平原區(qū)溝渠水文形態(tài)調(diào)查與分析研究

郭 浩，洪運(yùn)亮，夏照華，蘇慧敏，馮 陽(yáng)，王 紅，高 鑫

(北京地拓科技發(fā)展有限公司，北京 100084)

河流生態(tài)系統(tǒng)是水資源主要的承載形式之一，其健康與否對(duì)保護(hù)水資源和水域生物多樣性有著重要的影響[1-2]。河流生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、非平衡和非線性的系統(tǒng)，健康的河流生態(tài)系統(tǒng)離不開(kāi)正常的河流水文形態(tài)，河流的許多功能都是以河流水文形態(tài)為基礎(chǔ)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，也是水域生態(tài)系統(tǒng)特征的重要成因。

為提高河流生態(tài)恢復(fù)的針對(duì)性和科學(xué)性，以科學(xué)的方法評(píng)價(jià)和分級(jí)，從而區(qū)分出需要重點(diǎn)保護(hù)或治理的河段，北京市在2010—2012年第一次水務(wù)普查工作中，對(duì)全市山區(qū)567條小流域的主溝道開(kāi)展了水文形態(tài)調(diào)查，查清了山區(qū)小流域溝道的生態(tài)現(xiàn)狀及受人為干擾的程度，為生態(tài)清潔小流域建設(shè)和河流生態(tài)修復(fù)發(fā)揮了重要作用[4-6]。然而，目前北京的水文形態(tài)調(diào)查與分級(jí)研究多集中在山區(qū)[3-6]，對(duì)在平原區(qū)承擔(dān)著重要的防洪、除澇、生態(tài)等功能的溝渠研究較少。為加強(qiáng)山區(qū)與平原區(qū)河流生態(tài)環(huán)境一體化診斷，借鑒山區(qū)水文調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，研究確定了平原區(qū)溝渠水文形態(tài)調(diào)查指標(biāo)與分級(jí)評(píng)價(jià)方法，并以豐臺(tái)區(qū)為例進(jìn)行了實(shí)踐。

1 研究區(qū)概況

豐臺(tái)區(qū)位于北京市西南部，面積305.87 km2，在城六區(qū)中居第三。全區(qū)呈東西狹長(zhǎng)形，東西長(zhǎng)35 km ，南北寬14 km。

豐臺(tái)區(qū)河流分屬永定河、北運(yùn)河、大清河水系，主要為平原區(qū)河流。永定河由北向南穿過(guò)豐臺(tái)區(qū)全境，永定河以東地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“河?xùn)|”)為永定河沖積、洪積平原，永定河以西地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“河西”)為低山、丘陵、臺(tái)地及山前洪積傾斜平地。地勢(shì)由西北向東南傾斜，西北部最高的馬鞍山海拔690.33 m，東南部最低的石榴莊村附近海拔35.0 m。河西的西部低山丘陵區(qū)為西山坡積物風(fēng)化土，南部為小清河沖洪積土；河?xùn)|則均為永定河沖洪積土。

豐臺(tái)區(qū)屬于典型的暖溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨；多年平均氣溫11.7 ℃，年無(wú)霜期203 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 712.5 h；多年平均降水量580.6 mm(1956—2009年)，降水年內(nèi)和年際分布極不均勻，汛期(6—9月)降水量占全年降水量的82.9%。

2 調(diào)查內(nèi)容與方法

2.1 調(diào)查內(nèi)容

基于前述研究成果，為獲取溝渠水文形態(tài)調(diào)查單元的空間位置、基本數(shù)據(jù)、水文形態(tài)特征、植被特征、岸邊帶土地利用特征、排污或其他人為活動(dòng)情況等，圍繞以下內(nèi)容開(kāi)展調(diào)查(包括但不限于以下內(nèi)容)：溝渠名稱、調(diào)查單元數(shù)量、調(diào)查單元編號(hào)、地理位置、是否暗涵、照片編號(hào)、地質(zhì)狀況、河床底質(zhì)、平面形態(tài)、有無(wú)常流水、河道兩岸是否建有護(hù)堤工程、護(hù)堤工程類型、橫向攔擋建筑物數(shù)量和材料、河底狀況、植被特征、岸邊帶土地利用特征，以及是否有污水、垃圾、采砂、取水、跨河橋或路、侵占河道現(xiàn)象等。

