懷九河小型水體生態修復工程效果研究

宋立旺, 黃愛玲, 郝咪娜, 王 莎, 顏夢宇, 齊建春

(1.浙江省水利水電勘測設計院, 杭州 310002; 2.杭州博盛環保科技有限公司,杭州 310014; 3.北京沃爾德防災綠化技術有限公司, 北京 100048)

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懷九河小型水體生態修復工程效果研究

宋立旺1, 黃愛玲2, 郝咪娜1, 王 莎1, 顏夢宇3, 齊建春3

(1.浙江省水利水電勘測設計院, 杭州 310002; 2.杭州博盛環保科技有限公司,杭州 310014; 3.北京沃爾德防災綠化技術有限公司, 北京 100048)

隨著我國經濟社會的發展，河流生態問題也愈發突顯，河流的生態治理和恢復已經成為一個熱點。為研究歐盟面向小型水體的生態修復技術在我國的實際應用效果，選取了北京市懷九河的生態修復河段，從2010—2014年進行了為期5 a的動態監測研究。監測內容包括河流水文地貌形態、河流水質和物種多樣性，其中河流水文地貌形態調查采用實地觀測法每年1次，河流水質調查選取12個監測斷面每年7月進行，物種多樣性采用樣方法、電捕法、浮游生物網法等每年7月一次。研究結果顯示：河段施工完成后，河流水文地貌形態有逐年變好的趨勢，說明河段的小型水體生態修復工程措施對河流水文地貌形態的恢復具有促進作用；從河水濁度、氨氮含量和化學需氧量三個方面分析得出河流水質5 a內持續改善；5 a內物種多樣性持續上漲，說明小型水體生態修復工程能夠提高物種多樣性；數據顯示2013—2014年各項研究數據變化不顯著，綜合研究結果認為小型水體生態修復措施對河流生態系統的修復效果在完工后的5 a左右趨于穩定。

懷九河; 生態修復; 物種多樣性; 小型水體

河流是人類文明的發源地，河流生態系統的健康與否對保護水資源和生物多樣性有著不可替代的作用[1-2]。河流生態系統(river ecosystem)是一個復雜、開放、動態、非平衡和非線性的系統，河流生態系統的健康離不開河流多樣的水文形態，河流的許多功能也都是以河流水文形態為基礎的[3]。19世紀70年代，歐洲各國開展了一系列的河流生態治理方面的相關研究，目的是采用生態的方式對已經受到破壞和污染的河流進行生態修復，經過多年的研究和實踐，他們在河流生態治理方面取得了不少成果，這其中就包括小型水體修復工程技術。

2009年，為了引進歐洲先進河流生態治理技術，改造我國傳統落后的硬質工程河道整治措施，根據德國復興銀行與中國財政部簽署的項目協議“Watershedmanagement on forest land beijing”的要求，北京市水務局與園林綠化局合作開展了小型水體生態修復示范項目。北京市懷柔區北宅小流域的小型水體生態修復工程就是在這種背景下開展的，為了研究該生態修復措施對北宅小流域河流生態系統的恢復功能，我們對其河流水文地貌形態、河流水質和物種多樣性進行連續五年的動態監測，目的是通過實時動態監測了解小型水體生態修復工程的修復效果和修復的機理，為今后其他地區的河流生態治理提供借鑒和依據。

1　研究區概況

研究區屬暖溫帶型半濕潤氣候，四季分明，雨熱同期，夏季濕潤，冬季寒冷少雪。全年日照時數約2 800 h，年平均氣溫9～13℃，無霜期約170～200 d，年平均降水在600～700 mm，主要集中在6—8月。懷九河，懷河南源，源于延慶縣大莊科鄉，于西水峪村入懷柔縣境，過石湖峪、撞道口，至黃花城南與源于杏樹臺、廟上經二道關至黃花城的又一支流匯合，形成懷九河干流，經九渡河、花術、團泉、黃坎、西四渡河、一渡河，至北宅鄉的楊家東莊注入懷柔水庫。全長68.9 km，懷柔境內52 km；總流域面積347.2 km2，懷柔境內216.8 km2；河道縱坡2.1%～2.5%。

該工程于2009年5月施工，2009年11月施工完成，施工河段長度1.3 km，屬于中型河流，該河段屬于懷九河。主要施工內容有生態護岸工程、近自然跌水改造工程、河道蜿蜒化、人工濕地等，施工工藝采用歐盟小型水體修復技術工藝。

2　研究內容與方法

2.1河流水文地貌調查

2.1.1調查內容河床底質：目測河底材料，如卵石河床、沙質河床等，判定河床底質為人工化、半人工化或是保持自然狀態(人工化主要為漿砌石結構，半人工化為人工采用近自然材料鋪設，保持自然為河流保持天熱的底質形態)。

