上海典型中心城區(qū)河流健康評價

朱 英,陳小華,胡雙慶

(上海市環(huán)境科學(xué)研究院,國家環(huán)境保護新型污染物環(huán)境健康影響評價重點實驗室,上海 200233)

上海市地處長江入?？?、太湖流域東緣,為典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū),區(qū)域內(nèi)河湖眾多,河網(wǎng)密度高達3.41 km/km2[1]。 “十三五”期間,隨著截污治污力度不斷加大,上海市水污染治理取得了重大進展,基本解決了中小河流的黑臭問題,水環(huán)境質(zhì)量改善顯著。 水環(huán)境的改善為后續(xù)水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)奠定了良好的基礎(chǔ)。 因此,“十四五”期間,在水質(zhì)維穩(wěn)的同時,水生態(tài)、水健康問題逐漸得到重視。

開展河流健康評價能夠?qū)α饔騼?nèi)河流狀況進行綜合的評價與診斷,既有利于公眾了解河流真實健康狀況,又有助于地方以問題導(dǎo)向因地制宜實施河流治理修復(fù)措施,達到導(dǎo)向準(zhǔn)確、施策精準(zhǔn)、治理系統(tǒng)的目的。 早在20 世紀(jì)70 年代開始,英國[2]、美國[3]、歐盟[4]、澳大利亞[5-6]等國家和地區(qū)就已經(jīng)開始探索建立河流健康評價指標(biāo)體系并開展應(yīng)用。 而我國起步較晚,直到2002 年由唐濤等[7]首次引入河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價的相關(guān)內(nèi)容,才正式開啟了我國在河流健康領(lǐng)域的研究之路,后續(xù)我國黃河[8]、長江[9]、珠江[10]、淮河[11]等幾大流域相繼建立了本流域河湖健康評價指標(biāo)體系,并開展了試點研究,但當(dāng)前研究多為大型河流的健康評價體系構(gòu)建與評估,對于中小型河流的研究較少。

隨著我國對于河流健康評價的日趨重視,國內(nèi)先后發(fā)布了河湖健康評價相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),主要有北京市《水生態(tài)健康評價技術(shù)規(guī)范》 (DB 11/T 1722—2020)[12]、《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)[13]及蘇州市《河湖健康評價規(guī)范》(DB 3205/T 1016—2021)[14]等,然而國內(nèi)河流種類繁多,各不同河流之間在類型、結(jié)構(gòu)、功能等方面存在差異,因此,健康評價時除了上述評價標(biāo)準(zhǔn)中通用的基本指標(biāo)外,還需考慮各流域、河湖的特有指標(biāo),中心城區(qū)河流除了防洪、排澇等功能外,還具有維護生物多樣性功能、休閑娛樂、景觀等社會功能。 因此,本文以上海市典型中心城區(qū)徐匯區(qū)河流水體為研究對象,結(jié)合本市中心城區(qū)河流特點,構(gòu)建了具有中心城區(qū)河網(wǎng)水系特征的涵蓋生境、水質(zhì)、水生態(tài)以及滿足市民親水需求目標(biāo)的河流健康評估指標(biāo)體系,并利用層次分析法確定各評價指標(biāo)權(quán)重,進而計算河流健康綜合指數(shù),開展了徐匯區(qū)典型河流健康評價,以期為打造中心城區(qū)“水名片”、建設(shè)生態(tài)宜居城市提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

徐匯區(qū)位于上海市中心城區(qū)的西南部,全境面積為54.93 km2,其中陸地面積為50.94 km2,水域面積為3.82 km2。 徐匯區(qū)共有河流41 條,全長為67 km,數(shù)量在本市中心城區(qū)中位于前列。 近幾年,政府投入大量資金用于河流治理,河流的水質(zhì)和景觀得到較大提升。

為了掌握徐匯區(qū)河流水生態(tài)狀況及變化趨勢,診斷河流健康狀況和識別主要問題,本研究于2021年對徐匯區(qū)干、支流共8 條典型河流開展跟蹤監(jiān)測調(diào)查,點位設(shè)置以《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)為依據(jù),根據(jù)河流規(guī)模、周邊土地利用類型等特征共布設(shè)采樣點12 個(表1),采樣點位分布如圖1 所示,其中主干河流4 條,根據(jù)河流長度及上下游差異性等各設(shè)置2 個采樣點,干流分別為淀浦河(S1、S2)、蒲匯塘(S3、S4)、張家塘(S5、S6)、漕河涇-龍華港(S7、S8);次干河流1 條東上澳塘(S9);支級3 條為西新港(S10)、北潮港(S11)、三友河(S12)。 2021 年開展調(diào)查監(jiān)測,春季(5 月)、夏季(7 月)、秋季(10 月)各一次,共計3 次。

