河流生態修復后評估研究進展

陳興茹

(中國水利水電科學研究院水力學研究所,北京 100038)

河流生態修復后評估研究進展

陳興茹

(中國水利水電科學研究院水力學研究所,北京 100038)

河流生態修復活動正在世界范圍內廣泛開展,受生態系統內部結構的復雜性、非線性等因素制約,生態修復工程實施后的效果仍有待進一步確定。通過分析國內外河流生態修復后評估研究進展情況,總結了河流生態修復成功與否的判別標準及國內外開展的相關實踐活動,指出國外的河流生態修復后評估工作主要集中在歐美國家,內容相對較詳細;我國的河流生態修復后評估工作受河流生態修復研究和實踐水平所限,仍處于初級階段,應積極借鑒國外后評估工作的經驗,推進我國河流生態修復工作的進一步深入。

河流生態修復;后評估;綜述

河流具有防洪排澇、供水、生態、環境、景觀和文化等多重經濟、社會功能。隨著社會的進步和經濟的快速發展,河流對城市發展和人居環境改善的重要性日益受到社會各界的關注,其整治活動正在國內外如火如荼地開展。大量的將河流修復為自然狀態的工作已在進行,以重新恢復河流的生態系統服務功能[1]。河流生態修復被定義為將河流恢復為近自然狀態的過程[1-4],因此河流生態修復已經成為很多國家水管理部門和河流管理者優先考慮的問題[5-9],河流開發的負面影響也得到廣泛認同[10-11]。

當前的河流生態修復常采用試驗的方法[12],所采用的方法能否使工程達到預期目標經常無法驗證。盡管健康河流的生態和社會效益受到越來越多的關注[13],大量的資金用于河流生態修復[14],但河流修復成功的標準尚未形成統一的意見。河流生態修復項目評估工作的缺失使得河流生態修復手段的應用效果無從考證,從而喪失了認知河流生態系統修復過程及其干擾因子的寶貴機會[15-16]。隨著河流生態修復的蓬勃興起,相關從業者急需從已實施的工程中獲取經驗教訓,以指導未來河流生態修復設計工作。很多生態修復失敗或者沒有達到預期目標的工程表明,缺乏河流生態修復理念和知識保障是不能取得成功的[17],而項目前、后的監測也十分重要[18-21]。

目前我國的河流生態修復尚處于起步階段,確切地說,我國的河流治理受從業人員的專業背景差異限制,導致治理效果大相徑庭。河流生態修復缺乏統一的判斷標準,修復效果無從判斷,導致河流修復面臨新的生態風險和巨大的資金浪費。為降低我國河流生態修復的風險,亟待制定適應我國河流生態修復的判別標準,以避免由于從業人員專業背景差異、治理目標不同等而導致修復后的河流出現新的問題。由于我國目前河流生態修復后評估評價指標體系尚有待研究,在目前的研究階段,廣泛搜集國內外有關河流生態修復后評估資料,總結已有研究成果,對了解河流生態修復后評估研究進展、評價指標、評價標準及評價方法等內容及提高我國河流生態修復的效果、減少資金浪費等具有重要意義。

1 河流生態修復后評估國外研究進展

后評估(post-project appraisals,PPAs)可以覆蓋項目過程的所有方面,如地貌、生物、社會等[19]。Brookes等[20]指出當前的河流生態修復處于“干中學”的實踐階段。從某種程度上講,這種實踐經驗可以通過在設計階段對河道、洪泛區、流域進行系統、科學地總結而得到提升[21],但也需要結合其他評估作為全部評估的內容。后評估通過系統地采集數據評估河流生態修復工程的有效性,來判斷河流生態修復項目是否達到了預期目標,有助于判斷投資的有效性,加深對河流動力學的理解,從而改進未來的設計工作[20]。

