海城河生態修復效果研究

趙慶營

(海城市水利事務服務中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

海城河位于遼東半島中部偏北、東北平原南部，屬渾河水系太子河支流。河源分東、西兩岔，兩岔于海城市析木鎮匯合，自東南向西北流經析木、牌樓、馬風、八里、響堂管理區、海州管理區、興海管理區、驗軍管理區、西柳、中小、東四等鎮，于牛莊鎮的西小姐廟注入太子河，河長91.8km，總面積1344km2。為促進綠色、科技、人文城市發展，海城市被定為城市生態保護平整與綠色生態走廊，對推動海城市水生態文明建設及可持續發展意義重大。然而，海城河面臨著水生態功能退化、水污染加劇、河道斷流、水資源短缺等生態環境問題，極大的制約著沿岸經濟社會的發展和河流生態服務價值的發揮。近年來，海城河生態修復與保護逐漸引起海城市政府的高度重視，于2016-2018年建設實施海城河(城市段)16.8km的綠色生態發展帶工程，采取清淤疏浚、堤岸修復、溝道治理等措施改善河流生態。

河流生態修復是利用各種工程技術、化學修復以及物理修復措施，以生物修復為基礎的生態修復過程，逐步去除或緩解河流生態系統受人類生產活動的負面影響，實現水利工程的近自然化和河流生態系統功能價值的提升。由于河流生態修復效果、控制目標以及生態環境問題的差異，有必要科學評價生態修復效果以合理選擇最佳的方案[1-3]。

1 河流生態服務價值分類

根據河流生態系統提供服務的效用、機制和“千年生態系統評估”報告，以供給、調節、文化、支持4大功能合理分解海城河生態系統服務價值。目前，享樂價格法、資產價值法、旅行費用法、影子工程法、恢復與防護費用法、機會成本法、替代成本法等為評估生態服務價值較為常用的方法。

1.1 供給服務

1)水利發電：將位于高位能的湖泊、河流等水流降至低位以轉變成水輪機的動能，并利用水輪機作為原電機帶動發電機產生電能。河流水力發電的量化載體和價值表現形式是水電站的發電量，而水資源位能變換屬于其功能價值的基礎。一般地，可以利用水力發電價格乘以發電總量來計算水力發電價值。

2)漁業生產：在池塘、河流、水庫中種植蓮藕等水生植物或養殖魚類，能夠提供居民所需的各類水產品以及增加河流的景觀價值，水生花卉、觀光休閑漁業可在一定程度上促進旅游業的發展[4]。采用市場價值法評估漁業生產價值，即利用市場價值乘以捕獲水產品量評估。

3)供水功能：河流作為保持和貯存淡水的重要場所屬人類最主要的淡水水源，在為動植物生長、人類生活提供代謝用水和飲用水的同時，更為生態環境、工業生產和農業灌溉等提供用水保障。根據市場價值法評價河流水的供給功能，確定考核指標為各類用水量，利用現行水價準確反映供水價值[5]。

1.2 調節服務

1)大氣調節：為獲取生長發育必需的養分河岸帶的各種濕生植物、河道內的原生藻類和浮游植物等，通過光合作用釋放O2、固定CO2，從而發揮調節大氣組分的功能。將釋氧價值和固碳價值利用造林成本法計算以衡量大氣調節功能，即以造林成本乘以釋放O2或者固定CO2的量。

2)凈化功能：通過氧化還原、擴散、過濾、吸附、稀釋等一系列生物化學和物理反應，河流生態系統能夠凈化排入河流中的生活污水、工業廢水等污染物。文章利用替代工程法來計算河流的凈化功能價值，即考慮污染物處理成本河流的納污能力綜合確定。

3)河流輸沙：河流具有疏通河道、沖刷河床上淤積物和運移泥沙的作用，大量沉積的泥沙將抬高河床，水流速度放緩，并大大降低河流的洪水調蓄功能。結合實際情況，可利用人工清潔河道成本費乘以河流年輸沙量來確定。