圖1 采樣點位分布Fig.1 Distribution of Sampling Points

表1 徐匯區(qū)河流采樣點Tab.1 River Sampling Points in Xuhui District

1.2 指標(biāo)監(jiān)測方法

1.2.1 生物的采集與鑒定

浮游藻類:定量樣品用5 L 有機玻璃采水器采取水面下0.5 m 處水層采集1 L 水樣,加入15 mL魯哥氏液(水樣體積分?jǐn)?shù)為1.5%)固定,帶回實驗室后將水樣經(jīng)兩次靜置沉淀24 h 后用虹吸法濃縮至50 mL;定性樣品用25 號浮游生物網(wǎng)采集,用4%甲醛固定。 種類計數(shù)和鑒定參考相關(guān)經(jīng)典文獻[15-16]。

底棲動物:采用1/16 m2彼得森采泥器采集,每個點位采泥2～4 次,將樣品置于40 目網(wǎng)篩中,然后將篩底置于水盆的清水中輕輕搖蕩,洗去污泥,用鑷子取出并記錄底棲動物數(shù)量并拍照,放到廣口標(biāo)本瓶中,加入75%乙醇固定。 物種的鑒定參照文獻[17-18]。

魚類:每個樣點設(shè)置2 條三層刺網(wǎng),三層刺網(wǎng)規(guī)格為1.5 m×50 m,網(wǎng)目內(nèi)層為15 mm,外層為100 mm,采集時間為6 h。 采集后的樣本當(dāng)場用10%的福爾馬林固定,每一個采樣點的每一種網(wǎng)具的樣本分別保存,集中帶回實驗室鑒定和測量。 物種鑒定參照文獻[19-20]進行。

水鳥:采用樣點法,借助望遠(yuǎn)鏡,對于生活于河流周邊鳥類群落進行觀察,統(tǒng)計10 ～15 min 內(nèi)樣點周邊200 m 區(qū)域內(nèi)鳥類的數(shù)據(jù)。 鳥類分類系統(tǒng)參照《中國鳥類分類與分布名錄》(第三版)[21]。

1.2.2 水質(zhì)理化指標(biāo)測定

現(xiàn)場采用便攜式溶解氧儀(YSI PRO 2010)測定水體溶解氧(DO)。 將水樣帶回實驗室后參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[22]測定氨氮、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、糞大腸菌群總數(shù)等。

1.2.3 生境調(diào)查

河岸帶植被覆蓋度、河岸人工干擾程度的調(diào)查主要依據(jù)進行《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)[14]等進行。

1.3 河流健康評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.3.1 權(quán)重確定方法

結(jié)合相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范篩選指標(biāo)并采用層次分析法確定權(quán)重[23]。 選用“9 級標(biāo)度法”對評價因子進行兩兩比較并構(gòu)造評價指標(biāo)體系各要素的綜合判斷矩陣,然后計算權(quán)向量,并進行一致性和隨機性檢驗。 具體如式(1)～式(3)。

其中:λmax——最大特征根;

A——矩陣;

α——特征向量;

I——檢驗判斷的一致性指標(biāo);

n——矩陣階數(shù);

R——判斷隨機一致性指標(biāo);

C——隨機一致性比例,當(dāng)C<0.10 時認(rèn)為判斷的矩陣取值是合理的。

1.3.2 各指標(biāo)的賦分

參照我國河湖健康評價相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等,結(jié)合中心城區(qū)河流特征進行指標(biāo)篩選與賦分(表2 ～表4)。從生境、水質(zhì)、生物和社會服務(wù)功能4 個方面,共篩選出13 項指標(biāo),其中河岸植被覆蓋度、大型水生植物(挺水植物、浮水植物、沉水植物)覆蓋度、浮游藻類密度等指標(biāo)賦分均參照《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)[13],魚類物種數(shù)、大型底棲動物Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)的指標(biāo)賦分參照北京市《水生態(tài)健康評價技術(shù)規(guī)范》(DB 11/T 1722—2020)[12]。 此外,指標(biāo)體系中設(shè)置了感官度指標(biāo)(嗅味和水色)、衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)(糞大腸菌群)等滿足市民親水需求的相關(guān)指標(biāo),并且增加了市民關(guān)注度較高、危害水生態(tài)系統(tǒng)的外來入侵種(福壽螺)指標(biāo)。 指 標(biāo)限值賦分結(jié)果如表2～表4 所示。

