雨源型河道生態(tài)修復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及應(yīng)用

母家樂，盧建江，譚 琴，周志鵬，宋 姿，孫飛云，董文藝

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)土木與環(huán)境工程學(xué)院 廣東深圳518055)

江河湖泊作為城市發(fā)展建設(shè)的重要資源載體，在城市的發(fā)展中發(fā)揮了十分重要的作用[1]。然而在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背后卻以嚴(yán)重的環(huán)境污染作為代價(jià)，尤其是河流等水資源。目前，針對(duì)已經(jīng)被污染的河流，如何進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)已是迫切需要解決的問題。河流的主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2]：①洪水的嚴(yán)重程度；②排水的頻率；③河流和湖泊中沉積物增加；④水體，特別是地面水和地表水的高度污染；⑤點(diǎn)源及面源污染尤為突出；⑥水生生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。為了應(yīng)對(duì)河流污染問題，各城市實(shí)施了一系列城市河流生態(tài)系統(tǒng)綜合管理項(xiàng)目，旨在恢復(fù)河流中的水生態(tài)系統(tǒng)。目前，城市河流生態(tài)環(huán)境綜合治理技術(shù)主要可分為點(diǎn)源污染治理技術(shù)、面源污染治理技術(shù)和內(nèi)源污染治理技術(shù)[3]，而針對(duì)雨源型河流的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)及修復(fù)技術(shù)手段還不夠完善。

雨源型河流因具有雨旱季流量、水質(zhì)波動(dòng)大，水質(zhì)成分特殊及采樣代表性差等特點(diǎn)，使得其生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)不同于已廣泛開展的常規(guī)城市河流生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)[4]。因此，建立對(duì)海濱城市雨源型河流特性的評(píng)估指標(biāo)，正確評(píng)估城市雨源型河川健康狀況，探索雨源型河川水生態(tài)變化規(guī)律，維護(hù)和發(fā)揮現(xiàn)有河川生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，修復(fù)損傷體系，維護(hù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境是當(dāng)前十分重要的課題。

1 雨源型河流特性及研究現(xiàn)狀

雨源型河流具有雨水補(bǔ)給河流的鮮明生態(tài)特征，即：降雨季節(jié)變化相應(yīng)造成河流水量的季節(jié)性豐枯變化，大型降雨會(huì)造成河道水位的快速漲落，在降雨過程及之后一定時(shí)期內(nèi)形成洪水[5-6]。普遍認(rèn)為雨源型河流主要有 3個(gè)特征：一是徑流量源于降水，無降雨時(shí)期河流量極小，降雨時(shí)期流量激增至數(shù)十倍；二是以經(jīng)過城廂的小溝渠居多，河短流急、大河鮮有，沿河聚集在城區(qū)統(tǒng)一排水；三是環(huán)境容量小，自凈能力低，如果排入污水，則很容易變黑并產(chǎn)生異味。呈明顯的雨源型河流特征的河流，雨季是河，旱季成溝，缺乏動(dòng)態(tài)補(bǔ)充水源，河流污染普遍比較嚴(yán)重[7]。所以，構(gòu)筑適用于雨源型河川的生態(tài)恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，識(shí)別影響河川生態(tài)恢復(fù)的重要因素，探索河川流量季節(jié)性顯著差異對(duì)河川生態(tài)恢復(fù)帶來的影響，是當(dāng)前迫在眉睫的任務(wù)。

2 雨源型河流生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

目前，許多發(fā)達(dá)國家根據(jù)其地理?xiàng)l件、水文水質(zhì)特征及經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力，分別制定了適用于自己國家的河流評(píng)價(jià)體系；國內(nèi)對(duì)河流的生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)也主要是從自身結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能和服務(wù)功能3方面對(duì)其生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。這些研究對(duì)雨源型河流生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)研究具有一定的借鑒意義，但以往的研究都是從總體上把握河流生態(tài)恢復(fù)程度，對(duì)影響河流生態(tài)恢復(fù)的因素沒有進(jìn)行深入考慮和分析。對(duì)河流生態(tài)恢復(fù)評(píng)估的研究不僅應(yīng)了解河流目前的狀況，還應(yīng)查明影響河流生態(tài)恢復(fù)的主要參數(shù)及其影響程度，并針對(duì)主要因素采用科學(xué)合理的治理措施，以改善和加快河流的生態(tài)恢復(fù)。

