北京城市河湖水草科學(xué)管控體系構(gòu)建分析

劉 琦，何沛洋，李昭輝，張 瑞

（北京市城市河湖管理處，北京 100144）

1 引言

從20世紀(jì)80—90年代開始，水生植物因水體污染而衰退，尤其是完全生長在水中的沉水植物在一些污染嚴(yán)重的水體中一度消失[1]。近幾年，北京市持續(xù)推進(jìn)水污染治理工作，截污治污工作效果顯著，城市河湖管轄水域的外源污染大幅降低，水體質(zhì)量明顯提升，伴隨光照與水溫條件的適宜，出現(xiàn)了水草過度繁殖、大面積覆蓋于水體表層情況，對首都核心區(qū)及中心城區(qū)的防洪、供水、水景觀及通航帶來了影響，并且導(dǎo)致水體下層缺少陽光和氧氣，影響魚類等生物生存。當(dāng)大量的水草殘體沉積河底，會使淤泥層迅速增厚，加速湖泊的老化即沼澤化進(jìn)程[2]，并且富集了大量營養(yǎng)鹽的水草在腐敗時會將有機(jī)氮、磷重新釋放回水體中，造成對水質(zhì)的二次污染問題[3]，同時水草的瘋長也引起了市民的不滿。據(jù)統(tǒng)計，2019—2021年有數(shù)百位市民撥打過北京市12345熱線，反映城市河湖水域水草泛濫影響水景觀問題。

2019年在解決水草過度繁殖問題的過程中，由于缺乏管理標(biāo)準(zhǔn)，工人通常利用鋸條對水草根部進(jìn)行切斷，這種“一刀切”的水草清除辦法雖然可以快速解決水草覆蓋于水體表面的問題，但引發(fā)了河道水草覆蓋度過低和生態(tài)系統(tǒng)被破壞、水體自凈能力減弱、垃圾清運(yùn)量暴增、財政資金投入加大等一系列問題。因此，對城市河湖水域水草進(jìn)行科學(xué)化管控具有迫切的實(shí)際需求和重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 城市河湖水域水草科學(xué)管控體系

2.1 水草科學(xué)管控目的

張軍旺等在白洋淀進(jìn)行的研究表明，當(dāng)湖泊內(nèi)水草蓋度為50%時，水體中總氮（TN）、總磷（TP）、溶解性固體總量（TDS）和電導(dǎo)率（SPC）值最低；藍(lán)藻門比例和優(yōu)勢種較低，水生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定且受環(huán)境的影響小[4]。城市河湖水草管控體系的構(gòu)建，目的是維持城市河湖水草覆蓋度在50%，充分利用水草對水體的凈化作用，同時避免水草瘋長引發(fā)各類問題出現(xiàn)，維護(hù)好城市河湖水域生態(tài)平衡，為城市河湖水域水草實(shí)施系統(tǒng)性、科學(xué)性的管控提供有利保障。

2.2 城市河湖水草科學(xué)管控體系內(nèi)容

作者利用2 a的時間對城市河湖水域內(nèi)的水草種類及生長周期進(jìn)行了觀測，現(xiàn)場調(diào)研水草清割工作過程中投入的人員和機(jī)械設(shè)備，并結(jié)合每條河流水深特性，提出了生態(tài)優(yōu)先、因地制宜、一河一策、常態(tài)管理的水草治理原則，構(gòu)建了以機(jī)械清割為主要方式的城市河湖水草科學(xué)管控體系。

