北京山區(qū)河(溝)道生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究

葉芝菡，段淑懷，吳敬東，彭海燕，宿 敏

（1.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，100048，北京；2.北京市水土保持工作總站，100036，北京）

水量不足和水質(zhì)污染已成為北京生態(tài)環(huán)境的首要問題，因此北京市將水源保護(hù)作為保障城市安全和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)，要求在全市范圍內(nèi)實(shí)施以小流域?yàn)閱卧纳鷳B(tài)治理。河（溝）道是小流域的重要組成部分，對(duì)小流域生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要影響，因此成為水源保護(hù)和生態(tài)治理的重點(diǎn)。然而在全國范圍內(nèi)包括北京，河（溝）道生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)均剛起步，不合理的水資源利用、水質(zhì)惡化以及水體功能退化等生態(tài)環(huán)境問題日趨突出，傳統(tǒng)基于理化參數(shù)的水體監(jiān)測(cè)與評(píng)估體系難以確切反映河（溝）道生態(tài)系統(tǒng)的綜合狀況，不利于指導(dǎo)小流域治理措施配置。為科學(xué)合理地開展生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，充分、正確地開展河（溝）道監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)是重要的基礎(chǔ)條件。一直以來由于不具備統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，北京市河（溝）道監(jiān)測(cè)不能得到有效開展，影響了小流域治理成效。

基于小流域河（溝）道生態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性和緊迫性，本研究借鑒歐盟水框架的理念與方法，選擇典型河（溝）道開展生態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的研究探索，為摸清北京市河（溝）道生態(tài)質(zhì)量、實(shí)行分類和指導(dǎo)治理奠定基礎(chǔ)，服務(wù)于北京的水資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

一、研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)黃峪口溝，是北京北部山區(qū)黃峪口小流域的主溝道，距離北京重要飲用水水源——密云水庫僅6.2km，屬于密云水庫二級(jí)水源保護(hù)區(qū)。區(qū)位的重要性使得黃峪口小流域成為生態(tài)治理的重點(diǎn)區(qū)域之一。

黃峪口溝屬于季節(jié)性溝道，長(zhǎng)度8.5km。近年溝道大部分干涸，僅在兩處長(zhǎng)約800 m的溝段范圍內(nèi)有長(zhǎng)流水，其他溝段只有在強(qiáng)降雨條件下局部可出現(xiàn)短時(shí)間徑流。水體底質(zhì)以泥沙和細(xì)砂為主，水流緩慢。溝道中游建有一個(gè)小塘壩，水面面積約5 000 m2。

二、北京山區(qū)河溪生態(tài)狀況評(píng)價(jià)體系

1.歐盟河流生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

歐盟水框架指令第八條制定了地表水、地下水和保護(hù)區(qū)的監(jiān)測(cè)要求。對(duì)于地表水，明確了河流、湖泊、過渡性水域和沿海水域等各種水體生態(tài)狀況分級(jí)的質(zhì)量要素和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中河流生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系如表1所示，要求對(duì)河流的生物、水文地貌和物理化學(xué)等三大要素類實(shí)施監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，各類要素各自包含不同數(shù)量的要素項(xiàng)。監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)針對(duì)各要素項(xiàng)開展，各要素項(xiàng)的質(zhì)量等級(jí)均分為5級(jí)，從極好到極差。

2.北京山區(qū)河溪生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

借鑒歐盟水框架分類分項(xiàng)建立標(biāo)準(zhǔn)的方法，建立北京山區(qū)河溪生態(tài)評(píng)價(jià)體系（表2）。基于北京地區(qū)的研究水平和對(duì)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)需求，本體系生物要素中的要素項(xiàng)暫時(shí)不包含魚類，各要素項(xiàng)生態(tài)質(zhì)量均分為4級(jí)；對(duì)水文地貌和物理化學(xué)兩大要素類不分要素項(xiàng)，生態(tài)質(zhì)量均分為5級(jí)。根據(jù)該分級(jí)體系和標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)各要素類或要素項(xiàng)分別評(píng)定生態(tài)質(zhì)量等級(jí)。

（1）基于生物的生態(tài)評(píng)價(jià)

