(jiān)測，目的是通過實時動態(tài)監(jiān)測了解小型水體生態(tài)修復(fù)工程的修復(fù)效果和修復(fù)的機理，為今后其他地區(qū)的河流生態(tài)治理提供借鑒和依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)屬暖溫帶型半濕潤氣候，四季分明，雨熱同期，夏季濕潤，冬季寒冷少雪。全年日照時數(shù)約2 800 h，年平均氣溫9～13℃，無霜期約170～200 d，年平均降水在600～700 mm，主要集中在6—8月。懷九河，懷河南源，源于延慶縣大莊科鄉(xiāng)，于西水峪村入懷柔縣境，過石湖峪、撞道口，至黃花城南與源于杏樹臺、廟上經(jīng)二道關(guān)至黃花城的又一支流匯合，形成懷九河干流，經(jīng)九渡河、花術(shù)、團泉、黃坎、西四渡河、一渡河，至北宅鄉(xiāng)的楊家東莊注入懷柔水庫。全長68.9 km，懷柔境內(nèi)52 km；總流域面積347.2 km2，懷柔境內(nèi)216.8 km2；河道縱坡2.1%～2.5%。

該工程于2009年5月施工，2009年11月施工完成，施工河段長度1.3 km，屬于中型河流，該河段屬于懷九河。主要施工內(nèi)容有生態(tài)護岸工程、近自然跌水改造工程、河道蜿蜒化、人工濕地等，施工工藝采用歐盟小型水體修復(fù)技術(shù)工藝。

2　研究內(nèi)容與方法

2.1河流水文地貌調(diào)查

2.1.1調(diào)查內(nèi)容河床底質(zhì)：目測河底材料，如卵石河床、沙質(zhì)河床等，判定河床底質(zhì)為人工化、半人工化或是保持自然狀態(tài)(人工化主要為漿砌石結(jié)構(gòu)，半人工化為人工采用近自然材料鋪設(shè)，保持自然為河流保持天熱的底質(zhì)形態(tài))。

河流連續(xù)性：包括河流的橫向連續(xù)性和縱向連續(xù)性，主要調(diào)查影響徑流、泥沙和生物連續(xù)性的工程或行為，用尺測量攔擋建筑物的高度。

河岸改造：確定河岸的改造狀況，分為保持自然、受寬型護體工程的束窄和受窄型護體工程的束窄三種形式。其中，沒有人工護岸工程的判定為保持自然；一岸或兩岸建有石質(zhì)護堤工程，距水體較遠，部分束窄河流空間，但影響較小的判定為受寬型護體工程的束窄；一岸或兩岸建有石質(zhì)護堤工程，距水體較近，部分束窄河流空間，但影響較大的判定為受窄型護體工程的束窄。

外界脅迫因子：包括取水、傾倒垃圾、排放污水、采砂等行為。

2.1.2調(diào)查方法調(diào)查時段為2010年10月—2014年10月，調(diào)查時間為每年的10月份，采取實地踏查的方式按照調(diào)查內(nèi)容對河流的水文地貌形態(tài)進行調(diào)查，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并拍攝實地照片，每年調(diào)查完以后將所有數(shù)據(jù)歸納整理、存儲。

2.2生物多樣性調(diào)查

調(diào)查施工河段的生物多樣性包括植物多樣性和水生動物多樣性，調(diào)查時段為2010年7月—2014年7月，調(diào)查時間為每年的7月份，植物多樣性調(diào)查方法采用10 m×10 m的樣方法，動物多樣性采取電捕法、浮游生物網(wǎng)法、底棲生物調(diào)查法等等[4]。

2.3河流水質(zhì)調(diào)查

調(diào)查時段為2010—2014年每年的7月對研究河段進行水質(zhì)調(diào)查。水質(zhì)：每隔100米測量一次水質(zhì)情況共取12個斷面，測量指標包括濁度、氨氮、化學(xué)需氧量等[5-6]。

3　結(jié)果與分析

3.1河流水文地貌

根據(jù)北京市水文地貌分級評價標準[7](表1)，將5 a的調(diào)查數(shù)據(jù)歸納整理之后，得出圖1調(diào)查河段的河流水文地貌動態(tài)變化趨勢圖。

