天津市陳臺子排水河匯水區(qū)域水生態(tài)調(diào)查分析及生態(tài)功能綜合評估

李莉 張征云 宋兵魁 李燃

（1. 天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津 300191；2. 天津環(huán)科環(huán)境規(guī)劃科技發(fā)展有限公司，天津 300191）

1 引言

水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理是實(shí)現(xiàn)單一水質(zhì)目標(biāo)管理向水質(zhì)水生態(tài)雙重管控、目標(biāo)總量控制向容量總量控制的重要手段［1-4］，是水污染防治工作的重要抓手。為研究建立海河流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理體系［5］，探索推行基于控制單元的差別化流域水環(huán)境管理政策［6］，針對基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查、主要功能分區(qū)評價(jià)方法、管理目標(biāo)確定、政策管理措施建議等水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)核心管理需求，天津市開展了水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理體系框架搭建方法研究工作，形成天津市基于“分區(qū)—評價(jià)—目標(biāo)—措施”的水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理體系框架，并重點(diǎn)選擇中心生態(tài)城片區(qū)、臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)、陳臺子排水河匯水區(qū)域、渤龍湖片區(qū)等部分典型區(qū)域，深入開展區(qū)域水生態(tài)環(huán)境調(diào)查，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)方法探索開展區(qū)域水生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)和功能定位研究。

本研究選取陳臺子排水河為研究對象，進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境調(diào)查與樣品采集，并進(jìn)行了調(diào)查結(jié)果分析和生態(tài)多功能指標(biāo)評估，初步探索典型區(qū)域環(huán)境功能評價(jià)，為開展獨(dú)流減河典型匯水區(qū)域水污染防治工作提出對策建議。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

為開展天津市水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)分級評價(jià)工作，本研究選擇陳臺子排水河典型區(qū)域，即人類活動頻繁密集的區(qū)域，開展水生態(tài)環(huán)境調(diào)查及調(diào)查評估。陳臺子排水河匯水區(qū)為典型生活區(qū)代表，沿線途經(jīng)天津市區(qū)生活區(qū)及西青區(qū)沿線小城鎮(zhèn)地區(qū)。其中，途經(jīng)天津市內(nèi)南開區(qū)嘉陵街、王頂?shù)探?、華苑街3 個(gè)街道，人口約30 萬人；途徑西青區(qū)西營門街、李七莊街、精武鎮(zhèn)和張家窩鎮(zhèn)，直接匯水區(qū)域人口約2.5 萬人。

陳臺子排水河為人工修挖的排水河道，自密云路泵站出口起，至西青區(qū)陳臺子，全長17.2 km，河底寬8～25 m，下游過水能力41 m3/s，流經(jīng)西青區(qū)、南開區(qū)、濱海高新區(qū)，其中，市區(qū)段長約6 km，環(huán)外段長約11 km。目前主要來水包括中心城區(qū)城市徑流、咸陽路污水處理廠尾水以及精武鎮(zhèn)等周邊區(qū)域的排瀝，是獨(dú)流減河的一條重要匯入支流。陳臺子排水河自北向南分別與大沽排水河以及豐產(chǎn)河、大南河干渠、小南河干渠、西排干、東排干、陳臺子干渠6 條一級支流通過泵站和閘涵相連通，6 條一級支流又分別與3 條二級支流相連通。陳臺子排水河最終通過陳臺子泵站匯入獨(dú)流減河。

2.2 調(diào)查內(nèi)容及指標(biāo)

調(diào)查內(nèi)容主要包括陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段與環(huán)外段的浮游植物、浮游動物、底棲動物、魚類、水生植物、陸生植物和水質(zhì)等指標(biāo)。其中，陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段設(shè)置2 個(gè)采樣點(diǎn)，分別為侯臺公園橋（1＃）和華苑西路橋（2＃），環(huán)外段設(shè)置3 個(gè)采樣點(diǎn)，分別為小南河泵站（3＃）、小元泵站（4＃）和陳臺子泵站前（5＃）。采樣點(diǎn)分布如圖1 所示。

圖1 采樣點(diǎn)分布

2.3 調(diào)查及分析方法

2.3.1 浮游植物調(diào)查

2.3.1.1 采樣和鑒定

浮游植物的定性采集用25＃浮游生物網(wǎng)撈取，樣本以1.5%的碘液固定，為了長期保存可加少許福爾馬林液；種類鑒定主要參照《中國淡水藻類》［7］、《淡水微型生物圖譜》［8］和《中國淡水生物圖譜》［9］，分類鑒定時(shí)優(yōu)勢種類鑒定到種，其他種類鑒定到屬。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］。帶回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行沉淀與濃縮至30 mL，取0.1 mL 標(biāo)本液鏡檢，每瓶標(biāo)本計(jì)數(shù)2 片，取其平均值。