筆者使用Google搜索引擎搜索關鍵詞“post project appraisals on river restoration”,共得到約113000條結果,表明國外在項目后評估方面已經開展了很多工作。縱觀國外的研究成果,大體可以分為兩類:一類是有關河流生態修復成功的判別標準、評估準則、評估指標等;另一類是有關河流生態修復后評估的具體實踐,包括歐美等國家相繼開展的針對項目目標的監測及項目實施前后效果的對比等。

1.1 河流生態修復成功的定義

關于河流生態修復成功的定義,比較有影響力、得到廣泛認可的是學者Palmer給出的,他認為河流生態修復的成功可以表現在很多方面,如項目是否如期完成、是否在預算內;是否能夠滿足投資者的收益需求、美學需求、河流穩定需求等;是否使棲息地和生物鏈有所改善等,這些都可以作為河流生態修復成功與否的判別指標[1]。Palmer等[1]建議,成功與否應該通過3方面進行評估:①利益相關方的成功,包括美感、經濟效益、娛樂教育等功能的實現;②學習方面的成功,包括對科研的貢獻、管理經驗的積累以及改善修復、評估方法等;③生態修復的成功,包括實現修復目標,改善生態,達到系統自維持,沒有對系統造成永久性破壞等[1]。

1.2 河流生態修復成功判別標準

對已經實施生態修復的河流而言,到底達到什么樣的結果,或者說項目實際結果與項目目標之間的差距多大時,可認為河流生態修復達到了預期目標(修復是成功的),尚需進行定性界定和定量判定。

國外較早且有代表性的論文是Kondolf等發表的《Five elements for effective evaluation of stream restoration》[19],其中提出測量河流生態修復成功的5個要素:明確的目標、完備的基礎數據、優良的方案設計、生態可持續發展和愿意承擔風險。Palmer 等[1]提出了以下5個判別標準:①修復項目實施后的生態狀況能夠用于指導未來的生態修復工作;②河流的生態狀況得到改善;③河流生態系統自維持能力更強;④修復工作開展后沒有后續的危害;⑤項目前、后評估已經執行,一些有用的信息向公眾公開。Jansson等[22]針對Palmer等提出的5個判別河流生態修復成功的標準,提出了第6個標準,即在原有的判別標準基礎上增加生態機理的描述和預測,同時為了驗證這6個標準在實際中的適用性,將其應用于具體的河流生態修復案例。Woolsey等[23]提出了河流生態修復成功的評估標準,共包括49個指標,其中有13個指標主要是針對中小河流的,大多數指標跟生態相關,社會經濟指標及其測量方法也有所涉及。河流生態修復成功與否主要通過對比修復措施實施前后上述指標值的變化來確定。

1.3 河流生態修復后評估具體實踐活動

河流生態修復已經成為美國及世界范圍內河流整治工作的主要內容[7,14]。美國國家河流生態修復科學聯合體已經建立了包括37 000多個案例的數據庫,這些修復項目的目標主要有13個,很多修復活動也都是為了達到這些目標[7]。由于數據量不足,只有大約10％的項目實施了監測,修復方法分散,修復效果無從驗證。

國外的河流生態修復后評估工作被廣泛關注,很多學者相繼開展了一系列工作,從學者所屬國別看,美國相對較多。所做工作主要針對后評估對象的特點制定評價指標體系,通過開展長期的監測,判別河流生態修復成功與否。評估指標多集中在水文、水力學、水質、地貌、棲息地、娛樂價值等方面。

a.Woolsey等[23]以瑞士Thur河為案例,選擇7個指標評價5個項目是否達到預期目標,項目在獲取高娛樂價值的供應、側向連通、垂向連通等方面是成功的,但是未能滿足地貌和水力學變化、近自然動物群的豐富度和多樣性等目標。這次評估結果有助于識別河流生態修復的潛在不足和差距。為了獲得項目評估的敏感性信息,需要補充一系列其他的后評估指標。

b.Shields等[24]以密西西比西北部的Hotophia河生態修復工程為例,對其修復后的效果開展了長期監測,取得了修復前后河道內幾個生態指標的變化情況,掌握了修復工作對河道生態的影響,這有助于總結經驗教訓,以便于改進今后的工作。