2.2.1 生態(tài)優(yōu)先

北京市城市河湖管理處管轄河道包括三家店調(diào)節(jié)池、永定河引水渠、京密引水渠昆玉段、長河、轉(zhuǎn)河、雙紫支渠、南護(hù)城河、北護(hù)城河、小月河、東西土城溝、通惠河、二道溝等13條河流，河道長度124.31 km，水域面積超過36萬m2。在以往的水草治理過程中總是關(guān)注水草瘋長引發(fā)的問題，工人在清割水草時經(jīng)常過度清割，認(rèn)為消除水草便能解決相關(guān)問題，但此種作業(yè)方式嚴(yán)重降低了河道內(nèi)水草含量，并引發(fā)水草清割量上升和后續(xù)打撈、上岸、轉(zhuǎn)運(yùn)等一系列工作都需增加人工及資金投入的問題，同時管理者忽略了水草作為初級生產(chǎn)者在河流生態(tài)系統(tǒng)中的功能。在實(shí)施水草科學(xué)管控的過程中，應(yīng)首先在思想認(rèn)識方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變，管理人員應(yīng)樹立生態(tài)優(yōu)先的理念，充分利用水草的生態(tài)作用，杜絕以往采取的根部割斷的過度治理方式，治理水草要適度適量，保持河道內(nèi)一定的水草覆蓋度，以保證水體的自凈能力和河湖水域的生態(tài)性。

2.2.2 因地制宜

城市河湖每條河流的水草品種不盡相同，生長周期也有所差異，所以要因地制宜，保證水草管控體系的可行性與有效性。2020—2021年，作者分別對各河道水草種類及生長情況進(jìn)行了持續(xù)性觀測，并通過取樣對比確定優(yōu)勢種群。由此發(fā)現(xiàn)，城市河湖水草種類包括菹草、苦草、金魚藻、黑藻、狐尾藻、篦齒眼子菜、大茨藻等，各種類之間生物量具有差異，優(yōu)勢種群為菹草、狐尾草和金魚藻。城市河湖各河道水草種類，如圖1所示。

圖1 城市河湖各河道水草種類統(tǒng)計

通過觀測，在了解各河道水草品種的同時掌握了不同水草的生長周期。其中，菹草較為特殊，1—2月為休眠期，3月進(jìn)入萌芽期開始生長，4—6月生長迅速，隨后進(jìn)入消亡期，9月中旬起再次進(jìn)入萌芽期，至12月底緩慢生長；金魚藻、黑藻、狐尾草、苦草、篦齒眼子菜和大茨藻生長情況較為相似，均為3月中下旬起進(jìn)入萌芽期開始生長，5月上旬金魚藻、狐尾草、篦齒眼子菜及大茨藻進(jìn)入快速生長周期，9月中下旬生長速度減緩，開始進(jìn)入休眠期，苦草、黑藻進(jìn)入6月開始快速生長，9月下旬起生長速度減緩，開始進(jìn)入休眠期。各品種水草生長周期，詳見表1。

表1 各品種水草生長周期

2.2.3 一河一策

城市河湖管轄各河道水草品種與生長周期不盡相同，所以水草管控的起始時間點(diǎn)并不能統(tǒng)一規(guī)定，同時河道水深對于清割深度與清割頻次有所影響。如三家店調(diào)節(jié)池水深6 m，京密引水渠昆玉段水深2.6 m，南護(hù)城河水深1.77 m，南長河水深2.0 m，轉(zhuǎn)河水深2.2 m，通惠河水深2.1 m，從而對于城市河湖整體的水草管控不能一概而論。通過現(xiàn)場調(diào)研水草清割過程發(fā)現(xiàn)，目前投入的機(jī)械設(shè)備主要分為大型全自動保潔船、小型泡沫平板割草船以及普通船只懸掛割草機(jī)3種類型，共計62條、工人124名，適用于不同的清割深度，并且根據(jù)各河流的水深特性制定了每條河流水草管控實(shí)施細(xì)則，確保水草管控達(dá)到預(yù)期效果。城市河湖部分河道水草管控實(shí)施細(xì)則，詳見表2。