數(shù)據(jù)顯示研究河段I級河流水文地貌形態(tài)河段比例由2010年的14.7%上升至2014年的45.4%；Ⅱ級河段比例2010年的16.7%上升至2014年的32.3%；Ⅲ級河段比例由2010年的23.5%下降到2014年的11.2%；Ⅳ級河段比例32.7%下降到2014年的6.7%；Ⅴ級河段比例2010年的12.4%下降到2014年的4.4%。綜合調(diào)查結(jié)果可以看出，研究區(qū)河段施工完成后，河流水文地貌形態(tài)有逐年變好的趨勢，說明河段的小型水體生態(tài)修復(fù)工程措施對河流水文地貌形態(tài)的恢復(fù)具有很好的促進作用。

表1　水文地貌分級標準

圖1　懷九河水文地貌形態(tài)變化趨勢

3.2生物多樣性

統(tǒng)計5 a期間研究河段植物多樣性、水生動物多樣性和浮游生物多樣性的數(shù)據(jù)，并進行處理得出5 a期間研究區(qū)物種多樣性的變化趨勢圖2。

圖2　懷九河物種多樣性變化趨勢

結(jié)合圖2可以看出，研究區(qū)2010—2014年生物種類有逐年增加的趨勢，其中植物、水生動物和浮游生物在2010—2013年生物種類數(shù)量變化較為明顯，2013年之后變化較為緩和；三個分類中植物種類增加的數(shù)量最為明顯，水生動物次之，浮游生物種類變化相對較小。分析原因認為研究區(qū)采用生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)方法，施工完成后，河流的水文形態(tài)近自然化，從而構(gòu)成了多樣的生境，多樣的生境為多種物種的生存提供了外部環(huán)境，加上河流本身的流動特性，隨著施工結(jié)束之后物種多樣性逐年增加；植物種類和水生動植物種類相比較浮游生物種類增加的更加明顯，主要是由于浮游生物本身隨著河流游動，并不局限于特定的生態(tài)環(huán)境，因此變化較為緩和；三個分類中2013年之后數(shù)量變化都趨于平緩，分析原因認為這是研究區(qū)物種多樣性趨于穩(wěn)定的表現(xiàn)，可以認為小型水體生態(tài)修復(fù)工程對施工河段的有效影響期為5 a左右。

3.3河流水質(zhì)

3.3.1濁度統(tǒng)計5 a期間研究河段12個斷面原水的濁度，并統(tǒng)計歸納為表2，同時計算每年河流監(jiān)測斷面濁度[8]的均值。

表2　河流原水濁度　NTU

從表2中可以看出五年時間內(nèi)河流原水濁度有逐年變好的趨勢，其中前四年變化幅度較大，2014—2015年變化不明顯。數(shù)據(jù)顯示，工程實施后河流原水的濁度有明顯的改善，說明小型水體修復(fù)工程對河流濁度的作用是積極有效的，同時變化趨勢圖也可以看出2014年后小型水體對河流原水濁度的影響趨于平淡，這與前文中河流水文地貌變化趨勢以及生物多樣性變化趨勢相統(tǒng)一。

3.3.2氨氮(NH3-N)統(tǒng)計5 a期間研究河段12個監(jiān)測斷面原水的氨氮含量，并統(tǒng)計歸納為表3，同時計算每年河流監(jiān)測斷面氨氮含量[9]，可以看出五年時間內(nèi)河流原水氨氮含量有逐年變小的趨勢，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準，2012年之后河流原水氨氮含量低于1 mg/L達到地表水Ⅲ類標準[10]。分析原因認為，隨著施工結(jié)束，施工河段的生物多樣性增加，對河流水質(zhì)的提高有著促進作用。

3.3.3化學(xué)需氧量(CODMn)統(tǒng)計五年期間研究河段12個監(jiān)測斷面的河流化學(xué)需氧量，并統(tǒng)計歸納為表4，同時計算每年河流監(jiān)測斷面化學(xué)需氧量[11-12]的均值。