河流連續性：包括河流的橫向連續性和縱向連續性，主要調查影響徑流、泥沙和生物連續性的工程或行為，用尺測量攔擋建筑物的高度。

河岸改造：確定河岸的改造狀況，分為保持自然、受寬型護體工程的束窄和受窄型護體工程的束窄三種形式。其中，沒有人工護岸工程的判定為保持自然；一岸或兩岸建有石質護堤工程，距水體較遠，部分束窄河流空間，但影響較小的判定為受寬型護體工程的束窄；一岸或兩岸建有石質護堤工程，距水體較近，部分束窄河流空間，但影響較大的判定為受窄型護體工程的束窄。

外界脅迫因子：包括取水、傾倒垃圾、排放污水、采砂等行為。

2.1.2調查方法調查時段為2010年10月—2014年10月，調查時間為每年的10月份，采取實地踏查的方式按照調查內容對河流的水文地貌形態進行調查，記錄相關數據，并拍攝實地照片，每年調查完以后將所有數據歸納整理、存儲。

2.2生物多樣性調查

調查施工河段的生物多樣性包括植物多樣性和水生動物多樣性，調查時段為2010年7月—2014年7月，調查時間為每年的7月份，植物多樣性調查方法采用10 m×10 m的樣方法，動物多樣性采取電捕法、浮游生物網法、底棲生物調查法等等[4]。

2.3河流水質調查

調查時段為2010—2014年每年的7月對研究河段進行水質調查。水質：每隔100米測量一次水質情況共取12個斷面，測量指標包括濁度、氨氮、化學需氧量等[5-6]。

3　結果與分析

3.1河流水文地貌

根據北京市水文地貌分級評價標準[7](表1)，將5 a的調查數據歸納整理之后，得出圖1調查河段的河流水文地貌動態變化趨勢圖。

數據顯示研究河段I級河流水文地貌形態河段比例由2010年的14.7%上升至2014年的45.4%；Ⅱ級河段比例2010年的16.7%上升至2014年的32.3%；Ⅲ級河段比例由2010年的23.5%下降到2014年的11.2%；Ⅳ級河段比例32.7%下降到2014年的6.7%；Ⅴ級河段比例2010年的12.4%下降到2014年的4.4%。綜合調查結果可以看出，研究區河段施工完成后，河流水文地貌形態有逐年變好的趨勢，說明河段的小型水體生態修復工程措施對河流水文地貌形態的恢復具有很好的促進作用。

表1　水文地貌分級標準

圖1　懷九河水文地貌形態變化趨勢

3.2生物多樣性

統計5 a期間研究河段植物多樣性、水生動物多樣性和浮游生物多樣性的數據，并進行處理得出5 a期間研究區物種多樣性的變化趨勢圖2。

圖2　懷九河物種多樣性變化趨勢

結合圖2可以看出，研究區2010—2014年生物種類有逐年增加的趨勢，其中植物、水生動物和浮游生物在2010—2013年生物種類數量變化較為明顯，2013年之后變化較為緩和；三個分類中植物種類增加的數量最為明顯，水生動物次之，浮游生物種類變化相對較小。分析原因認為研究區采用生態修復工程技術方法，施工完成后，河流的水文形態近自然化，從而構成了多樣的生境，多樣的生境為多種物種的生存提供了外部環境，加上河流本身的流動特性，隨著施工結束之后物種多樣性逐年增加；植物種類和水生動植物種類相比較浮游生物種類增加的更加明顯，主要是由于浮游生物本身隨著河流游動，并不局限于特定的生態環境，因此變化較為緩和；三個分類中2013年之后數量變化都趨于平緩，分析原因認為這是研究區物種多樣性趨于穩定的表現，可以認為小型水體生態修復工程對施工河段的有效影響期為5 a左右。

3.3河流水質

3.3.1濁度統計5 a期間研究河段12個斷面原水的濁度，并統計歸納為表2，同時計算每年河流監測斷面濁度[8]的均值。

表2　河流原水濁度　NTU

從表2中可以看出五年時間內河流原水濁度有逐年變好的趨勢，其中前四年變化幅度較大，2014—2015年變化不明顯。數據顯示，工程實施后河流原水的濁度有明顯的改善，說明小型水體修復工程對河流濁度的作用是積極有效的，同時變化趨勢圖也可以看出2014年后小型水體對河流原水濁度的影響趨于平淡，這與前文中河流水文地貌變化趨勢以及生物多樣性變化趨勢相統一。

3.3.2氨氮(NH3-N)統計5 a期間研究河段12個監測斷面原水的氨氮含量，并統計歸納為表3，同時計算每年河流監測斷面氨氮含量[9]，可以看出五年時間內河流原水氨氮含量有逐年變小的趨勢，根據地表水環境質量標準，2012年之后河流原水氨氮含量低于1 mg/L達到地表水Ⅲ類標準[10]。分析原因認為，隨著施工結束，施工河段的生物多樣性增加，對河流水質的提高有著促進作用。