底棲動(dòng)物對(duì)河（溝）道水體的清潔程度具有很強(qiáng)的指示性，通過監(jiān)測(cè)底棲動(dòng)物物種數(shù)量、清潔種數(shù)量和多樣性等情況綜合評(píng)價(jià)水體生態(tài)狀況。

根據(jù)底棲動(dòng)物的耐污染程度，判斷水質(zhì)的劣質(zhì)程度，底棲動(dòng)物耐清潔種越多，指示河流水質(zhì)情況越好；根據(jù)底棲動(dòng)物耐清潔程度來判斷水質(zhì)的優(yōu)良程度，如果有耐污底棲動(dòng)物種類出現(xiàn)，說明河流水質(zhì)情況差，有污染物存在。

底棲動(dòng)物多樣性均利用香農(nóng)多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener）來表征，多樣性指標(biāo)越大，表明河流生態(tài)程度越好。

表1 歐盟河流生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

表2 北京山區(qū)河溝道河流生態(tài)評(píng)價(jià)要素與方法

表3 河流水文地貌分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

（2）利用植被監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)

調(diào)查監(jiān)測(cè)河（溝）道水生和陸生植物，通過植物的組成、數(shù)量和生長(zhǎng)狀況，指示溝道生態(tài)狀況的好壞。

根據(jù)河道水生和陸生植物組成，判斷河道生態(tài)狀況；優(yōu)勢(shì)種越多，指示河道生態(tài)越好；反之，如果入侵種多，說明河道生態(tài)狀況較差。

（3）河（溝）道水文地貌評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)

對(duì)水文地貌要素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究是本項(xiàng)目的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，借鑒德國的7級(jí)分類體系，從北京山區(qū)實(shí)際情況出發(fā)，以反映人類活動(dòng)干擾的不同程度為主要分級(jí)原則，以人類大規(guī)模活動(dòng)以前的生態(tài)狀況為主要參照系，對(duì)北京山區(qū)建立了5級(jí)分類體系，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

三、北京山區(qū)河溪生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)北京山區(qū)河溪生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，建立了生物、水文地貌和物理化學(xué)三大要素的監(jiān)測(cè)體系，對(duì)黃峪口溝開展系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

1.生物監(jiān)測(cè)

生物監(jiān)測(cè)包括高等植物、浮游植物和底棲大型無脊椎動(dòng)物三大類，對(duì)溝道監(jiān)測(cè)高等植物和底棲動(dòng)物，對(duì)塘壩監(jiān)測(cè)浮游植物。由于黃峪口溝屬小型水體，大部分河段長(zhǎng)期斷流，魚的數(shù)量、種類十分有限，因此暫不監(jiān)測(cè)。生物監(jiān)測(cè)每年開展一次。

對(duì)大型植物的監(jiān)測(cè)，在植被繁茂季節(jié)對(duì)溝道每1km布設(shè)1個(gè)調(diào)查點(diǎn)，如遇到生態(tài)條件突變則加測(cè)一點(diǎn)，共布設(shè)調(diào)查點(diǎn)9個(gè)。每個(gè)點(diǎn)根據(jù)實(shí)地特點(diǎn)設(shè)置 1～2個(gè) 5 m×5 m的喬灌樣方，2～3 個(gè) 1 m×1 m 草本樣方，0～2個(gè)1 m×1 m水生植物樣方。調(diào)查植物種類與數(shù)量。

底棲大型無脊椎動(dòng)物調(diào)查，設(shè)置0.5 m×0.5 m樣方，利用采泥器或鐵鍬將樣方內(nèi)所有泥、石塊、粗砂、腐屑等一并挖出，洗凈過40目篩子，檢出全部樣本，以75%乙醇固定保存，帶回室內(nèi)開展種類鑒定、計(jì)數(shù)和稱量等工作。黃峪口溝小水體僅在兩處有長(zhǎng)流水的溝段實(shí)施底棲動(dòng)物調(diào)查。

浮游植物分別利用浮游生物采集網(wǎng)和采水器采集定性和定量樣品，立即用固定液固定，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)沉淀和濃縮后，分別進(jìn)行定性、定量測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分析。