2.3.1.2 現(xiàn)存量測定

浮游植物的現(xiàn)存量［12］利用公式計(jì)算，參考張覺明等主編的《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》［13］中藻類相關(guān)種類的平均濕重，通過浮游植物的平均濕重來計(jì)算其生物量。

2.3.2 浮游動物調(diào)查

2.3.2.1 采樣和測定

浮游動物采集和鑒定采用全國內(nèi)陸水域水生生物和環(huán)境調(diào)查規(guī)范中的方法［14］。定性采集用13＃浮游生物網(wǎng)撈取，樣本立即以5%的福爾馬林液固定，優(yōu)勢種類鑒定到屬。定量利用有機(jī)玻璃采水器在0.5 m 深處采集，采水5 L，通過25＃浮游生物網(wǎng)過濾，收集在100 mL 的廣口瓶中，加入5%的福爾馬林液固定［15-17］。定量樣本充分搖勻，迅速吸取1 mL 鏡檢，每份樣品同樣計(jì)數(shù)2 片，取其平均值，然后按濃縮倍數(shù)換算成1 L 水中大型浮游動物個(gè)體數(shù)。

2.3.2.2 生物量測定

體長是浮游動物生物個(gè)體的重要指標(biāo)，它與個(gè)體的生長、繁殖以及個(gè)體的各種組分都有密切的關(guān)系［18］。浮游動物應(yīng)分門別類地測量50～100 個(gè)個(gè)體的體長，根據(jù)簡化公式，求出生物體積，并假定比重為1，則獲得體重，再乘以個(gè)體數(shù)，則獲得生物量。

2.3.3 底棲動物調(diào)查

2.3.3.1 采樣與鑒定

用面積為1/20 m2的改良的彼得生采泥器采樣，將采集上泥樣全部倒入塑料盆內(nèi)，經(jīng)40 目（篩孔0.42 mm）分樣篩篩洗，將肉眼看得見的動物連同所余雜物全部裝入塑料袋帶回室內(nèi)分檢。根據(jù)文獻(xiàn)［19-20］將環(huán)節(jié)動物、甲殼動物、軟體動物分類后移入7%甲醛溶液中固定，24 h 后再移入75%的乙醇中保存。軟體動物和水棲寡毛類的優(yōu)勢種應(yīng)鑒定到種，疑難種類應(yīng)有固定標(biāo)本，以便進(jìn)一步分析鑒定；水棲寡毛類等應(yīng)在解剖鏡或顯微鏡下觀察鑒定。

2.3.3.2 生物量測定

將采到的底棲動物按不同種類準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)，再根據(jù)采泥器的開口面積推算出1 m2內(nèi)的數(shù)量。小型種類，如水絲蚓、沙蠶等經(jīng)濾紙吸取標(biāo)本上附著的水分后置于天平上稱重；由于軟體動物已死亡，只剩下殼，所稱出的軟體動物質(zhì)量即為殼重。

2.3.4 魚類調(diào)查

根據(jù)水域特點(diǎn)，為減少對魚類造成的影響，采用地籠、流刺網(wǎng)等捕撈工具進(jìn)行定點(diǎn)樣品采集［21］。采樣時(shí)，將地籠在采樣點(diǎn)里靜置一夜或一個(gè)白天后收起，每次下網(wǎng)和收網(wǎng)在日落和日出時(shí)進(jìn)行，并對沿岸漁民進(jìn)行走訪調(diào)查。

2.3.5 大型水生植物及沿岸陸生植物調(diào)查

調(diào)查采樣點(diǎn)水生植物及陸生植物的種類和蓋度。挺水植物、浮葉植物和漂浮植物種類可直接在采樣點(diǎn)觀察記錄，沉水植物用鐮刀采集出水后初步鑒定種類，同時(shí)對每種植物的野外生長情況拍照，準(zhǔn)確鑒定水生植物及陸生植物的種、屬［22-23］。多度采用目測估計(jì)法，通用的德氏（Drude）多度級記錄［24］。