表2 城市河湖部分河道水草管控實(shí)施細(xì)則

2.2.4 常態(tài)管理

水草科學(xué)管控體系實(shí)施過程中應(yīng)持續(xù)保持常態(tài)化監(jiān)管措施。一方面要根據(jù)不同品種、不同季節(jié)水草繁殖速度的差異，跟蹤水草長勢情況，尤其是出現(xiàn)持續(xù)高溫等異常天氣時，要加強(qiáng)關(guān)注水草的生長、衰亡情況，掌握水草量的變化，在清割深度可調(diào)整范圍內(nèi)進(jìn)行指導(dǎo)作業(yè)；另一方面要每日關(guān)注清割工作進(jìn)度是否正常開展、清割深度是否符合要求，并且能否在規(guī)定時間范圍內(nèi)完成任務(wù)，避免因管控失效出現(xiàn)水草覆蓋度過高或在河道內(nèi)死亡情況，對水體造成二次污染。

3 水草科學(xué)管控體系成果

3.1 城市河湖水生態(tài)環(huán)境更具活力

2022年北京市城市河湖管理處對水草進(jìn)行科學(xué)管控后，杜絕了以往根部切斷的清割行為，采取常態(tài)化剪頭式管控方式，始終保持河道內(nèi)水草覆蓋度達(dá)到50%以上，既充分利用了水草的凈化、固化作用，吸收水體中無機(jī)氮和無機(jī)磷轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，又抑制了浮游植物的生長、防止藻類水華現(xiàn)象的出現(xiàn)，為魚群、水鳥等親水動物提供了食物來源和棲息場所。同時，水草與非生物物質(zhì)在生態(tài)鏈中的相互作用，可以促進(jìn)水體成為具有生命活力的生態(tài)環(huán)境[5]。

3.2 城市河湖水景觀效果有所提升

采取常態(tài)化適度收割水草的措施，既能轉(zhuǎn)移出植物中營養(yǎng)物質(zhì)，又能利于水草的恢復(fù)與生長，緩解水草泛濫程度，降低水草在水面附近形成致密冠層量，并且水草可以通過促進(jìn)沉降、抑制再懸浮的方式固定懸浮物，增加水體透明度[6]，有效提升了城市河湖水景觀整體效果。通過2022年每月面向市民開展的水環(huán)境滿意度調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，市民對城市河湖水景觀評分由2021年平均88.9分上升至92.3分。

3.3 水草清運(yùn)消納費(fèi)用投入降低

水草科學(xué)管控過程中有效控制了水草的清割總量，減少了垃圾消納量，降低了運(yùn)維成本。根據(jù)2020—2021年水草清運(yùn)量平均值計算，預(yù)計2022年2—11月垃圾清運(yùn)消納13484 t，截至2022年8月根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)計共清運(yùn)消納水草8001 t，比預(yù)計同期水草清運(yùn)量減少1100 t，依據(jù)本年度合同中關(guān)于清運(yùn)單價款項(xiàng)的相關(guān)規(guī)定，可節(jié)約財政資金70余萬元。

4 結(jié)語

控制適宜的水草生物量是一個極為復(fù)雜的問題，現(xiàn)階段作者對于城市河湖水草管控僅限于利用機(jī)械清割的單一辦法進(jìn)行治理，目前國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在水生態(tài)系統(tǒng)中，水流是決定水生植物生長和分布的重要環(huán)境因子，適度的水流運(yùn)動可以通過補(bǔ)充水分和減少植物表面的邊界層的厚度，增加邊界層化學(xué)物質(zhì)無機(jī)碳、營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的供應(yīng)和交換，因此有利于代謝過程；相反，急流可能通過從沉積物中破壞和分離植物，對植物產(chǎn)生物理損傷以及影響莖葉的運(yùn)動，導(dǎo)致植物通過應(yīng)激反應(yīng)提高呼吸成本[7]。在之后的水草管控過程中會進(jìn)一步研究城市河湖水流速度與水草生長關(guān)系，融入物理方法進(jìn)行管控，達(dá)到既要維護(hù)河湖水生態(tài)環(huán)境也要保證好城市水景觀質(zhì)量，切實(shí)實(shí)現(xiàn)首都水務(wù)“安全、潔凈、生態(tài)、優(yōu)美、為民”的發(fā)展目標(biāo)，不斷滿足市民對優(yōu)美環(huán)境的需求，提升首都市民獲得感、幸福感。