2.水文地貌監(jiān)測(cè)

歐盟水框架指令沒有對(duì)水文地貌要素給出具體、統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)方法，本研究結(jié)合國際合作項(xiàng)目，借鑒德國的水文地貌調(diào)查與分級(jí)方法，創(chuàng)建了適宜于北京的水文地貌監(jiān)測(cè)方法。

針對(duì)溝道的水文狀況、連續(xù)性和形態(tài)情況進(jìn)行水文地貌調(diào)查，并按照表3的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)給予分類定級(jí)。具體調(diào)查因子包括水量、溝道束窄情況、橫向水利工程的數(shù)量與結(jié)構(gòu)、溝底狀況及與地下水的聯(lián)系、岸邊地帶結(jié)構(gòu)等。水文地貌在溝道工程建設(shè)前后各監(jiān)測(cè)一次，可直接反映建設(shè)效果。實(shí)際調(diào)查中，將溝道分為若干段，逐段調(diào)查和記錄水文、連續(xù)性、形態(tài)等各方面特征。根據(jù)表1所示分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定每個(gè)溝段水文地貌等級(jí)與分值（見表4）。

3.物理化學(xué)監(jiān)測(cè)

物理化學(xué)監(jiān)測(cè)是通過定期定點(diǎn)采樣來監(jiān)測(cè)水體的物理、化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)水體實(shí)際情況，設(shè)置若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，包括地表水和地下水。汛期每月采樣一次，大雨后加測(cè)，非汛期每季度采樣一次。地表水測(cè)定項(xiàng)目包括水溫、溶解氧（DO）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）等；地下水測(cè)定項(xiàng)目包括色度、溶解性總固體、總硬度和硝酸鹽。

4.室內(nèi)鑒定與數(shù)據(jù)分析

室內(nèi)開展動(dòng)植物種類的辨別和計(jì)算工作，對(duì)采集到的大型植物、底棲大型無脊椎動(dòng)物、浮游植物基本均鑒定到種。植物多樣性和底棲動(dòng)物多樣性均利用香農(nóng)多樣性指數(shù)來表征。

水文地貌調(diào)查的野外工作結(jié)束后，回室內(nèi)結(jié)合GIS技術(shù)開展溝段的分級(jí)和制圖。

表4 北京山區(qū)河溪水文地貌分級(jí)表

表5 黃峪口溝生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

四、監(jiān)測(cè)與評(píng)估結(jié)果

通過對(duì)黃峪口溝2010年6—9月開展生態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取了生物狀況和水文地段狀況、物理化學(xué)狀況的數(shù)據(jù)成果。

應(yīng)用北京山區(qū)河溪生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，對(duì)黃峪口溝生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。綜合認(rèn)為黃峪口溝的生態(tài)質(zhì)量界于 “中等”至“好”之間，存在一定程度的人為干擾，對(duì)溝道進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)應(yīng)分段考慮，根據(jù)不同溝段的生物、水文地貌和物理化學(xué)要素監(jiān)測(cè)結(jié)果開展水體影響因子分析，有重點(diǎn)、分溝段地開展規(guī)劃、設(shè)計(jì)和工程治理。

五、結(jié) 論

河溪、溝道等水體作為半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分之一，已被世界各地視為研究重點(diǎn)和保護(hù)對(duì)象。對(duì)水體實(shí)施生態(tài)監(jiān)測(cè)和正確評(píng)價(jià)是保護(hù)水體的前提條件。本文基于對(duì)北京山區(qū)長(zhǎng)期的研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒歐盟水框架指令，形成了一套較為系統(tǒng)的水體監(jiān)測(cè)方法，初步構(gòu)建起河溪生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。通過對(duì)北京山區(qū)河溪等小型水體生態(tài)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)方法的探索，及已經(jīng)取得的研究成果，將對(duì)山區(qū)水源保護(hù)與治理提供基礎(chǔ)參數(shù)和科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)全市生態(tài)建設(shè)的進(jìn)程。

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[2]M.格林菲斯編著，水利部國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作交流中心譯.歐盟水框架指令手冊(cè)[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

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