2.3.6 水質(zhì)監(jiān)測

水環(huán)境支持功能是河流為水生生物提供良好生境質(zhì)量的基本功能，水質(zhì)狀況越差，水環(huán)境支持功能越低［25］。本次研究在開展水生態(tài)調(diào)查的同時(shí)，于2018 年9 月20 日開展了一次水質(zhì)監(jiān)測，分別在陳臺子排水河市區(qū)段設(shè)置華苑西路橋、迎水橋、復(fù)康路橋下、鐵路橋下和三孔閘5 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，在環(huán)外段設(shè)置陳臺子泵站、小元泵站、京華橋、小南河橋、豐產(chǎn)河閘和自來水河閘6 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位。水質(zhì)指標(biāo)主要為水溫、溶解氧、pH、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)等。

2.4 生態(tài)多功能指標(biāo)評估

水生態(tài)功能評估是對功能各要素優(yōu)劣程度的定量描述，通過評估可以明確功能狀況，為河流規(guī)劃與管理提供依據(jù)［26］。本研究采用生態(tài)多功能指標(biāo)綜合評估法進(jìn)行生態(tài)功能評價(jià)，選取水生生物多樣性功能狀況、野生生物棲息地功能狀況、水質(zhì)狀況、水文情勢狀況等四大類指標(biāo)，分別為每個(gè)單項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行賦值，同時(shí)結(jié)合海河流域已有水生態(tài)環(huán)境功能綜合評價(jià)研究成果，最后采用加權(quán)求和的方式計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的分值，具體見表1。

表1 水生態(tài)功能評估指標(biāo)

在上述4 個(gè)單項(xiàng)指數(shù)的基礎(chǔ)上，采用求和的方法，計(jì)算水生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)，根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)，確定水生態(tài)功能綜合功能等級。計(jì)算公式如下：

式中，I綜合為水生態(tài)功能綜合指數(shù)；Ii為單向功能指數(shù)。

水生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)介于4～20 之間，可以按照表2 中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級劃分。

表2 水生態(tài)功能現(xiàn)狀綜合評估分級

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 浮游植物

3.1.1 浮游植物種類組成

本次調(diào)查共采集浮游植物分屬8 門50 屬。其中，綠藻門18 屬，硅藻門13 屬，藍(lán)藻門11 屬，裸藻門3 屬，金藻門2 屬，甲藻門、黃藻門、隱藻門各1屬。優(yōu)勢種主要有藍(lán)藻門的微囊藻屬、顫藻屬、魚腥藻屬，硅藻門的直鏈藻屬，黃藻門的黃絲藻屬。

3.1.2 浮游植物密度及生物量

根據(jù)陳臺子排水河匯水區(qū)域調(diào)查分析，2018 年9—10 月采樣點(diǎn)的浮游植物密度最大為253.80×104ind/L，生物量為1.65 mg/L。該區(qū)域平均密度為156.05×104ind/L，平均生物量為1.29 mg/L。從各門的調(diào)查結(jié)果來看，藍(lán)藻門均值密度最大，為88.17×104ind/L，均值生物量為0.67 mg/L；綠藻門、硅藻門、黃藻門密度次之；隱藻門、裸藻門密度最小。

研究區(qū)域浮游植物密度分布見圖2。

研究區(qū)域浮游植物生物量分布見圖3。

圖3 陳臺子排水河匯水區(qū)域浮游植物生物量分布

比較陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段（1＃，2＃）與環(huán)外段（3＃，4＃，5＃），在浮游植物的組成和生物量上無明顯差異。

3.2 浮游動物

3.2.1 浮游動物種類組成

本次調(diào)查鑒定浮游動物共31 屬43 種；輪蟲9屬19 種；枝角類6 屬7 種；橈足類4 種；原生動物12 屬13 種。優(yōu)勢種主要有劍水蚤、橈足幼體、無節(jié)幼體、曲腿龜甲輪蟲、萼花臂尾輪蟲、累枝蟲。

3.2.2 浮游動物密度及生物量

根據(jù)陳臺子排水河匯水區(qū)域調(diào)查分析，采樣點(diǎn)的浮游動物密度最大為415.60 ind/L，生物量為3.53 mg/L。該區(qū)域平均密度為225.58ind/L，平均生物量為1.36mg/L。其中，輪蟲的均值密度最大，為140.00 ind/L，占62.06%；原生動物的密度次之，為43.5 ind/L，占19.28%；橈足類的密度第三，為39.52 ind/L，占17.52%；枝角類的密度最少，為2.56 ind/L，占1.13%。研究區(qū)域浮游動物的密度分布見圖4。

圖4 陳臺子排水河匯水區(qū)域浮游動物密度分布

研究區(qū)域浮游動物生物量分布見圖5。

圖5 陳臺子排水河匯水區(qū)域浮游動物生物量分布

比較陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段（1＃，2＃）與環(huán)外段（3＃，4＃，5＃），市區(qū)段浮游動物生物量約為環(huán)外段的3 倍，且市區(qū)段的橈足類生物量遠(yuǎn)高于環(huán)外段，環(huán)外段的原生動物較為豐富。