4)調蓄洪水：實際上，水系統的循環過程就包括洪水的調蓄，能夠起到減輕洪水威脅的調節作用。河流濕地存在強大的蓄水與滲透能力，能夠弱化洪水沖擊力、消減洪峰和減緩洪水流速。調蓄功能價值利用替代工程法確定，綜合考慮單位水庫庫容總價、河道洪水調蓄能力和水庫確定。

5)水資源存貯：河流作為一種天然容器，在為人類提供用水的同時還起著存貯水源、調節與補充地下水水量及周邊濕地徑流的作用，對于維持區域水資源總量的平衡發揮著關鍵作用。文章利用替代工程法計算水資源貯水功能價值，按照單位需水量庫容成本乘以水資源總量來衡量。

1.3 文化服務

1)水文化傳承功能：生態文化是反映人與社會、自然與社會、人與自然之間和諧發展及和睦相處的一種社會文化，和諧的生態文化是社會繁榮、生活文明的標志，也是社會進步和生產力發達的產物。采用條件價值法，即將每戶人口支付意愿金額乘以區域內人口數獲取水文化傳承功能價值。

2)水景觀功能：陸地-水體的鑲嵌格局決定了河流生態系統的景觀特異性，該系統兼具動態屬性，下游濕地景觀與上游森林草地景觀結合、陸地與水生生態系統結合使其具有景觀多樣性。文章全面考慮房地產總面積與增值總量，利用支付意愿法計算水景觀功能價值。

3)游憩功能：河流生態系統可為人類提供緩解壓力、消除疲勞、有益健康的娛樂場所和休閑功能，穩固的岸體與流動的水體構成了動、靜和諧統一的河流景觀，給人們以精神上的美觀體驗和視覺上的美學享受。根據市場價值法和各區縣旅游部門統計的數據計算旅游總價值，并考慮各旅游風景區內游客的消費總數衡量河流生態系統的游憩功能。

1.4 支持服務

水生態系統作為生命起源地為各類生物生存提供支持服務，具有較高的提供生物生境的價值，對于有重要經濟及科學研究價值的國家一級、二級、三級生物物種的保護具有更重要的意義。

對保護生物多樣性的價值可利用支付意愿法計算，從而衡量河流系統的支付服務，即以保護物種的物種數乘以其支付意愿來確定。

2 海城河生態服務價值演化規律

結合河道特征及河流流經區域將海城河劃分為3段，即八里鎮上游山峽段、響塘至驗軍管理區城市段、西柳至太子河郊野段。根據海城河生態功能區劃，對海城河的生態服務價值按郊野段、城市段、山峽段分別計算。

2.1 山峽段生態服務價值

總體上，海城河山峽段1988-2019年的生態服務價值呈不斷減少的變化特征，2019年總生態服務價值(76.81億元)較1988年(120.46億元)減少了43.65億元，波動幅度達到36.24%，如圖1。研究期間，海城河山峽段的支持、文化和供給功能服務價值降低了51.3%、51.4%和88.5%，而調節功能增加了6.5%。

圖1 山峽段生態服務價值變化特征

2.2 城市段生態服務價值

整體上，海城河城市段1988-2019年的生態服務價值呈逐漸減少的變化趨勢，2019年總生態服務價值(93.51億元)較1988年(152.71億元)減少了59.20億元，波動幅度達到38.77%，如圖2。研究期間，海城河城市段段的支持、文化和供給功能服務價值降低了52.6%、52.6%和65.9%，而調節功能增加了8.3%。

圖2 城市段生態服務價值變化特征

2.3 郊野段生態服務價值

總體上，海城河郊野段1988-2019年的生態服務價值呈逐漸減少的變化趨勢，2019年總生態服務價值(37.18億元)較1988年(53.46億元)減少了59.20億元，波動幅度達到30.45%，如圖3。研究期間，海城河城市段段的支持、文化和供給功能服務價值降低了60.4%、62.2%和18.8%，而調節功能增加了4.7%。