2.2 調(diào)查方法

借鑒山區(qū)水文調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，圍繞溝渠名稱、調(diào)查單元數(shù)量、調(diào)查單元編號(hào)、調(diào)查單元基本數(shù)據(jù)、水文形態(tài)特征、植被特征、岸邊帶土地利用特征、排污或其他人為活動(dòng)情況等八大類共25個(gè)分指標(biāo)開(kāi)展平原區(qū)溝渠水文形態(tài)調(diào)查。具體調(diào)查指標(biāo)包括：溝渠名稱、調(diào)查單元數(shù)量、調(diào)查單元編號(hào)、地理位置、是否暗涵、照片編號(hào)、地質(zhì)狀況、溝床底質(zhì)、平面形態(tài)、常流水、寬型護(hù)堤工程、窄型護(hù)堤工程、生態(tài)護(hù)堤工程、橫向攔擋建筑物、河底狀況、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、跨河橋或路、侵占河道、防洪隱患等25項(xiàng)指標(biāo)。具體調(diào)查方法如下：

(1)采取徒步實(shí)地調(diào)查的方式。水文形態(tài)外業(yè)調(diào)查根據(jù)溝渠調(diào)查名錄進(jìn)行。

(2)從河流出口開(kāi)始，自下游向上游開(kāi)展調(diào)查。劃分調(diào)查單元，水文形態(tài)要素均勻、一致的河段為一個(gè)調(diào)查單元，最短不小于10 m，最長(zhǎng)不大于500 m。

(3)采用掌上GPS對(duì)每個(gè)調(diào)查單元進(jìn)行起始點(diǎn)定位、路線跟蹤與特征記錄。

(4)記錄溝渠名稱、調(diào)查單元數(shù)量、調(diào)查單元編號(hào)、調(diào)查單元基本數(shù)據(jù)、水文形態(tài)特征、植被特征、岸邊帶土地利用情況、排污及其他人為活動(dòng)情況等，并填寫平原區(qū)溝渠水文形態(tài)調(diào)查表。為提高外業(yè)調(diào)查的工作效率，外業(yè)調(diào)查對(duì)每類指標(biāo)可只填寫代碼，后期根據(jù)代碼轉(zhuǎn)換成具體的指標(biāo)項(xiàng)。基本數(shù)據(jù)包括單元的地理位置、是否暗涵、照片編號(hào)、地質(zhì)狀況、河床底質(zhì)、平面形態(tài)、有無(wú)常流水；水文形態(tài)特征主要調(diào)查影響溝渠三向連續(xù)性的工程，內(nèi)容包括溝渠的河堤工程、橫向攔擋建筑物和溝底改造工程；植被特征主要調(diào)查河流植被受人類活動(dòng)改造或破壞的程度；岸邊帶土地利用主要調(diào)查岸邊帶的主要土地利用類型；排污及其他人為活動(dòng)主要調(diào)查河流是否有污水排放、垃圾傾倒、采砂、取水、跨河橋或路、侵占河道等情況。

(5)采用GIS技術(shù)完成調(diào)查數(shù)據(jù)的輸出與整理。

3 水文形態(tài)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)及流程

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

參考山區(qū)小流域主溝道水文形態(tài)評(píng)價(jià)方法，充分考慮平原區(qū)溝渠和山區(qū)主溝道水文形態(tài)的區(qū)別，以及平原區(qū)溝渠某些特殊作用(如取水、景觀等)，考慮溝渠連通性因子，增加生態(tài)護(hù)堤工程因子參與評(píng)價(jià)分級(jí)。具體評(píng)價(jià)因子見(jiàn)表1。

表1 溝渠水文形態(tài)的評(píng)價(jià)因子

注：表中溝床底質(zhì)、人為影響下的河流連續(xù)性、河岸的改造、外界脅迫因子為監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)因子，共同構(gòu)成評(píng)價(jià)因子體系；其余僅為調(diào)查因子，不參加評(píng)價(jià)。

3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

為與山區(qū)保持一致，在對(duì)平原區(qū)進(jìn)行溝渠水文形態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)仍沿用五級(jí)評(píng)價(jià)體系[5](表2)。

3.3 評(píng)價(jià)流程

參照山區(qū)小流域主溝道水文形態(tài)等級(jí)評(píng)價(jià)流程，結(jié)合平原區(qū)溝渠水文形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)，確定平原區(qū)溝渠水文形態(tài)評(píng)價(jià)與分級(jí)流程，具體評(píng)價(jià)流程如下：

(1)首先根據(jù)溝渠連通性指標(biāo)進(jìn)行水文形態(tài)的判斷，區(qū)分出V級(jí)溝渠與非V級(jí)溝渠。如果溝渠橫向、縱向與底部3個(gè)方向均不連通，則將此溝渠水文形態(tài)級(jí)別定為V級(jí)。

表2 平原區(qū)溝渠水文形態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

(2)根據(jù)溝渠內(nèi)是否有橫向攔擋建筑物將其劃分成兩大類，對(duì)非V級(jí)溝渠進(jìn)行水文形態(tài)級(jí)別評(píng)定。