2.1 構(gòu)建原則

為了評(píng)估河流的生態(tài)恢復(fù)程度和保持其水域的生態(tài)健康發(fā)展，評(píng)估指標(biāo)必須理性地映現(xiàn)河流的生態(tài)恢復(fù)狀況，并提供關(guān)于變化狀況、趨勢和原因的信息，更便于實(shí)現(xiàn)政府決策和科學(xué)研究等目的。因此，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)遵循科學(xué)性、綜合性、定量定性相結(jié)合、獨(dú)立性、可操作性與應(yīng)用性、層次性與穩(wěn)定性6大原則。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

以健康無污染狀態(tài)下的河川作為生態(tài)修復(fù)的最終目標(biāo)，本研究通過知網(wǎng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，得到了105篇有關(guān)河流生態(tài)恢復(fù)指標(biāo)體系研究的文獻(xiàn)。以此為依據(jù)，按照構(gòu)建河流生態(tài)恢復(fù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的原則，采用頻率分析方法初步篩選分類層指標(biāo)，選擇頻率大于5的分類層指標(biāo)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。共有15個(gè)指標(biāo)，各分類層指標(biāo)出現(xiàn)頻數(shù)情況見圖1。

圖1 生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)初選分類層指標(biāo)出現(xiàn)頻數(shù)Fig.1 Frequency of indicators in primary classification layer of ecological restoration assessment

對(duì)已經(jīng)篩選出來的上列15個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次篩選，選擇在文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)高于 30次的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為本論文的分類層指標(biāo)。分別為河岸帶指標(biāo)、水體理化指標(biāo)、水生生物指標(biāo)、水文指標(biāo)和社會(huì)服務(wù)功能5個(gè)指標(biāo)。

完成對(duì)分類層指標(biāo)的篩選后，再對(duì)指標(biāo)層指標(biāo)進(jìn)行調(diào)研。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這 105篇文獻(xiàn)中，出現(xiàn)次數(shù)大于15次的指標(biāo)層指標(biāo)有：溶解氧、氨氮、總磷、總氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、pH、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、流速、流量、彎曲度、生態(tài)需水量保證率、生態(tài)流量滿足率[9]、浮游植物多樣指數(shù)、浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)、底棲動(dòng)物完整性指數(shù)[10]、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、魚類完整性指數(shù)、魚類生物損失指數(shù)[11]、河岸穩(wěn)定性、河岸帶植被覆蓋率、河岸植被結(jié)構(gòu)完整性、河岸植被帶寬度、縱向連通性、河流護(hù)岸形式、防洪工程達(dá)標(biāo)率、水資源開發(fā)利用率、公眾滿意度和供水保證率[12]。各分類層出現(xiàn)的指標(biāo)層指標(biāo)頻數(shù)情況見圖2。

最終構(gòu)建了如圖 3所示的雨源型河流生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并擬利用該評(píng)價(jià)體系對(duì)深圳現(xiàn)有的雨源型河流進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

圖2 生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)初選指標(biāo)層指標(biāo)出現(xiàn)頻數(shù)Fig.2 Frequency of indicators in primary index layer of ecological restoration assessment

圖3 雨源型河流生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Ecological restoration evaluation index system of rain source river

3 雨源型河流生態(tài)評(píng)價(jià)的應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況與監(jiān)測點(diǎn)位概述

龍崗河是東江的二級(jí)支流——淡水河的上游段。它屬于東江水系，起源于梧桐山北麓。田坑水河口以上流域面積364.4km2，河長35.53km，平均比降2.7‰。

依據(jù)布點(diǎn)原則及現(xiàn)場調(diào)研，確定的采樣點(diǎn)經(jīng)緯度如表1所示。

表1 監(jiān)測點(diǎn)位置坐標(biāo)Tab.1 Location coordinates of monitoring points

3.2 龍崗河綜合評(píng)分結(jié)果分析

選取 2016年在不同季節(jié)(旱季和雨季)2個(gè)時(shí)間點(diǎn)(2月和7月)的龍崗河5個(gè)斷面(S1、S2、S3、S4和S5)的監(jiān)測情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.2.1 龍崗河2016年2月(旱季)綜合評(píng)分結(jié)果分析