c.Alexander等[25]從密歇根州、威斯康星州和俄亥俄州的1345個河流生態修復項目中選擇39個作為評估對象,其目的是:①校驗項目信息;②收集項目設計、執行及相關數據;③評估監測的程度;④評估修復成功與否及其影響因素,評估指標包括河道內棲息地改善、河道形狀重塑、岸邊帶管理、水質改善4個方面。

d.Klein等[26]對美國愛達荷州紅河下游段生態修復進行了后評估,首先確定了長期監測評估計劃的初始值,然后采用場地監測和水動力模型計算相結合的手段,定量化評估了17個物理和生物指標在修復工程實施前后的變化,驗證了自然河道設計在河流生態系統恢復中的有效性。

e.Goetz等[27]以Provo河生態修復為例,根據河流生態修復的目標,分別選擇河道的水文、平面形態、橫斷面、縱向形態、棲息地分布等指標,對河道生態修復效果進行了后評估。

f.Buchanan等[28]對2005年秋完成的位于紐約中部的河流生態修復項目進行了評估,指出了該修復項目的成功和不足之處,總體上,認為該項目達到了既定的目標,但未來仍有不確定性。從此次監測可以得到的教訓為:①應保護脆弱的堤岸和灘地,保證植被有正常生長的空間;②應分析沖刷深度,將沖刷坑開挖至設計深度,以保證修復完工后的河道不被阻塞;③保證堤防穩定;④通過多個方法交叉驗證修復設計效果,尤其是對于不穩定的礫石河床河流重點驗證泥沙輸移關系;⑤在項目完成后3～5a對自然河道設計進行監測,以說明不確定性;⑥識別可測量的、指定目標的成功準則,保證結果評估的有效性。

一些后評估研究已經證明,通過系統地監測、評價河流生態修復前后河流環境狀況,能夠評估河流生態修復的有效性,并掌握河流生態修復方案的不足。如:澳大利亞河流因為直線化、人工建筑物的增加、深潭淺灘棲息地的變化等因素,空間異質性有所降低,生物量有所減少,但修復3 a后魚類群落顯著增加[17];美國印第安納州對渠道化的河流進行蜿蜒化改造后,生物棲息地的質量和物種的豐富度有所增加[29-30];密西西比河恢復了岸邊帶植被、砂巖河床等,使基流流量和沖刷坑深度有所增加,并使棲息地深潭、植被覆蓋面積增加,魚類的恢復也強有力地說明河流生態狀況得到很大程度改善[20]。

2 河流生態修復后評估國內研究進展

我國當前的河流生態修復工作總體上處于起步階段,尤其是城市河流,工作范圍基本是以改善水質、營造景觀等為主要目標的部分河段的整治,缺乏從流域或區域乃至整條河流綜合考慮水系的降水、產匯流、用水、排水等諸多水循環變化的思想,類似國外開展的融河流形態重塑、岸線規劃利用、水質、岸邊帶、棲息地、景觀等于一體的的流域尺度的生態修復工作尚待深入開展。盡管一些大江大河已開始嘗試采用生態工程修復水體,但受水文、水質、漁業等資料分散(歸屬不同部門)或資料缺乏的限制,與國外的生態修復水平尚有差距,今后仍需重視資料的積累,進一步掌握生態系統與水文情勢變化的內部關聯,提高河流生態修復的效果。

有關河流生態修復后評估或城市河段水質、景觀整治后評估工作開展較少,這些工作的主要內容為河流整治后對周圍土地升值及房地產、商業的推動效應,對生態環境方面的評估尚比較簡單,水質方面評價較多,對水生態系統的變化監測和評價較少,無法為河流生態修復技術和方法提供反饋信息。