(3)如果溝渠內(nèi)有橫向攔擋建筑物，根據(jù)攔擋建筑物高度、溝渠縱向連通性等指標(biāo)確定溝渠水文形態(tài)級(jí)別。①攔擋建筑物高度≥30 cm，該溝渠水文形態(tài)級(jí)別為Ⅳ級(jí)。②攔擋建筑物高度<30 cm，如溝渠縱向不連通，則根據(jù)溝寬、溝道縱比降、淤積狀況分兩種情況定級(jí)：溝寬<10 m或溝道縱比降<0.80或淤積狀況≥40%，為Ⅳ級(jí)；溝寬≥10 m或溝道縱比降≥0.80或淤積狀況<40%，為Ⅲ級(jí)。③攔擋建筑物高度<30 cm且溝渠縱向連通，根據(jù)護(hù)堤工程類型分類進(jìn)行定級(jí)：對(duì)于窄型護(hù)堤工程，如果兩岸均有護(hù)堤工程，水文形態(tài)定為Ⅲ級(jí)，只有一岸有護(hù)堤或兩岸均無(wú)窄型護(hù)堤工程，水文形態(tài)定為Ⅱ級(jí)；對(duì)于寬型護(hù)堤工程，如果一岸或兩岸存在護(hù)堤工程，水文形態(tài)定為Ⅱ級(jí)，如兩岸均無(wú)寬型護(hù)堤工程，但有外界脅迫因子(垃圾、生活污水、養(yǎng)殖污水、排污口污水、采砂等)，水文形態(tài)定為Ⅱ級(jí)，無(wú)外界脅迫因子的溝渠，水文形態(tài)級(jí)別為Ⅰ級(jí)；對(duì)于生態(tài)護(hù)堤工程，如有外界脅迫因子，該溝渠水文形態(tài)級(jí)別為Ⅱ級(jí)，如無(wú)外界脅迫因子，其水文形態(tài)級(jí)別為Ⅰ級(jí)。

(4)如果溝渠內(nèi)無(wú)橫向攔擋建筑物，可按照窄型護(hù)堤工程、寬型護(hù)堤工程和生態(tài)護(hù)堤工程判定溝渠的水文形態(tài)級(jí)別。①如果溝渠兩岸建有窄型護(hù)堤工程，其水文形態(tài)級(jí)別為Ⅲ級(jí)，只有一岸建有窄型護(hù)堤工程的，水文形態(tài)為Ⅱ級(jí)；②如果溝渠一岸或兩岸建有寬型護(hù)堤工程，該溝渠水文形態(tài)為Ⅱ級(jí)，兩岸均無(wú)寬型護(hù)堤工程，但有外界脅迫因子時(shí)，其水文形態(tài)為Ⅱ級(jí)，無(wú)外界脅迫因子時(shí)，該溝渠水文形態(tài)為Ⅰ級(jí)；③如果溝渠有生態(tài)護(hù)堤工程且有外界脅迫因子時(shí)，該溝渠水文形態(tài)為Ⅱ級(jí)，無(wú)外界脅迫因子時(shí)，該溝渠水文形態(tài)為Ⅰ級(jí)。

4 結(jié)果與分析

豐臺(tái)區(qū)平原區(qū)溝渠中水文形態(tài)級(jí)別以Ⅲ級(jí)以下為主，Ⅲ級(jí)以下溝渠總長(zhǎng)度為57.22 km，占豐臺(tái)區(qū)平原區(qū)溝渠總長(zhǎng)度的75.34%。其中，Ⅰ級(jí)總長(zhǎng)度為5.56 km，占豐臺(tái)區(qū)平原區(qū)溝渠總長(zhǎng)度的7.32%；Ⅱ級(jí)總長(zhǎng)度為13.13 km，占17.29%；Ⅲ級(jí)總長(zhǎng)度為38.53 km，占50.73%；Ⅳ級(jí)總長(zhǎng)度為6.43 km，占8.47%；Ⅴ級(jí)總長(zhǎng)度為12.30 km，占16.19%。

5 結(jié)論與建議

本研究借鑒山區(qū)小流域主溝道水文形態(tài)評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合平原區(qū)溝渠的特點(diǎn)，確定了平原區(qū)溝渠水文形態(tài)調(diào)查的指標(biāo)內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分析評(píng)價(jià)流程，并以豐臺(tái)區(qū)為試點(diǎn)，對(duì)本研究所確定的方法進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證。試點(diǎn)結(jié)果表明，采用以溝渠連通性、外界脅迫因子、兩岸護(hù)堤狀況等為基本因子的分級(jí)評(píng)價(jià)體系所得結(jié)果能反映實(shí)際情況，可為平原區(qū)溝渠的治理與生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。