表2 河流生境指標(biāo)限值賦分Tab.2 Limit Values Assignment of River Habitat Indices

表3 河流理化指標(biāo)限值賦分Tab.3 Limit Values Assignment of River Physicochemical Indices

表4 河流生物指標(biāo)限值賦分Tab.4 Limit Values Assignment of River Bioindices

其中:B——賦分值;

si——第i個點位水鳥的物種數(shù);

S——水鳥總物種數(shù);

ni——第i點位水鳥發(fā)現(xiàn)次數(shù);

N——水鳥調(diào)查次數(shù)。

社會服務(wù)功能如下。

(1)水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率

水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率指達標(biāo)數(shù)占評價水功能區(qū)監(jiān)測總數(shù)的百分比。 參評指標(biāo)選取DO、CODMn、氨氮和TP。 采用百分制法,按達標(biāo)率×100 進行賦分。

(2)公眾滿意度

評估公眾對河湖環(huán)境、水質(zhì)水量、涉水景觀、舒適性等的滿意程度,采用公眾調(diào)查表打分法,滿分100 分,公眾滿意度賦分取所有公眾賦分的平均值。年度總調(diào)查人數(shù)不少于100 人。

1.3.3 河流健康綜合指數(shù)計算方法

基于各指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果,采用分級指標(biāo)評分法,對指標(biāo)進行分級、賦值、權(quán)重計算,逐級加權(quán),綜合計算河流健康綜合指數(shù)。

參照水利部《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793—2020)[13],水環(huán)境健康綜合指數(shù)計算如式(5)。

其中:H——健康綜合指數(shù);

Wi——第i項評估指標(biāo)權(quán)重;

Fi——第i項評估指標(biāo)賦分值。

健康度分為5 級:理想狀況(80≤H≤100)、健康(60≤H<80)、亞健康(40≤H<60)、不健康(20≤H<40)、病態(tài)(0≤H<20)。

2 結(jié)果與討論

2.1 評價指標(biāo)權(quán)重

結(jié)合本市中心城區(qū)河流特點,從生境、水質(zhì) 、生物和社會服務(wù)功能4 個方面,構(gòu)建河流健康評價指標(biāo)體系,包括河岸帶植被覆蓋度、水質(zhì)優(yōu)劣程度、浮游藻類密度、大型底棲動物多樣性指數(shù)、魚類物種數(shù)、水鳥狀況及外來入侵種等13 項指標(biāo)。 結(jié)合相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[12-14]與層次分析法確定權(quán)重(表5)。四大類指標(biāo)權(quán)重為生物>水質(zhì)>生境>社會服務(wù)功能。

表5 河流健康評估指標(biāo)體系Tab.5 Index System of River Health Assessment

2.2 單項指標(biāo)健康評價

基于典型河流單項指標(biāo)評分結(jié)果(圖2),從生境(C1～C2)方面來看,河岸植被覆蓋度(C1)處于不健康狀態(tài)的河流占比為25%,分別是淀浦河和張家塘,其兩岸植被覆蓋度尚有待提高,其次是西新港,為亞健康狀態(tài),其余河流為健康狀態(tài);從河岸人工干擾程度(C2)來看,50%河流受泵站放江影響,其中淀浦河除了受泵站放江影響外,通航也是其主要人工干擾因子。

圖2 各指標(biāo)健康度評分雷達圖Fig.2 Radar Chart of the Health Scores of Each Index

從水質(zhì)狀況來看,水質(zhì)優(yōu)劣程度處于亞健康狀態(tài)的河流占比為37.5%,這3 條河流存在水質(zhì)不穩(wěn)現(xiàn)象,可能與泵站放江等有關(guān),其余河流均為健康狀態(tài),其中北潮港、三友河、上澳塘、春申港水質(zhì)相對較好且穩(wěn)定;徐匯區(qū)河流水體整潔程度相對較好,處于健康狀態(tài)及以上;從衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)(糞大腸菌群)來看,三友河、北潮港達到了健康狀態(tài)及以上,水體菌群含量相對較低(優(yōu)于Ⅲ類水平),適用于作為水上活動等親水區(qū)。

