劉 菁

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

1 概述

水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測是維護河湖健康生命的重要抓手，是保障水安全、保障生態(tài)安全的基礎(chǔ)性工作，事關(guān)水利改革發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)全局。開展水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測工作，是建立符合新時期水利監(jiān)管要求的水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測評價體系的必然結(jié)果，也是建設(shè)生態(tài)社會、打造美麗江河的迫切任務(wù)之一。東江是珠江水系三大河流之一，是河源、惠州、東莞、深圳等地的重要供水水源，承擔(dān)著向香港地區(qū)供水的重要任務(wù)，是廣東省水資源開發(fā)利用程度最高的河流[1-2]。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人口增長、城市化、工業(yè)化進程不斷加快，水生態(tài)水環(huán)境問題日趨突出，開展東江水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測分析評價尤為必要。本文對東江水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測情況進行了梳理，分析計算東江有關(guān)控制斷面的水文特征指標(biāo)，合理確定生態(tài)流量并對其進行分析，進而評價生態(tài)流量的生態(tài)效果，提出生態(tài)流量目標(biāo)優(yōu)化方案及生態(tài)流量預(yù)警評估分析建議，為河流生態(tài)健康、幸福河湖建設(shè)提供相關(guān)技術(shù)支撐。

2 流域概況

東江發(fā)源于江西省尋鄔縣椏髻缽，在東莞石龍鎮(zhèn)流入珠江三角洲，流域面積(石龍以上)為27 239 km2，其中廣東省面積為23 715 km2，約占全流域的87.1%。流域面積1 000 km2以上的一級支流有11條，已建成眾多的水利工程，其中大型水利工程和跨流域引水工程主要有新豐江水庫、楓樹壩水庫、白盆珠水庫、東深供水工程、東引工程等[3]，東江干流已建成運行的梯級電站有12級，是我省水資源開發(fā)利用程度最高的河流。

東江流域降水較為豐沛，多年平均降雨量為1 750 mm。降雨的面上分布一般是中下游比上游多，西南多，東北少，由南向北遞減。降雨年內(nèi)分配不均，其中4—9月份占全年的80%以上。東江多年平均水資源總量為272.1億m3。其中，廣東省境內(nèi)多年平均水資源總量為242.6億m3，占流域水資源總量的89.2%。東江多年平均地表水資源量為272.0億m3，折合徑流深1 005 mm。多年平均地下水資源量為74.9億m3，地表水與地下水不重復(fù)水資源量為0.1億m3。流域水系如圖1所示。

2019年東江流域評價河長1 606 km[4]，其中水質(zhì)為Ⅰ～Ⅲ類的河長約為1 253 km，所占比例為78%，東江干流水質(zhì)均為Ⅰ～Ⅲ類；劣于Ⅲ類的河流主要是西枝江等支流，主要污染項目為氨氮、總磷、五日生化需氧量和溶解氧。

圖1 東江流域示意圖及監(jiān)測斷面位置示意

3 監(jiān)測分析

3.1 河流水文特征分析

東江干流布設(shè)有5個水文站，選取龍川、博羅水文站資料進行分析。龍川水文站位于廣東省龍川縣附城鎮(zhèn)，集水面積為7 699 km2， 1951年建成投入使用。博羅水文站位于廣東省博羅縣羅陽鎮(zhèn)，集水面積為 25 325 km2，于1953年建成投入使用。兩者觀測項目均包括降水、水位、流量及泥沙等，其中降水、水位、流量均已實現(xiàn)自動在線監(jiān)測。

根據(jù)龍川和博羅水文站1956—2019年的長系列逐日實測平均流量資料，通過還原計算，得出還原流量系列。還原計算采用基于水量平衡原理的分項調(diào)查還原法：

W還原=W實測±ΔW庫蓄±W引水±W分洪+W農(nóng)耗+W工業(yè)+W生活。

根據(jù)實測及還原后的龍川、博羅站流量系列，運用算數(shù)平均法分別計算多年平均流量；按照水文頻率分析法，采用P-Ⅲ型曲線適線分別得到4種保證率(P=75%，80%，90%，95%)下的實測流量和天然流量(見表1)。