3.3.3化學需氧量(CODMn)統計五年期間研究河段12個監測斷面的河流化學需氧量，并統計歸納為表4，同時計算每年河流監測斷面化學需氧量[11-12]的均值。

表3　氨氮含量調查表　mg/L

表4　化學需氧量調查表　mg/L

從表4中可以看出五年時間內河流原水化學需氧量有逐年變小的趨勢，根據地表水環境質量標準，2012年之后河流原水化學需氧量低于6 mg/L達到地表水Ⅲ類標準。分析原因認為，隨著施工結束在河道環境和生物的共同作用下，河流水質得到明顯改善。

4　結 論

(1) 數據顯示，施工結束后5 a內，施工河段的Ⅰ級、Ⅱ級水文地貌形態明顯增加，Ⅳ級、Ⅴ級水文地貌形態明顯減少，河流水文地貌形態有逐年變好的趨勢，說明小型水體生態修復工程措施對恢復河流水文地貌形態具有促進作用。

(2) 物種多樣性方面的研究顯示，植物、水生動物在2010—2013年生物種類數量變化較為明顯，2013年之后變化較為緩和；浮游生物由于本身流動性的特點，在5 a中增加趨勢不夠明顯；綜合數據結果可知小型水體生態修復工程有增加物種多樣性的作用。

(3) 從河水濁度、氨氮含量和化學需氧量三個方面數據結果分析得出，河流水質5 a內持續提高，說明小型水體生態修復工程具有改善河流水質的作用。

(4) 綜合研究河段的河道水文地貌狀況、生物多樣性以及水質方面的數據可以看出，施工后前4 a各項數據變化明顯，2013—2014年各項數據變化相對較為緩和，說明小型水體生態修復工程對施工河段的有效影響期為5 a左右。

[1]錢正英,陳家琦,馮杰.人與河流和諧發展[J].中國水利，2006(2):7-9.

[2]王兵,劉慧博,李峪，等.深潭的功能及在城市河道治理中的構建模式[J].中國水土保持科學，2014(3):108-111.

[3]金建峰.城市河道治理規劃新思路淺析[J].科技咨詢導報，2007(13):111.

[4]趙越,金荷仙,林靖.杭州濱水綠地植物群落物種多樣性研究[J].中國園林，2010(12):40-48.

[5]鄭紅星,劉昌明,豐華麗.生態需水的理論內涵探討[J].水科學進展,2004,15(5):626-633.

[6]杜強,王東勝.河道的生態功能及水文過程的生態效應[J].中國水利水電科學研究院學報,2005,3(4):287-289.

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[8]國家環保總局.水和廢水監測分析方法[M].3版.北京:中國環境科學出版社.1997.

[9]國家環境保護總局.地表水壞境質量標準(GB3838—2002)[S].北京:國家環保總局,2002.

[10]吳舜澤,夏青,劉鴻亮.中國流域水污染分析.環境科學與技術,2000,89(2):1-6.

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Effect of Ecological Restoration Project of Small Water Body in the Huaijiu River

SONG Liwang1, HUANG Ailing2, HAO Mina1, WANG Sha1, YAN Mengyu3, QI Jianchun3

(1.ZhejiangDesignInstituteofWaterConservancy&Hydro-electricPower,Hangzhou310002,China; 2.HangzhouBoshengEnvironmentalScience&TechnologyCo.,Ltd.,Hangzhou310014,China; 3.BeijngWorldHazardPreventingTechnologyCo.,Ltd,Beijing100048,China)

With the rapid development of economy in China recently, river ecological problems have become severer, which leads to river ecological management and restoration to become a hot issue. In 2009, EU restoration engineering technology for small water body was introduced to repair several city rivers in Beijing. We selected Huaijiu River in Beijing as an example and conducted 5-year dynamic monitoring experiment from 2010 to 2014, aiming to study the application effects of this EU technology in China. The monitoring experiment includes river hydrology and topography, river water quality and species diversity. River hydrology and topography investigation was conducted once a year while river water quality survey selected 12 survey samples in July each year by applying field observation method. Species diversity research was conducted in July once a year using the electric fishing method, plankton net method, sample method, etc. The results show that the hydrology and topography of Huaijiu River have gradually improved after construction, indicating that restoration engineering technology for small water body plays a positive role in river hydrology and topography recovery. Furthermore, it turns out that river water quality continues to improve within five years in aspects of river turbidity, ammonia content and chemical oxygen demand. In addition, Huaijiu River has a steady rise in species diversity within five years and shows insignificant changes in diversity between 2013 and 2014. This study concluded that restoration engineering technology for small water body has a positive impact on the river ecosystem and the restoration effect on the river ecosystem will become stable in five years since the launch of the restoration engineering.

Huaijiu River; ecological restoration; species diversity; small water body

2015-12-11

2016-01-04

宋立旺(1975—),男,江西人,碩士,高級工程師,研究方向:環境保護與水土保持。E-mail:55329481@qq.com

P331

A

1005-3409(2016)04-0368-04