海城河生態(tài)修復(fù)效果研究

趙慶營

(海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

海城河位于遼東半島中部偏北、東北平原南部，屬渾河水系太子河支流。河源分東、西兩岔，兩岔于海城市析木鎮(zhèn)匯合，自東南向西北流經(jīng)析木、牌樓、馬風(fēng)、八里、響堂管理區(qū)、海州管理區(qū)、興海管理區(qū)、驗軍管理區(qū)、西柳、中小、東四等鎮(zhèn)，于牛莊鎮(zhèn)的西小姐廟注入太子河，河長91.8km，總面積1344km2。為促進綠色、科技、人文城市發(fā)展，海城市被定為城市生態(tài)保護平整與綠色生態(tài)走廊，對推動海城市水生態(tài)文明建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展意義重大。然而，海城河面臨著水生態(tài)功能退化、水污染加劇、河道斷流、水資源短缺等生態(tài)環(huán)境問題，極大的制約著沿岸經(jīng)濟社會的發(fā)展和河流生態(tài)服務(wù)價值的發(fā)揮。近年來，海城河生態(tài)修復(fù)與保護逐漸引起海城市政府的高度重視，于2016-2018年建設(shè)實施海城河(城市段)16.8km的綠色生態(tài)發(fā)展帶工程，采取清淤疏浚、堤岸修復(fù)、溝道治理等措施改善河流生態(tài)。

河流生態(tài)修復(fù)是利用各種工程技術(shù)、化學(xué)修復(fù)以及物理修復(fù)措施，以生物修復(fù)為基礎(chǔ)的生態(tài)修復(fù)過程，逐步去除或緩解河流生態(tài)系統(tǒng)受人類生產(chǎn)活動的負面影響，實現(xiàn)水利工程的近自然化和河流生態(tài)系統(tǒng)功能價值的提升。由于河流生態(tài)修復(fù)效果、控制目標(biāo)以及生態(tài)環(huán)境問題的差異，有必要科學(xué)評價生態(tài)修復(fù)效果以合理選擇最佳的方案[1-3]。

1 河流生態(tài)服務(wù)價值分類

根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的效用、機制和“千年生態(tài)系統(tǒng)評估”報告，以供給、調(diào)節(jié)、文化、支持4大功能合理分解海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。目前，享樂價格法、資產(chǎn)價值法、旅行費用法、影子工程法、恢復(fù)與防護費用法、機會成本法、替代成本法等為評估生態(tài)服務(wù)價值較為常用的方法。

1.1 供給服務(wù)

1)水利發(fā)電：將位于高位能的湖泊、河流等水流降至低位以轉(zhuǎn)變成水輪機的動能，并利用水輪機作為原電機帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。河流水力發(fā)電的量化載體和價值表現(xiàn)形式是水電站的發(fā)電量，而水資源位能變換屬于其功能價值的基礎(chǔ)。一般地，可以利用水力發(fā)電價格乘以發(fā)電總量來計算水力發(fā)電價值。

2)漁業(yè)生產(chǎn)：在池塘、河流、水庫中種植蓮藕等水生植物或養(yǎng)殖魚類，能夠提供居民所需的各類水產(chǎn)品以及增加河流的景觀價值，水生花卉、觀光休閑漁業(yè)可在一定程度上促進旅游業(yè)的發(fā)展[4]。采用市場價值法評估漁業(yè)生產(chǎn)價值，即利用市場價值乘以捕獲水產(chǎn)品量評估。

3)供水功能：河流作為保持和貯存淡水的重要場所屬人類最主要的淡水水源，在為動植物生長、人類生活提供代謝用水和飲用水的同時，更為生態(tài)環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉等提供用水保障。根據(jù)市場價值法評價河流水的供給功能，確定考核指標(biāo)為各類用水量，利用現(xiàn)行水價準(zhǔn)確反映供水價值[5]。

1.2 調(diào)節(jié)服務(wù)

1)大氣調(diào)節(jié)：為獲取生長發(fā)育必需的養(yǎng)分河岸帶的各種濕生植物、河道內(nèi)的原生藻類和浮游植物等，通過光合作用釋放O2、固定CO2，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)大氣組分的功能。將釋氧價值和固碳價值利用造林成本法計算以衡量大氣調(diào)節(jié)功能，即以造林成本乘以釋放O2或者固定CO2的量。

2)凈化功能：通過氧化還原、擴散、過濾、吸附、稀釋等一系列生物化學(xué)和物理反應(yīng)，河流生態(tài)系統(tǒng)能夠凈化排入河流中的生活污水、工業(yè)廢水等污染物。文章利用替代工程法來計算河流的凈化功能價值，即考慮污染物處理成本河流的納污能力綜合確定。

3)河流輸沙：河流具有疏通河道、沖刷河床上淤積物和運移泥沙的作用，大量沉積的泥沙將抬高河床，水流速度放緩，并大大降低河流的洪水調(diào)蓄功能。結(jié)合實際情況，可利用人工清潔河道成本費乘以河流年輸沙量來確定。