表3　氨氮含量調(diào)查表　mg/L

表4　化學(xué)需氧量調(diào)查表　mg/L

從表4中可以看出五年時間內(nèi)河流原水化學(xué)需氧量有逐年變小的趨勢，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準，2012年之后河流原水化學(xué)需氧量低于6 mg/L達到地表水Ⅲ類標準。分析原因認為，隨著施工結(jié)束在河道環(huán)境和生物的共同作用下，河流水質(zhì)得到明顯改善。

4　結(jié) 論

(1) 數(shù)據(jù)顯示，施工結(jié)束后5 a內(nèi)，施工河段的Ⅰ級、Ⅱ級水文地貌形態(tài)明顯增加，Ⅳ級、Ⅴ級水文地貌形態(tài)明顯減少，河流水文地貌形態(tài)有逐年變好的趨勢，說明小型水體生態(tài)修復(fù)工程措施對恢復(fù)河流水文地貌形態(tài)具有促進作用。

(2) 物種多樣性方面的研究顯示，植物、水生動物在2010—2013年生物種類數(shù)量變化較為明顯，2013年之后變化較為緩和；浮游生物由于本身流動性的特點，在5 a中增加趨勢不夠明顯；綜合數(shù)據(jù)結(jié)果可知小型水體生態(tài)修復(fù)工程有增加物種多樣性的作用。

(3) 從河水濁度、氨氮含量和化學(xué)需氧量三個方面數(shù)據(jù)結(jié)果分析得出，河流水質(zhì)5 a內(nèi)持續(xù)提高，說明小型水體生態(tài)修復(fù)工程具有改善河流水質(zhì)的作用。

(4) 綜合研究河段的河道水文地貌狀況、生物多樣性以及水質(zhì)方面的數(shù)據(jù)可以看出，施工后前4 a各項數(shù)據(jù)變化明顯，2013—2014年各項數(shù)據(jù)變化相對較為緩和，說明小型水體生態(tài)修復(fù)工程對施工河段的有效影響期為5 a左右。

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Effect of Ecological Restoration Project of Small Water Body in the Huaijiu River

SONG Liwang1, HUANG Ailing2, HAO Mina1, WANG Sha1, YAN Mengyu3, QI Jianchun3

(1.ZhejiangDesignInstituteofWaterConservancy&Hydro-electricPower,Hangzhou310002,China; 2.HangzhouBoshengEnvironmentalScience&TechnologyCo.,Ltd.,Hangzhou310014,China; 3.BeijngWorldHazardPreventingTechnologyCo.,Ltd,Beijing100048,China)

With the rapid development of economy in China recently, river ecological problems have become severer, which leads to river ecological management and restoration to become a hot issue. In 2009, EU restoration engineering technology for small water body was introduced to repair several city rivers in Beijing. We selected Huaijiu River in Beijing as an example and conducted 5-year dynamic monitoring experiment from 2010 to 2014, aiming to study the application effects of this EU technology in China. The monitoring experiment includes river hydrology and topography, river water quality and species diversity. River hydrology and topography investigation was conducted once a year while river water quality survey selected 12 survey samples in July each year by applying field observation method. Species diversity research was conducted in July once a year using the electric fishing method, plankton net method, sample method, etc. The results show that the hydrology and topography of Huaijiu River have gradually improved after construction, indicating that restoration engineering technology for small water body plays a positive role in river hydrology and topography recovery. Furthermore, it turns out that river water quality continues to improve within five years in aspects of river turbidity, ammonia content and chemical oxygen demand. In addition, Huaijiu River has a steady rise in species diversity within five years and shows insignificant changes in diversity between 2013 and 2014. This study concluded that restoration engineering technology for small water body has a positive impact on the river ecosystem and the restoration effect on the river ecosystem will become stable in five years since the launch of the restoration engineering.

Huaijiu River; ecological restoration; species diversity; small water body

2015-12-11

2016-01-04

宋立旺(1975—),男,江西人,碩士,高級工程師,研究方向:環(huán)境保護與水土保持。E-mail:55329481@qq.com

P331

A

1005-3409(2016)04-0368-04