表1 主要水文站多年平均流量及不同保證率流量m3/s

根據(jù)1956—2019年汛期(豐水期，每年4—9月)、非汛期(枯水期，每年10月—次年3月)實測、天然長系列流量資料，分別計算汛期和非汛期平均流量，并篩選得出龍川站、博羅站最枯月平均流量，據(jù)此計算站點最枯月平均流量占該站多年平均流量比例(見表2)。

表2 東江主要水文站最枯月平均流量及不同水期流量

3.2 生態(tài)流量分析

3.2.1生態(tài)基流分析

生態(tài)基流是為維護河湖等水生態(tài)系統(tǒng)功能不喪失，需要保留的底限流量過程中的最小值，可根據(jù)枯水期水文特點或Tennant法進行計算確定。

1)最枯月平均流量法：以天然月平均流量為基礎(chǔ)，用歷年最枯月平均流量進行頻率分析，選取90%保證率下的最枯月平均流量，作為該斷面的年生態(tài)基流量。

2)Tennant法：對于流量年內(nèi)季節(jié)性變化明顯且水資源開發(fā)利用強度不超過60%的河流，參考Tennant法設(shè)定不同季節(jié)或月份的生態(tài)基流。即：

枯水月份(月均流量≤多年日均流量)，(0.1～0.2)×年均流量。

豐水月份(月均流量>多年日均流量)，(0.2～0.4)×年均流量。

采用2種方法進行分析，取其中的最大計算值作為生態(tài)基流目標(biāo)值(見表3)。

表3 東江生態(tài)基流目標(biāo)值分析計算結(jié)果

3.2.2生態(tài)流量目標(biāo)

生態(tài)流量是維持某一時空范圍內(nèi)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，所需的單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量。根據(jù)東江歷史水文資料及東江生態(tài)流量目標(biāo)要求的相關(guān)資料，結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源條件與水生態(tài)保護要求，確定龍川斷面生態(tài)流量目標(biāo)為35 m3/s；博羅斷面生態(tài)流量目標(biāo)為79 m3/s，敏感期生態(tài)流量為 212 m3/s。

最小控制流量是滿足河流生態(tài)基流和下游河道外基本生活生產(chǎn)用水需求的流量過程。東江水文過程受到工程調(diào)控影響，但無水工程生態(tài)流量下泄具體要求，按照《廣東省東江流域水資源分配方案》[6]中規(guī)定，用實際水量調(diào)度確定的最小控制流量代替，結(jié)果見表4。

3.2.3水生生境情況

主要為水生態(tài)保護對象所在河段范圍內(nèi)不同水期(至少包括枯水期)的水位、流量、水深、流速、水面寬度、河灘或河口濕地類型及分布特征等。水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)采用龍川站系列資料進行分析，東江國家濕地保護區(qū)采用博羅站系列資料進行分析。結(jié)合東江流域?qū)嶋H，分為豐水期和枯水期，分別選取龍川站和博羅站的平水年份(P=50%)，參考對應(yīng)站點的平水年份的流量資料進行分析。生境情況見表5。

表4 東江干流水工程及生態(tài)流量下泄管理情況m3/s

表5 東江水生生境情況

3.2.4生態(tài)流量保障目標(biāo)涉及的生態(tài)保護對象

經(jīng)調(diào)查，有重要水生態(tài)保護對象3個，其中：國家級重要濕地與濕地公園1個，位于廣東省河源市區(qū)，主要分布于東江干流，主要保護東江局部區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)，對象是水生生物(魚類及其生境)，對維持濕地水位有一定的需求。國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)2個，分別是：新豐江國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)位于韶關(guān)市新豐縣，主要分布于新豐江上游，主要保護對象為特有魚類；浰江大刺鰍黃顙魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)位于河源市和平縣，主要分布于東江支流增江，主要保護對象為大刺鰍、黃顙魚、鲇等經(jīng)濟魚類或其他具有重要社會經(jīng)濟價值的水生生物。