3.3 底棲動物

陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段底棲動物主要為搖蚊幼蟲，而環(huán)外段底棲動物種類多樣，包括水絲蚓（L. hoffmeisteri）、顫蚓（T. sinicus）、囊螺（Physa acuta）等，具體見表3。

表3 陳臺子排水河匯水區(qū)域底棲動物種類、豐度及生物量組成

3.4 魚類

本次調(diào)查魚類主要包括鯉（Cyprinus carpio）、鯽（Carassius auraues）、餐條（Hemiculter leucisculus）、麥穗（Pseudorasbora parva）、泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus）。

3.5 大型水生植物及沿岸陸生植物

3.5.1 水生植物

通過調(diào)查分析得知，陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段主要水生植物以人工生態(tài)浮島中的植物為主，包括挺水植物東方澤瀉［Alisma orientale（Samuel.）Juz.］、水生鳶尾（Iris tectorum Maxim.）、莎草（Cyperus rotundus L.）、漂浮植物蓮子草［Alternanthera Sessilis（Linn.）DC.］、沉水植物銅錢草［Hydrocotyle chinensis（Dunn）Craib］；環(huán)外段主要植物為沉水植物金魚藻（Ceratophyllum demersum L.），漂浮植物以鳳眼藍(lán)（Eichhornia crassipes）、苤菜（Hydrocharis dubia）、浮萍（Lemna minor）最常見，4＃采樣點(diǎn)有較多蘆葦分布。

對比市區(qū)段與環(huán)外段，市區(qū)段的水生植物多為生態(tài)浮島綠化植物，以挺水植物為主，環(huán)外段多以沉水植物和漂浮植物為主。

3.5.2 陸生植物

通過調(diào)查分析得知，陳臺子排水河匯水區(qū)域市區(qū)段主要陸生植物以綠化帶植物為主，種類單一，包括1＃采樣點(diǎn)的垂柳（Salix babylonica）以及2＃采樣點(diǎn)的槐樹（Sophora japonica Linn.）；環(huán)外段主要陸生植物種類多樣，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），灌木堿蓬［Suaeda glauca（Bunge）Bunge.］、白刺花［Sophora davidii（Franch.）］、喬木夾竹桃（Nerium indicum Mill.）、垂柳（Salix babylonica）、榆樹（Ulmus pumila L.）、銀合歡［Leucaena leucocephala（Lam.）de Wit］、火炬樹（Rhus Typhina）、刺槐（Robinia pseudoacacia b/Linn.）。

對比市區(qū)段與環(huán)外段，市區(qū)段陸生植物為種類單一的綠化植物，環(huán)外段植物種類豐富，包含一年生草本、多年生草本、灌木以及喬木。

3.6 水質(zhì)狀況

研究區(qū)域市區(qū)段片區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表4。

表4 陳臺子排水河市區(qū)段片區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

研究區(qū)域環(huán)外段片區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表5。

表5 陳臺子排水河環(huán)外段片區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果顯示，陳臺子排水河環(huán)外段小南河橋以南斷面水質(zhì)略有超標(biāo)，主要超標(biāo)因子為總磷。河道市區(qū)段和環(huán)外段的2 個(gè)末端三孔閘和陳臺子泵站水質(zhì)略差，與水體循環(huán)較差有一定關(guān)系。從地域看，市區(qū)段的水質(zhì)劣差于環(huán)外段。總體來看，整個(gè)沿線斷面呈現(xiàn)劣V 類，主要污染因子為氨氮、總磷和化學(xué)需氧量。對照西青區(qū)陳臺子排水河沿線斷面2018 年前3個(gè)季度逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)，本次調(diào)查水質(zhì)情況與前3 個(gè)季度總體水質(zhì)趨勢一致。

4 生態(tài)多功能指標(biāo)評估

水生生物多樣性功能狀況、野生生物棲息地功能狀況、水質(zhì)狀況、水文情勢狀況等四大類指標(biāo)，是采用生態(tài)多功能指標(biāo)綜合評估法對水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)開展生態(tài)功能評價(jià)的基礎(chǔ)［27］。

