平原區溝渠水文形態調查與分析研究

郭 浩，洪運亮，夏照華，蘇慧敏，馮 陽，王 紅，高 鑫

(北京地拓科技發展有限公司，北京 100084)

河流生態系統是水資源主要的承載形式之一，其健康與否對保護水資源和水域生物多樣性有著重要的影響[1-2]。河流生態系統是一個復雜、開放、動態、非平衡和非線性的系統，健康的河流生態系統離不開正常的河流水文形態，河流的許多功能都是以河流水文形態為基礎的[3]。河流水文地貌特征是在水文和地貌因素共同作用下形成的水文特征和地貌特征，也是水域生態系統特征的重要成因。

為提高河流生態恢復的針對性和科學性，以科學的方法評價和分級，從而區分出需要重點保護或治理的河段，北京市在2010—2012年第一次水務普查工作中，對全市山區567條小流域的主溝道開展了水文形態調查，查清了山區小流域溝道的生態現狀及受人為干擾的程度，為生態清潔小流域建設和河流生態修復發揮了重要作用[4-6]。然而，目前北京的水文形態調查與分級研究多集中在山區[3-6]，對在平原區承擔著重要的防洪、除澇、生態等功能的溝渠研究較少。為加強山區與平原區河流生態環境一體化診斷，借鑒山區水文調查經驗，研究確定了平原區溝渠水文形態調查指標與分級評價方法，并以豐臺區為例進行了實踐。

1 研究區概況

豐臺區位于北京市西南部，面積305.87 km2，在城六區中居第三。全區呈東西狹長形，東西長35 km ，南北寬14 km。

豐臺區河流分屬永定河、北運河、大清河水系，主要為平原區河流。永定河由北向南穿過豐臺區全境，永定河以東地區(以下簡稱“河東”)為永定河沖積、洪積平原，永定河以西地區(以下簡稱“河西”)為低山、丘陵、臺地及山前洪積傾斜平地。地勢由西北向東南傾斜，西北部最高的馬鞍山海拔690.33 m，東南部最低的石榴莊村附近海拔35.0 m。河西的西部低山丘陵區為西山坡積物風化土，南部為小清河沖洪積土；河東則均為永定河沖洪積土。

豐臺區屬于典型的暖溫帶大陸性半干旱氣候區，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨；多年平均氣溫11.7 ℃，年無霜期203 d，年平均日照時數2 712.5 h；多年平均降水量580.6 mm(1956—2009年)，降水年內和年際分布極不均勻，汛期(6—9月)降水量占全年降水量的82.9%。

2 調查內容與方法

2.1 調查內容

基于前述研究成果，為獲取溝渠水文形態調查單元的空間位置、基本數據、水文形態特征、植被特征、岸邊帶土地利用特征、排污或其他人為活動情況等，圍繞以下內容開展調查(包括但不限于以下內容)：溝渠名稱、調查單元數量、調查單元編號、地理位置、是否暗涵、照片編號、地質狀況、河床底質、平面形態、有無常流水、河道兩岸是否建有護堤工程、護堤工程類型、橫向攔擋建筑物數量和材料、河底狀況、植被特征、岸邊帶土地利用特征，以及是否有污水、垃圾、采砂、取水、跨河橋或路、侵占河道現象等。

2.2 調查方法

借鑒山區水文調查經驗，圍繞溝渠名稱、調查單元數量、調查單元編號、調查單元基本數據、水文形態特征、植被特征、岸邊帶土地利用特征、排污或其他人為活動情況等八大類共25個分指標開展平原區溝渠水文形態調查。具體調查指標包括：溝渠名稱、調查單元數量、調查單元編號、地理位置、是否暗涵、照片編號、地質狀況、溝床底質、平面形態、常流水、寬型護堤工程、窄型護堤工程、生態護堤工程、橫向攔擋建筑物、河底狀況、植被特征、左岸土地利用特征、右岸土地利用特征、污水、垃圾、挖砂、取水、跨河橋或路、侵占河道、防洪隱患等25項指標。具體調查方法如下：

(1)采取徒步實地調查的方式。水文形態外業調查根據溝渠調查名錄進行。

(2)從河流出口開始，自下游向上游開展調查。劃分調查單元，水文形態要素均勻、一致的河段為一個調查單元，最短不小于10 m，最長不大于500 m。

(3)采用掌上GPS對每個調查單元進行起始點定位、路線跟蹤與特征記錄。

(4)記錄溝渠名稱、調查單元數量、調查單元編號、調查單元基本數據、水文形態特征、植被特征、岸邊帶土地利用情況、排污及其他人為活動情況等，并填寫平原區溝渠水文形態調查表。為提高外業調查的工作效率，外業調查對每類指標可只填寫代碼，后期根據代碼轉換成具體的指標項?；緮祿▎卧牡乩砦恢?、是否暗涵、照片編號、地質狀況、河床底質、平面形態、有無常流水；水文形態特征主要調查影響溝渠三向連續性的工程，內容包括溝渠的河堤工程、橫向攔擋建筑物和溝底改造工程；植被特征主要調查河流植被受人類活動改造或破壞的程度；岸邊帶土地利用主要調查岸邊帶的主要土地利用類型；排污及其他人為活動主要調查河流是否有污水排放、垃圾傾倒、采砂、取水、跨河橋或路、侵占河道等情況。