從生物狀況來看,基于浮游藻類密度,徐匯河流總體處于不健康至亞健康狀態(tài),尤其是春夏季水體藻類密度高于秋季,部分河流浮游藻類密度偏高(>107L-1),出現(xiàn)藻華現(xiàn)象,除了季節(jié)性差異外,可能也與中心城區(qū)河流水動力不足有關(guān)[26-28]。 由底棲動物多樣性指標(biāo)的評估結(jié)果可見,徐匯河流底棲動物多樣性偏低,且優(yōu)勢種以強耐污種霍甫水絲蚓為主,這可能與城市中心城區(qū)河流底泥疏浚過頻及污水泵站放江等導(dǎo)致底泥污染累積嚴(yán)重有關(guān);魚類物種數(shù)處于亞健康狀態(tài)的河流占比為37.5%,其余均為健康狀態(tài),其中淀浦河、漕河涇-龍華港的魚類物種相對較多,而三友河、東上澳塘等種類較少,除了水質(zhì)外,還與水系的連通度密切相關(guān),但當(dāng)前中心城區(qū)河流水系的連通度相對較差,攔網(wǎng)、筑閘等干擾因素較多,影響河流魚類群落[29]。 隨著河流水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善,作為河流生態(tài)系統(tǒng)食物鏈頂端的水鳥逐漸回歸,75%河流發(fā)現(xiàn)了水鳥,水域相對開闊的河流(如淀浦河)水鳥數(shù)量相對較多,且水鳥的棲息除了與空間格局、魚類資源豐富度相關(guān)外,大型水生植物也是重要的影響因素之一[30-31],而目前徐匯區(qū)河流水生植物覆蓋度普遍偏低,且大部分河流為垂直硬質(zhì)堤岸,是不利于水鳥的棲息和覓食。 此外,基于生態(tài)安全的考慮,本研究設(shè)置了外來入侵種(福壽螺)指標(biāo),37.5%的河流發(fā)現(xiàn)了福壽螺的入侵,福壽螺攜帶大量的寄生蟲,是病菌和寄生蟲的載體,排出的糞便還會污染水體,與本地物種(水生貝類)競爭導(dǎo)致本地淡水生物減少,影響本地水生生物的多樣性[32],春夏季是福壽螺繁殖高峰期[33],因此,需要引起河流相關(guān)管理部門的重視,及時采取防治措施。

從社會服務(wù)功能來看,基于水功能區(qū)達標(biāo)率評分結(jié)果,徐匯區(qū)河流總體處于亞健康至健康狀態(tài),表明徐匯區(qū)河流水環(huán)境質(zhì)量總體較好。 從公眾滿意度評分來看,公眾對于三友河的滿意度評分相對較高(80 分以上),主要與其水體透明度高、河岸帶狀況等相對較好相關(guān);而對于淀浦河的滿意度相對較低(低于70 分),主要與該河流水體渾濁、河岸帶植被稀少、景觀不佳及不適宜親水娛樂等有關(guān);蒲匯塘、東上澳塘、漕河涇-龍華港等滿意度評分處于70 分左右的河流,其涉及的問題主要與河流水體嗅味及有福壽螺等因素有關(guān)。

2.3 典型河流健康綜合評價

根據(jù)健康綜合指數(shù)對徐匯8 條典型河流進行健康狀態(tài)進行評價,如圖3 所示,淀浦河、蒲匯塘、漕河涇-龍華港、張家塘三季均處于亞健康狀態(tài)(H<60),除張家塘外,其余3 條河流的春季H值相對高于夏、秋季,這主要與春季水質(zhì)優(yōu)于夏、秋季,且春季浮游藻類密度相對較低有關(guān)。 而張家塘H值則為秋季高于夏、春季,除水質(zhì)外,還與其秋季福壽螺分布密度相對較低有關(guān)。 東上澳塘在夏、秋季處于健康狀態(tài),而在春季則為亞健康狀態(tài),主要與其春季底棲動物多樣性指數(shù)偏低有關(guān)。 西新港在春、秋季均為健康狀態(tài),在夏季則處于亞健康狀態(tài),夏季水質(zhì)、衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)及藻類密度為其主要影響因子。 北潮港和三友河在三季均處于健康狀態(tài)。 基于8 條典型河流在不同季節(jié)的健康度評估結(jié)果,春季和夏季均有62.5%的河流處于亞健康狀態(tài),而秋季則有50.0%河流處于健康狀態(tài),其余為健康狀態(tài)。