4.1 陳臺子排水河市區(qū)段水生態(tài)功能綜合評估

根據(jù)調(diào)查結(jié)果及各指標(biāo)功能狀況評價(jià)方法得出：陳臺子排水河市區(qū)段水生生物多樣性維持功能綜合指數(shù)為2.5 分，野生生物棲息地維持功能綜合指數(shù)為2 分，水質(zhì)功能評價(jià)結(jié)果為1.6 分，水文支持功能指數(shù)賦值3 分。綜合上述4 個(gè)指標(biāo)評定，陳臺子排水河市區(qū)段水生態(tài)功能評分為9.1 分，綜合水生態(tài)功能等級為D 級，水生態(tài)系統(tǒng)受到較大程度的人類活動干擾，景觀河道難以發(fā)揮正常的生態(tài)功能，僅具備基本的生態(tài)功能。

4.2 陳臺子排水河環(huán)外段水生態(tài)功能綜合評估

根據(jù)調(diào)查結(jié)果及各指標(biāo)功能狀況評價(jià)方法得出：陳臺子排水河環(huán)外段水生生物多樣性維持功能綜合指數(shù)為2.3 分，野生生物棲息地維持功能綜合指數(shù)為2.5 分，水質(zhì)功能評價(jià)結(jié)果為1.33 分，水文支持功能指數(shù)賦值4 分。綜合上述4 個(gè)指標(biāo)評定，陳臺子排水河環(huán)外段水生態(tài)功能評分為10.13 分，綜合水生態(tài)功能等級為D 級，水生態(tài)系統(tǒng)受到較大程度的人類活動干擾，保持較低生態(tài)狀態(tài)，能發(fā)揮一定程度生態(tài)功能。

綜合以上分析，陳臺子排水河水生態(tài)功能等級為D 級，水生態(tài)環(huán)境功能相對較差。河道主要以人工景觀河道為主，河道流量、流速及走向都受強(qiáng)烈人工干預(yù)，總體水生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)較差。河道主要承擔(dān)部分排水及排瀝作用，由于河道護(hù)砌、水工構(gòu)筑物等影響，難以構(gòu)建完整的水生態(tài)系統(tǒng)，因此研究區(qū)域在水生生物多樣性功能、野生生物棲息地功能方面普遍評分較低。考慮到天津市河道總體人工干預(yù)強(qiáng)烈的特點(diǎn)，本研究區(qū)域內(nèi)的河道和水體，特別是市內(nèi)景觀水體具有一定的代表性。

5 結(jié)論

（1）陳臺子排水河市區(qū)段均為人工種植的綠化帶，陸生植物較為單一。大型水生植物也為人工投放的生態(tài)浮島上的植物，河道底部已被改造成石底，有鯉、鯽、餐條、麥穗、泥鰍等魚類的存在。橈足類含量較為豐富，浮游植物含量較高，分析原因可能由于自然的水生植物較少，浮游植物大量生長。應(yīng)注意雨污混流、雨污合流等生活排污對該水域的影響，可多投放生態(tài)浮島以維持水體各類生物的穩(wěn)定，增加物種的多樣性。

（2）陳臺子排水河環(huán)外段受人為干擾較少，但多設(shè)有泵站，可能會對魚類的洄游習(xí)性產(chǎn)生不良影響。陸生植物、大型水生植物種類都較為豐富，有極好的穩(wěn)定性，廣泛分布鯉、鯽、餐條、麥穗、泥鰍等魚類，底棲生物種類較多，豐富且較為合理的浮游動植物為魚類提供了充足的營養(yǎng)來源，但應(yīng)注意的是5#采樣點(diǎn)的浮游動物較少，可能會有水質(zhì)惡化的情況發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)加控制該地區(qū)的農(nóng)業(yè)排污情況，維持該地區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定。

（3）依照現(xiàn)有水生態(tài)多指標(biāo)功能綜合評估方法，本研究區(qū)域在水質(zhì)狀況上得分相對較低。水質(zhì)功能是影響區(qū)域水生態(tài)環(huán)境功能評估的主要約束性指標(biāo)。一方面，單因子評價(jià)方法使得單一水質(zhì)指標(biāo)較差，直接導(dǎo)致水質(zhì)評分較低；另一方面，更體現(xiàn)出調(diào)查區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量有待提高的現(xiàn)狀。對比《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）和水生態(tài)環(huán)境評價(jià)方法發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)狀況評分得分3 分，基本達(dá)到地表水質(zhì)量Ⅳ類要求。研究區(qū)域內(nèi)河道主要以污水處理廠出水和排瀝水為水源來源，因此加強(qiáng)污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，因地制宜地開展水生態(tài)修復(fù)，是提升區(qū)域水質(zhì)和區(qū)域水質(zhì)評分的重要工作。