3.3 監(jiān)測技術(shù)方案

3.3.1監(jiān)測斷面及點位

選取龍川、博羅、義合、黃田、大壩5個點位，其中龍川、博羅斷面為東江生態(tài)流量控制斷面；義合、黃田為東江國家濕地保護公園范圍內(nèi)的點位，大壩為水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)涉及到東江范圍內(nèi)的點位；義合、黃田、大壩3個點位為補充監(jiān)測斷面，僅開展了水文水質(zhì)水生態(tài)同步調(diào)查(以下簡稱“同步調(diào)查”)。東江流域水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測斷面具體見前文圖1所示。

3.3.2監(jiān)測指標(biāo)

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，監(jiān)測指標(biāo)主要分為水文、水質(zhì)、水生態(tài)3個部分。調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)項目主要有流量、水位、水深、流速、河道大斷面、常規(guī)水質(zhì)。

3.3.3監(jiān)測方法及頻次

1)生態(tài)流量監(jiān)測

生態(tài)流量監(jiān)測方法按照現(xiàn)行水文監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。生態(tài)保護對象生境水文狀況調(diào)查方法，參照行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范[7-8]，結(jié)合遙感及無人機影像分析等生境調(diào)查技術(shù)方法開展調(diào)查評估。龍川、博羅斷面采用在線自動監(jiān)測；義合、黃田、大壩斷面同步調(diào)查時段各監(jiān)測1次。

2)水質(zhì)監(jiān)測

水質(zhì)監(jiān)測依循行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求[9]，按河流常規(guī)項目和飲用水源地補充項目，共計29項。龍川、博羅斷面按照國家重點水質(zhì)站要求每月監(jiān)測1次；義合、黃田、大壩斷面同步調(diào)查時段各監(jiān)測1次。

3.3.4調(diào)查監(jiān)測內(nèi)容

1)枯水期生態(tài)基流調(diào)查監(jiān)測：重點調(diào)查分析河流生態(tài)基流滿足程度及其生態(tài)成效；監(jiān)測調(diào)查重點為水文斷面的徑流過程、枯水期生境狀況等。

2)生態(tài)敏感期敏感生態(tài)流量調(diào)查監(jiān)測：重點評價生態(tài)敏感流量過程及其生態(tài)影響。2020年4月初，結(jié)合開汛第一場水，在龍川、博羅斷面開展了脈沖流量過程關(guān)鍵水文參數(shù)(漲水時間、日漲水率、漲水天數(shù)、落水時間及其對應(yīng)流量、水位等)調(diào)查分析，同時開展了水質(zhì)狀況調(diào)查。

3)水生態(tài)調(diào)查監(jiān)測：主要包括水生生物調(diào)查監(jiān)測和水生生物生境調(diào)查。水生生物調(diào)查包括浮游植物、浮游動物、大型底棲動物、魚類、魚類早期資源、水生維管束植物等調(diào)查監(jiān)測。

3.4 監(jiān)測分析

3.4.1生態(tài)流量監(jiān)測分析

1)水文監(jiān)測：選擇龍川站和博羅站作為水文監(jiān)測站，按照現(xiàn)行水文監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)進行監(jiān)測。其中龍川站為東江上游控制站，采用H-ADCP在線測流的批復(fù)使用范圍為斷面流量≤1 800 m3/s；博羅站為東江下游控制站，采用H-ADCP在線測流的批復(fù)使用范圍為斷面流量≤6 200 m3/s。當(dāng)流量超出批復(fù)使用范圍時，采用走航ADCP測流并定線推流的方式確定流量。