近年來我國學者也相繼開展了有關城市河流景觀整治、生態修復后評估的研究工作,大體可分為以下幾類:2.1 河流生態修復評估的準則、方法

孫東亞等[31]提出了包括生態狀況、水利功能、管理機制和監測評估等方面的7項綜合評估準則;劉芳等[32]采用層次分析法對城市河流生態修復進行了后評估;趙進勇等[33]提出了河流生態修復負反饋調節規劃設計方法,是一種針對大量不確定性因素的適應性方法,力圖在復雜多變的形勢下處理和解決河流生態修復規劃、設計和實施過程的決策方法問題。負反饋調節規劃設計過程是按照“規劃設計執行(包括管理)監測評估調整”這樣一種模式以反復循環的方式進行的,其目的是以累積形式,不斷縮小河流生態系統現狀與修復目標之間的差距,應用于河流生態修復立項、規劃、設計、施工和后評估的全過程。

2.2 河流整治的投入產出分析

呂永鵬等[34]以上海市長寧區的河流生態修復為案例,通過后評估等手段測算其修復后的環境價值,分析其投入產出,研究結果表明生態修復后的城市河流環境價值增值顯著,河流沿線居民和企業是最大的經濟受益者;李傳奇等[35]研究了河流生態修復成本效益分析框架,也是河流生態修復后評估工作的一種形式;吳阿娜等[36]以上海市張家浜城市河道整治為案例,通過資料收集、現場實測、問卷調查和條件價值評估等方法,分別對該河道整治后的生態效益和社會經濟效益進行了評估,認為張家浜河道整治不但改善了河道水質、水生生物群落、沿岸植物群落以及景觀生態,而且使周邊公眾的環保意識和參與意識得到很大的提高,以房地產價格調查為手段的經濟效益評估顯示張家浜河道綜合整治對周邊房產增值起到一定的推動作用,同時條件價值評估結果也表明整治后的張家浜河道具有較高的生態系統服務價值。

2.3 河流生態修復效果公眾調查

陳興茹等[37-39]對北京轉河、菖蒲河等幾條城市河道的整治效果開展了公眾問卷調查,問卷內容包括感官效果、投資意愿、對河道整治的需求等方面,調查人群涵蓋了各個行業的從業者,年齡分布也考慮了兒童、青年、中老年人群,并考慮性別比例均衡,獲得了寶貴的調查結果,有助于河道整治者進一步吸收公眾對河道整治的訴求,并從公眾對河道整治后的評判中獲得寶貴的改進信息。

2.4 項目修復后的生態調查與評估

蘇州太湖國家旅游度假區生態濕地恢復一期項目于2003年啟動,總投資2 221.02萬元,由蘇州太湖國家旅游度假區財政撥款。項目于2006年完成,建成了約55 hm2以蘆葦為主的太湖湖濱濕地植被帶,對推動環太湖濕地恢復發揮了積極的示范帶頭作用。為了對項目進行全面的總結分析,也為今后同類項目提供經驗,蘇州太湖國家旅游度假區管理委員會提出對一期工程進行績效評估,委托江蘇省工程咨詢中心、中科院地理與湖泊研究所開展該項工作。評估報告客觀評價了項目實施過程和結果,全面總結了工程在設計、建設和管理中的經驗,并針對濕地恢復項目的特點,深入分析了項目實施后建成的濕地的生態、社會和經濟效益[40]。

2003年后,無錫市采取了一系列措施對五里湖進行生態修復。2006年無錫市被水利部列為全國第一批水生態系統保護與修復試點城市。通過太湖局水文水資源監測局實測數據和歷史數據的比較分析,對五里湖水生態系統修復的總體效果進行了評估,認為經過幾年的治理,五里湖水體質量得到明顯改善,由中度富營養化轉變為輕度富營養化,藻類數量有所降低,浮游動物種類數上升,清潔水體指示種出現,沉水植物物種較豐富且覆蓋率較高,魚類、鳥類數量和種類不斷增加;五里湖水生生物群落結構穩定性有所提高,水生態修復效果良好。

2009年長江水利委員會水工程生態研究所承擔的“河流生態修復及適應性管理決策支持關鍵技術研究——生物評估部分”全面啟動,表明我國的河流生態修復后評估開始注重理論研究,其成果能夠為河流生態修復前期工作提供反饋。