圖3 不同季節(jié)河流健康綜合指數(shù)Fig.3 River Health Composite Index by Seasons

如圖4 所示,從年度來看(綜合各季度H均值),8 條典型河流中37.5%為健康狀態(tài),其中三友河的H值最高,其次是北潮港和西新港。 62.5%的河流處于亞健康狀態(tài),其中健康綜合指數(shù)分別為張家塘<淀浦河<蒲匯塘<漕河涇-龍華港<東上澳塘,結(jié)果表明,處于亞健康狀態(tài)多為淀浦河等河流規(guī)模相對較大的河流,三友河等小型河流多為健康狀態(tài)。小型河流在人工干預(yù)下維持健康狀態(tài)相對容易,因此,后續(xù)提升淀浦河、張家塘等中大型河流的健康度是未來幾年的重點關(guān)注方向。 綜上所述,水體富營養(yǎng)化、外來入侵種福壽螺擴散、大型底棲動物生物多樣性偏低及大型水生植物覆蓋度低等是當(dāng)前徐匯區(qū)河流存在的主要問題。 本研究雖然初步建立了上海中心城區(qū)的健康評估指標(biāo)體系并選擇徐匯區(qū)8 條河流12 個典型斷面開展試點應(yīng)用,但水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)是一個長期的過程。 因此,需要在現(xiàn)有調(diào)查工作基礎(chǔ)上,持續(xù)開展跟蹤監(jiān)測評估,為城市化背景下中心城區(qū)河流水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)提供依據(jù)。

圖4 年度河流健康綜合指數(shù)Fig.4 Annual River Health Composite Index

2.4 對策建議

以問題為導(dǎo)向,針對當(dāng)前徐匯區(qū)河流健康問題,提出如下對策建議。

(1)對于部分存在水體富營養(yǎng)化問題的河流開展藻華防控。 除了采取氮磷營養(yǎng)鹽削減技術(shù)外,還可通過水動力調(diào)控,預(yù)防水體富營養(yǎng)化引發(fā)的水華問題。 如保持閘門開啟時間長,河道暢通,通過增加水體流動性,破壞藻類暴發(fā)性增長的靜水條件,抑制有害藍(lán)綠藻的大量暴發(fā)。

(2)提升大型水生植物覆蓋度。 采取合理種植水生植物、開闊水面增設(shè)浮床等方式提升水生植物覆蓋度,提升水鳥和底棲動物等生存空間。

(3)加強外來入侵物種福壽螺的治理。 建立風(fēng)險預(yù)警機制,春夏季繁殖高峰期加強福壽螺的防治與巡查,及時物理清除福壽螺卵塊,及時控制福壽螺的擴散、蔓延。

(4)促進河流生物多樣性恢復(fù)。 因地制宜開展生態(tài)修復(fù),根據(jù)不同河流的水環(huán)境特點選擇適宜的魚類或河蚌等,開展重要水生物增殖放流,但要規(guī)范人為放生行為。

3 結(jié)論

(1)上海中心城區(qū)河流健康評價指標(biāo)體系涵蓋了河岸帶植被覆蓋度、水質(zhì)優(yōu)劣程度、浮游藻類密度、大型底棲動物多樣性指數(shù)、魚類物種數(shù)、水鳥狀況及外來入侵種等13 項指標(biāo)。 四大類指標(biāo)權(quán)重大小依次為生物、水質(zhì)、生境及社會服務(wù)功能。

(2)中心城區(qū)徐匯區(qū)河流總體處于亞健康至健康狀態(tài),8 條典型河流中,37.5%河流為健康狀態(tài),62.5%的河流處于亞健康狀態(tài),底棲動物多樣性、大型水生植物覆蓋度偏低、外來物種福壽螺擴散及部分河道水體富營養(yǎng)化是影響河流健康的主要因素。處于亞健康狀態(tài)多為淀浦河等河流規(guī)模相對較大的河流,三友河等小型河流多為健康狀態(tài)。

(3)以問題導(dǎo)向因地制宜實施河流管控和水生態(tài)修復(fù)措施。 通過閘門控制提升水體水動力交換條件,采取合理種植水生植物、開闊水面增設(shè)浮床等方式提升水生植物覆蓋度,加強外來入侵物種福壽螺的治理,規(guī)范開展重要水生生物的適當(dāng)增殖放流,提升河流生物多樣性。