4)調(diào)蓄洪水：實際上，水系統(tǒng)的循環(huán)過程就包括洪水的調(diào)蓄，能夠起到減輕洪水威脅的調(diào)節(jié)作用。河流濕地存在強大的蓄水與滲透能力，能夠弱化洪水沖擊力、消減洪峰和減緩洪水流速。調(diào)蓄功能價值利用替代工程法確定，綜合考慮單位水庫庫容總價、河道洪水調(diào)蓄能力和水庫確定。

5)水資源存貯：河流作為一種天然容器，在為人類提供用水的同時還起著存貯水源、調(diào)節(jié)與補充地下水水量及周邊濕地徑流的作用，對于維持區(qū)域水資源總量的平衡發(fā)揮著關(guān)鍵作用。文章利用替代工程法計算水資源貯水功能價值，按照單位需水量庫容成本乘以水資源總量來衡量。

1.3 文化服務(wù)

1)水文化傳承功能：生態(tài)文化是反映人與社會、自然與社會、人與自然之間和諧發(fā)展及和睦相處的一種社會文化，和諧的生態(tài)文化是社會繁榮、生活文明的標(biāo)志，也是社會進步和生產(chǎn)力發(fā)達的產(chǎn)物。采用條件價值法，即將每戶人口支付意愿金額乘以區(qū)域內(nèi)人口數(shù)獲取水文化傳承功能價值。

2)水景觀功能：陸地-水體的鑲嵌格局決定了河流生態(tài)系統(tǒng)的景觀特異性，該系統(tǒng)兼具動態(tài)屬性，下游濕地景觀與上游森林草地景觀結(jié)合、陸地與水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合使其具有景觀多樣性。文章全面考慮房地產(chǎn)總面積與增值總量，利用支付意愿法計算水景觀功能價值。

3)游憩功能：河流生態(tài)系統(tǒng)可為人類提供緩解壓力、消除疲勞、有益健康的娛樂場所和休閑功能，穩(wěn)固的岸體與流動的水體構(gòu)成了動、靜和諧統(tǒng)一的河流景觀，給人們以精神上的美觀體驗和視覺上的美學(xué)享受。根據(jù)市場價值法和各區(qū)縣旅游部門統(tǒng)計的數(shù)據(jù)計算旅游總價值，并考慮各旅游風(fēng)景區(qū)內(nèi)游客的消費總數(shù)衡量河流生態(tài)系統(tǒng)的游憩功能。

1.4 支持服務(wù)

水生態(tài)系統(tǒng)作為生命起源地為各類生物生存提供支持服務(wù)，具有較高的提供生物生境的價值，對于有重要經(jīng)濟及科學(xué)研究價值的國家一級、二級、三級生物物種的保護具有更重要的意義。

對保護生物多樣性的價值可利用支付意愿法計算，從而衡量河流系統(tǒng)的支付服務(wù)，即以保護物種的物種數(shù)乘以其支付意愿來確定。

2 海城河生態(tài)服務(wù)價值演化規(guī)律

結(jié)合河道特征及河流流經(jīng)區(qū)域?qū)⒑３呛觿澐譃?段，即八里鎮(zhèn)上游山峽段、響塘至驗軍管理區(qū)城市段、西柳至太子河郊野段。根據(jù)海城河生態(tài)功能區(qū)劃，對海城河的生態(tài)服務(wù)價值按郊野段、城市段、山峽段分別計算。

2.1 山峽段生態(tài)服務(wù)價值

總體上，海城河山峽段1988-2019年的生態(tài)服務(wù)價值呈不斷減少的變化特征，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(76.81億元)較1988年(120.46億元)減少了43.65億元，波動幅度達到36.24%，如圖1。研究期間，海城河山峽段的支持、文化和供給功能服務(wù)價值降低了51.3%、51.4%和88.5%，而調(diào)節(jié)功能增加了6.5%。

圖1 山峽段生態(tài)服務(wù)價值變化特征

2.2 城市段生態(tài)服務(wù)價值

整體上，海城河城市段1988-2019年的生態(tài)服務(wù)價值呈逐漸減少的變化趨勢，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(93.51億元)較1988年(152.71億元)減少了59.20億元，波動幅度達到38.77%，如圖2。研究期間，海城河城市段段的支持、文化和供給功能服務(wù)價值降低了52.6%、52.6%和65.9%，而調(diào)節(jié)功能增加了8.3%。

圖2 城市段生態(tài)服務(wù)價值變化特征

2.3 郊野段生態(tài)服務(wù)價值

總體上，海城河郊野段1988-2019年的生態(tài)服務(wù)價值呈逐漸減少的變化趨勢，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(37.18億元)較1988年(53.46億元)減少了59.20億元，波動幅度達到30.45%，如圖3。研究期間，海城河城市段段的支持、文化和供給功能服務(wù)價值降低了60.4%、62.2%和18.8%，而調(diào)節(jié)功能增加了4.7%。