(5)采用GIS技術完成調查數據的輸出與整理。

3 水文形態等級評價指標、標準及流程

3.1 評價指標

參考山區小流域主溝道水文形態評價方法，充分考慮平原區溝渠和山區主溝道水文形態的區別，以及平原區溝渠某些特殊作用(如取水、景觀等)，考慮溝渠連通性因子，增加生態護堤工程因子參與評價分級。具體評價因子見表1。

表1 溝渠水文形態的評價因子

注：表中溝床底質、人為影響下的河流連續性、河岸的改造、外界脅迫因子為監測與評價因子，共同構成評價因子體系；其余僅為調查因子，不參加評價。

3.2 評價標準

為與山區保持一致，在對平原區進行溝渠水文形態評價時仍沿用五級評價體系[5](表2)。

3.3 評價流程

參照山區小流域主溝道水文形態等級評價流程，結合平原區溝渠水文形態評價指標體系與標準，確定平原區溝渠水文形態評價與分級流程，具體評價流程如下：

(1)首先根據溝渠連通性指標進行水文形態的判斷，區分出V級溝渠與非V級溝渠。如果溝渠橫向、縱向與底部3個方向均不連通，則將此溝渠水文形態級別定為V級。

表2 平原區溝渠水文形態分級標準

(2)根據溝渠內是否有橫向攔擋建筑物將其劃分成兩大類，對非V級溝渠進行水文形態級別評定。

(3)如果溝渠內有橫向攔擋建筑物，根據攔擋建筑物高度、溝渠縱向連通性等指標確定溝渠水文形態級別。①攔擋建筑物高度≥30 cm，該溝渠水文形態級別為Ⅳ級。②攔擋建筑物高度<30 cm，如溝渠縱向不連通，則根據溝寬、溝道縱比降、淤積狀況分兩種情況定級：溝寬<10 m或溝道縱比降<0.80或淤積狀況≥40%，為Ⅳ級；溝寬≥10 m或溝道縱比降≥0.80或淤積狀況<40%，為Ⅲ級。③攔擋建筑物高度<30 cm且溝渠縱向連通，根據護堤工程類型分類進行定級：對于窄型護堤工程，如果兩岸均有護堤工程，水文形態定為Ⅲ級，只有一岸有護堤或兩岸均無窄型護堤工程，水文形態定為Ⅱ級；對于寬型護堤工程，如果一岸或兩岸存在護堤工程，水文形態定為Ⅱ級，如兩岸均無寬型護堤工程，但有外界脅迫因子(垃圾、生活污水、養殖污水、排污口污水、采砂等)，水文形態定為Ⅱ級，無外界脅迫因子的溝渠，水文形態級別為Ⅰ級；對于生態護堤工程，如有外界脅迫因子，該溝渠水文形態級別為Ⅱ級，如無外界脅迫因子，其水文形態級別為Ⅰ級。

(4)如果溝渠內無橫向攔擋建筑物，可按照窄型護堤工程、寬型護堤工程和生態護堤工程判定溝渠的水文形態級別。①如果溝渠兩岸建有窄型護堤工程，其水文形態級別為Ⅲ級，只有一岸建有窄型護堤工程的，水文形態為Ⅱ級；②如果溝渠一岸或兩岸建有寬型護堤工程，該溝渠水文形態為Ⅱ級，兩岸均無寬型護堤工程，但有外界脅迫因子時，其水文形態為Ⅱ級，無外界脅迫因子時，該溝渠水文形態為Ⅰ級；③如果溝渠有生態護堤工程且有外界脅迫因子時，該溝渠水文形態為Ⅱ級，無外界脅迫因子時，該溝渠水文形態為Ⅰ級。

4 結果與分析

豐臺區平原區溝渠中水文形態級別以Ⅲ級以下為主，Ⅲ級以下溝渠總長度為57.22 km，占豐臺區平原區溝渠總長度的75.34%。其中，Ⅰ級總長度為5.56 km，占豐臺區平原區溝渠總長度的7.32%；Ⅱ級總長度為13.13 km，占17.29%；Ⅲ級總長度為38.53 km，占50.73%；Ⅳ級總長度為6.43 km，占8.47%；Ⅴ級總長度為12.30 km，占16.19%。

5 結論與建議

本研究借鑒山區小流域主溝道水文形態評價的經驗，結合平原區溝渠的特點，確定了平原區溝渠水文形態調查的指標內容、評價指標體系、評價標準及分析評價流程，并以豐臺區為試點，對本研究所確定的方法進行了實地驗證。試點結果表明，采用以溝渠連通性、外界脅迫因子、兩岸護堤狀況等為基本因子的分級評價體系所得結果能反映實際情況，可為平原區溝渠的治理與生態修復提供基礎數據支撐。