圖3 郊野段生態服務價值變化特征

3 河流生態修復目標

3.1 分析方法

河流生態修復方向在很大程度上取決于生態修復的目標，生態服務功能應與生態目標的選取相對應，從而達到修復措施改善與提升生態服務功能的目標。從文化傳承、生態安全與水安全3個角度篩選生態修復目標，其中改善水體質量和擴大水面面積有利于提升支持服務、水景觀、游憩娛樂、凈化和調蓄洪水功能；濕地修復與植被恢復有利于增強大氣調節、河流凈化功能，而明確河流文化保護目標有利于改善水文化、水景觀和打造游憩休閑場所。

3.2 確定目標

1988-2019年，隨時空變化海城河生態服務價值均表現出不斷減少的趨勢，現階段急需采取有效的措施修復河流生態環境[6]。文章深入分析了海城河流域演變規律、生態功能及系統結構，通過綜合調研流域自然、經濟與社會復合的生態系統特征，提出海城河2025年、2030年生態修復時間節點及其目標，結合相關數據資料對海城河生態修復目標值進行研究測算，如表1。

表1 海城河生態修復目標

3.3 修復效果

根據2010年海城河生態服務功能價值百分比和我國陸地生態系統服務價值當量表，通過適當的調整生成海城河生態系統服務價值單位面積當量表。生態環境與水資源受影響因素較多，且不同因素間存在因果或相關關系。考慮到無法用精準的函數描述不同環境要素之間的復雜關系，本研究對生態修復產生的未來效果利用回歸分析法評估與預測。回歸分析法是依據歷史資料或實際數據，結合系統現狀及其過去發展規律利用科學的方法探索系統的內在規律，從而實現對系統未來的變化趨勢進行預測與評估。

設自變量、因變量為土地利用類型和生態系統服務總價值，并結合海城河生態系統服務價值表構造多元線性回歸方程，如下：

TVF=26112.4F1+2712.4G2+1587.6L3+
180172.4W4+658X5+2057120

(1)

式中：TVF為海城河生態系統服務總價值，萬元；F1、G2、L3、W4、X5為林地、草地、耕地、水域和其他面積，km2。

采用線性規劃技術和海城河生態系統服務價值模型，通過監測土地利用類型變化評估生態服務價值的變化，從而為流域水資源配置、生態修復技術方案優化以及土地利用類型面積優化提供科學依據。2025年和2030年海城河水面修復實現了65%、85%的河道有水，按河道占總面積的百分比來分析，2025年、2030年的水域面積占研究區總的21%和30%；2025年和2030年的林地修復目標為林地占河道兩側的60%、70%，而實際占比達到42%和45%；2025年和2030年的草地修復目標為草地占總面積的2%、3%；2020年、2030年耕地面積均減少25以上，耕地面積從2019年的9%減少至2025年的7%，進而減少至2030年的2%，如表2。

表2 海城河土地利用類型所占比例 %

2025年、2030年海城河修復后的生態服務價值利用生態修復模型和修復目標計算，依次為166.78億元和127.24億元，較2019年增加54.6%、102.6%，如表3。

表3 海城河生態系統服務價值 km2

4 結 論

文章從支持、文化、調節和供給4大功能合理分析了海城河生態系統服務功能，并利用生態服務價值評價方法揭示了海城河生態服務演化規律，得出的主要結論如下：

1)海城河山峽段，2019年總生態服務價值(76.81億元)較1988年(120.46億元)減少了43.65億元，波動幅度達到36.24%；海城河城市段，2019年總生態服務價值(93.51億元)較1988年(152.71億元)減少了59.20億元，波動幅度達到38.77%；海城河郊野段，2019年總生態服務價值(37.18億元)較1988年(53.46億元)減少了59.20億元，波動幅度達到30.45%。

2)依據生態修復模型和修復目標計算修復后的生態服務價值，2025年和2030年的生態服務價值依次為166.78億元和127.24億元，較2019年增加54.6%、102.6%。

3)海城河生態服務價值最關鍵的影響因素包括水域面積、水資源量，鑒于海城河生態服務價值受水域面積的顯著影響，提出恢復海城河水文化傳承服務價值、提升生態修復效果最有效的措施有增加河道水域面積、構建多處人工濕地等。