圖3 郊野段生態(tài)服務(wù)價值變化特征

3 河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

3.1 分析方法

河流生態(tài)修復(fù)方向在很大程度上取決于生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，生態(tài)服務(wù)功能應(yīng)與生態(tài)目標(biāo)的選取相對應(yīng)，從而達到修復(fù)措施改善與提升生態(tài)服務(wù)功能的目標(biāo)。從文化傳承、生態(tài)安全與水安全3個角度篩選生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，其中改善水體質(zhì)量和擴大水面面積有利于提升支持服務(wù)、水景觀、游憩娛樂、凈化和調(diào)蓄洪水功能；濕地修復(fù)與植被恢復(fù)有利于增強大氣調(diào)節(jié)、河流凈化功能，而明確河流文化保護目標(biāo)有利于改善水文化、水景觀和打造游憩休閑場所。

3.2 確定目標(biāo)

1988-2019年，隨時空變化海城河生態(tài)服務(wù)價值均表現(xiàn)出不斷減少的趨勢，現(xiàn)階段急需采取有效的措施修復(fù)河流生態(tài)環(huán)境[6]。文章深入分析了海城河流域演變規(guī)律、生態(tài)功能及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過綜合調(diào)研流域自然、經(jīng)濟與社會復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)特征，提出海城河2025年、2030年生態(tài)修復(fù)時間節(jié)點及其目標(biāo)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)資料對海城河生態(tài)修復(fù)目標(biāo)值進行研究測算，如表1。

表1 海城河生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

3.3 修復(fù)效果

根據(jù)2010年海城河生態(tài)服務(wù)功能價值百分比和我國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整生成海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單位面積當(dāng)量表。生態(tài)環(huán)境與水資源受影響因素較多，且不同因素間存在因果或相關(guān)關(guān)系?？紤]到無法用精準(zhǔn)的函數(shù)描述不同環(huán)境要素之間的復(fù)雜關(guān)系，本研究對生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生的未來效果利用回歸分析法評估與預(yù)測?；貧w分析法是依據(jù)歷史資料或?qū)嶋H數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)狀及其過去發(fā)展規(guī)律利用科學(xué)的方法探索系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)未來的變化趨勢進行預(yù)測與評估。

設(shè)自變量、因變量為土地利用類型和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，并結(jié)合海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表構(gòu)造多元線性回歸方程，如下：

TVF=26112.4F1+2712.4G2+1587.6L3+
180172.4W4+658X5+2057120

(1)

式中：TVF為海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，萬元；F1、G2、L3、W4、X5為林地、草地、耕地、水域和其他面積，km2。

采用線性規(guī)劃技術(shù)和海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型，通過監(jiān)測土地利用類型變化評估生態(tài)服務(wù)價值的變化，從而為流域水資源配置、生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案優(yōu)化以及土地利用類型面積優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。2025年和2030年海城河水面修復(fù)實現(xiàn)了65%、85%的河道有水，按河道占總面積的百分比來分析，2025年、2030年的水域面積占研究區(qū)總的21%和30%；2025年和2030年的林地修復(fù)目標(biāo)為林地占河道兩側(cè)的60%、70%，而實際占比達到42%和45%；2025年和2030年的草地修復(fù)目標(biāo)為草地占總面積的2%、3%；2020年、2030年耕地面積均減少25以上，耕地面積從2019年的9%減少至2025年的7%，進而減少至2030年的2%，如表2。

表2 海城河土地利用類型所占比例 %

2025年、2030年海城河修復(fù)后的生態(tài)服務(wù)價值利用生態(tài)修復(fù)模型和修復(fù)目標(biāo)計算，依次為166.78億元和127.24億元，較2019年增加54.6%、102.6%，如表3。

表3 海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值 km2

4 結(jié) 論

文章從支持、文化、調(diào)節(jié)和供給4大功能合理分析了海城河生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，并利用生態(tài)服務(wù)價值評價方法揭示了海城河生態(tài)服務(wù)演化規(guī)律，得出的主要結(jié)論如下：

1)海城河山峽段，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(76.81億元)較1988年(120.46億元)減少了43.65億元，波動幅度達到36.24%；海城河城市段，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(93.51億元)較1988年(152.71億元)減少了59.20億元，波動幅度達到38.77%；海城河郊野段，2019年總生態(tài)服務(wù)價值(37.18億元)較1988年(53.46億元)減少了59.20億元，波動幅度達到30.45%。

2)依據(jù)生態(tài)修復(fù)模型和修復(fù)目標(biāo)計算修復(fù)后的生態(tài)服務(wù)價值，2025年和2030年的生態(tài)服務(wù)價值依次為166.78億元和127.24億元，較2019年增加54.6%、102.6%。

3)海城河生態(tài)服務(wù)價值最關(guān)鍵的影響因素包括水域面積、水資源量，鑒于海城河生態(tài)服務(wù)價值受水域面積的顯著影響，提出恢復(fù)海城河水文化傳承服務(wù)價值、提升生態(tài)修復(fù)效果最有效的措施有增加河道水域面積、構(gòu)建多處人工濕地等。