黃河三角洲生態調水暨刁口河流路恢復過水試驗生態效果評估通過野外調查,完成了生態本底調查、生態調水水環境實時監測以及河口近海水域生態環境與水生生物監測等現場調查工作,為刁口河流路恢復過水試驗順利開展及生態調水效果的科學評估提供了重要基礎。

2.5 河流生態系統評價指標

王華[41]論述了河流生態系統的特點、結構和功能,并在系統總結國內外河流生態恢復及評價的相關理論和方法的基礎上,結合黃浦江、蘇州河的退化現狀和環境特征,構建了包含河流水質理化特征、河流生物特征以及河流生境特征3個一級指標和17個二級指標在內的一整套系統、完整且操作性強的河流生態系統恢復評價指標體系,確立了五級的評價等級,并根據實地采樣數據,分析了黃浦江、蘇州河現狀,制定了相應的恢復目標,完成了黃浦江、蘇州河生態恢復綜合評價工作。

王秀英等[42]以退化的城市河流為研究對象,針對城市河流的實際情況,確定了河流的生態恢復目標,并在已有成果的基礎上,研究了城市不透水表面比率對河流生態的影響,構建了退化的城市河流生態恢復能力評價指標體系,為制定具體的河流恢復目標及選擇相應措施提供了重要依據。

3 結 論

a.國外河流生態修復后評估研究較細。國外的河流生態修復后評估工作主要集中在歐美國家,內容相對較詳細,無論從評估的理論框架、評估內容、評估指標、量化方法、判別等級指標等內容上均有所研究,并且也已經針對很多河流生態修復項目開展了后評估工作,獲得了研究對象的生態修復是否達到了預期目標、生態修復工作開展前后各項生態指標的變化等信息,取得了大量的寶貴經驗,這反過來有助于河流生態修復工作的改進,有利于推動該領域理論、技術、方法體系的完善。

b.我國的河流生態修復后評估仍有待進一步深入。受河流生態修復研究和實踐水平所限,我國的河流生態修復后評估工作仍處于初級階段。不同國家不同的河流生態狀況、河流特點、人水關系等因素決定了河流生態修復后評估的內容不同,我國的河流生態修復相關從業者應在積極借鑒國外后評估工作的基礎上,結合我國的特點大力開展生態調查、指標制定等工作,開展長期監測活動,積累數據,推進我國河流生態修復工作的進一步深入。

c.國外的后評估技術和方法領先于我國。我國生態修復工作開展較晚,河流生態修復主要集中于城市河流的景觀整治方面,大多以改善城市景觀和人居環境質量為主要目標,即使開展后評估工作,也多集中在水質及經濟效益帶動等方面,研究方法多以資料收集、公眾問卷調查為主。大尺度的河流生態修復工作盡管在我國相繼開展,但考慮多個生態監測指標的后評估工作仍有待深入開展。

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Advances in post evaluation of river ecological restorations

//CHEN Xingru(Department of Hydraulics,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing100038,China)

Although river ecological restorations have been widely implemented around the world,the effects of ecological restoration projects still need to be further identified due to the complexity and nonlinearity within the internal structures of ecosystems.Based on the analysis of the domestic and overseas advances in post evaluations of river ecological restorations, the criteria for ecologically successful restorations and the related practices at home and abroad are given.Since the post evaluations of river ecological restorations are regularly carried out in the Europe and the United States,the contents are more detailed.Due to the limitation on the investigations and practices of the river ecological restorations,the post evaluation is still at the primary stage in China.Therefore,it is necessary to learn from the overseas experiences on post evaluations and further promote the implementation of river ecological restoration in China.

river ecological restoration;post evaluation;review

10.3880/j.issn.10067647.2013.05.020

TV85

A

10067647(2013)05008906

20121109 編輯:熊水斌)

中國水利水電科學研究院科研專項(水集0822)

陳興茹(1978—),女,黑龍江黑河人,高級工程師,博士,主要從事河流生態環境修復研究。E-mail:chenxr@iwhr.com