如圖 4所示，從綜合評(píng)分來看，沿龍崗河上游至下游，呈先升后降的趨勢，其中S3斷面評(píng)分最高，S5斷面評(píng)分最低。從水文特征來看，S1，S2及 S3斷面評(píng)分高，S4和 S5斷面評(píng)分低，表明龍崗川上游和中游的流速和水量高于下游的流速和水量；從河流河岸來看，S1和 S2斷面評(píng)分低，S3、S4和 S5斷面評(píng)分低，即上游河岸的評(píng)分低，下游河岸的評(píng)分高；從水體理化特征來看，S3斷面取得最高評(píng)分，上中下5個(gè)斷面均為較高評(píng)分且相差不大，表明龍崗河的整體水質(zhì)較好；從水生物方面來看，上中游斷面的評(píng)分高于下游斷面的評(píng)分，其中 S3斷面的評(píng)分最高，S5斷面的評(píng)分最低，即 S5斷面的水生物的情況最不容樂觀，表明 S5斷面水生物的修復(fù)效果很弱；從社會(huì)服務(wù)方面來看，5個(gè)斷面的社會(huì)服務(wù)功能評(píng)分相差不大，表明龍崗河整體社會(huì)服務(wù)功能接近。

圖4 龍崗河2016年2月綜合評(píng)分結(jié)果Fig.4 Comprehensive score results of Longgang River in February 2016

3.2.2 龍崗河2016年7月(雨季)綜合評(píng)分結(jié)果分析

如圖5所示，總的來說，除S3斷面評(píng)分高于S2斷面評(píng)分外，S1斷面～S5斷面評(píng)分呈現(xiàn)下降趨勢，其中龍崗河7月S1斷面的綜合評(píng)分最高，S5斷面綜合評(píng)分最低。從水文特征來看，S1、S2及 S3斷面評(píng)分高，S4和 S5斷面評(píng)分低，表明龍崗河上中游的流速和水量高于下游流速和水量；從河流河岸來看，S1和S2斷面評(píng)分低，S3、S4和S5斷面評(píng)分低，即上游的河流河岸狀況評(píng)分較低，中游和下游評(píng)分較高；從水體理化特征來看，上中游斷面評(píng)分高，下游斷面評(píng)分低，其中 S5斷面的水體理化指標(biāo)得分最低，說明龍崗河下游水質(zhì)較差；從水生生物來看，上游 S1斷面和下游 S5斷面的評(píng)分較高，中游 S3斷面的評(píng)分最低，即 S3斷面的水生生物狀況最不容樂觀，表明該處水生生物修復(fù)效果較弱；從社會(huì)服務(wù)功能來看，上中下5個(gè)斷面的社會(huì)服務(wù)功能評(píng)分相差不大，表明龍崗河整體社會(huì)服務(wù)功能接近。

圖5 龍崗河2016年7月綜合評(píng)分結(jié)果Fig.5 Comprehensive score results of Longgang River in July 2016

4 結(jié) 論

根據(jù)城市雨源型河流特點(diǎn)，構(gòu)建符合雨源型河道特征的生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用頻度分析法科學(xué)篩選出分類指標(biāo)?；跇?gòu)建的雨源型河道生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以深圳市龍崗河(雨源型河流)為研究實(shí)例，分析其水體理化指標(biāo)和水生生物現(xiàn)狀，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到如下結(jié)論：

①利用頻度分析法篩選出的5個(gè)指標(biāo)為：河岸帶指標(biāo)、水體理化指標(biāo)、水生生物指標(biāo)、水文指標(biāo)和社會(huì)服務(wù)功能。

②旱季條件下，龍崗河的水質(zhì)與水生態(tài)得到了一定改善；雨季條件下，龍崗河上游河道水文特征較下游好，且上游水體理化特征也優(yōu)于下游。

③龍崗河沿程的社會(huì)服務(wù)功能接近。