2)調(diào)查監(jiān)測：東江流域主要魚類種類為鯉形目魚類，4—10月為生態(tài)敏感流量所對應(yīng)的生態(tài)敏感期，因此，根據(jù)2020年開汛后的第1場洪水資料進行生態(tài)敏感流量調(diào)查監(jiān)測分析(見表6)。

表6 2020年東江敏感期水文狀況調(diào)查

對東江開展脈沖流量過程關(guān)鍵水文參數(shù)分析，并據(jù)此對東江目標(biāo)魚類產(chǎn)卵脈沖流量保障情況進行調(diào)查(見表7)。

表7 2020年東江敏感期目標(biāo)魚類產(chǎn)卵脈沖流量保障情況

3.4.2水質(zhì)監(jiān)測分析

1)常規(guī)斷面監(jiān)測：龍川、博羅斷面作為東江已開展水質(zhì)監(jiān)測的常規(guī)斷面，均為國家重點地表水水質(zhì)站點。年監(jiān)測次數(shù)為12次，監(jiān)測項目29項。截至2020年9月，龍川站水質(zhì)類別基本維持在Ⅱ類，出現(xiàn)一次Ⅲ類，但在4月和6月各出現(xiàn)了鐵含量不合格的情況；博羅站水質(zhì)類別基本維持在Ⅰ～Ⅲ類，在6月出現(xiàn)一次溶解氧類別Ⅳ類、總體水質(zhì)類別Ⅳ類的情況。

2)新增斷面監(jiān)測：結(jié)合東江實際，選取大壩村、黃田、義合鎮(zhèn)3個站點進行水質(zhì)、水文、水生態(tài)同步監(jiān)測，監(jiān)測時間：2020年9月23—25日。監(jiān)測結(jié)果：黃田總體水質(zhì)類別為Ⅲ類，義合鎮(zhèn)總體水質(zhì)類別為Ⅱ類，大壩村總體水質(zhì)類別為Ⅳ類。

3.4.3水生態(tài)監(jiān)測

按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[10]等規(guī)范要求，采用遙感調(diào)查和現(xiàn)場生態(tài)查勘相結(jié)合的方法進行水生態(tài)調(diào)查監(jiān)測，具體內(nèi)容包括水生生物調(diào)查監(jiān)測和水生生物生境調(diào)查。

1)水生生物調(diào)查監(jiān)測：根據(jù)已有調(diào)查成果[11]，雖然調(diào)查中不少魚類科屬種的數(shù)量仍較多，但相當(dāng)多的種類已成稀有種：如大眼鱖已極為稀少，刺鲃、鳡魚、青魚難得一見，鰣魚、鯮、鳤、南方擬餐、青梢紅鲌、沙塘鱧等已消失。另外，東江干流特別是下游河段，外來物種的種類和數(shù)量均較多，基于魚類群落結(jié)果多樣性的東江干流總體健康狀況堪憂。

2)水生生物生境調(diào)查監(jiān)測：在東江開展水生生境調(diào)查監(jiān)測，調(diào)查時段涵蓋枯水期、生態(tài)敏感期、漫灘流量期等。其中，生態(tài)敏感期包括魚類產(chǎn)卵期間的漲落水過程及其相應(yīng)的水生生境。

4 綜合評價

4.1 監(jiān)測實施情況分析

龍川斷面水文資料歷史系列長，水文要素指標(biāo)監(jiān)測較為全面，基本達到了監(jiān)測指標(biāo)要求。但在枯水期小流量條件下，由于受枕頭寨水電站回水頂托影響，流態(tài)分布較紊亂，指標(biāo)流速與斷面平均流速關(guān)系曲線定線較難達到規(guī)范要求定線精度。

博羅斷面水文資料歷史系列長，水文要素指標(biāo)監(jiān)測較為全面，基本達到了監(jiān)測指標(biāo)要求。但博羅斷面所處河段已成感潮河段，且受惠州東江水利樞紐蓄放水發(fā)電影響，水位流量關(guān)系不穩(wěn)定，枯水期、小流量條件下瞬時流量可能會有較小的情況；此外，博羅站附近區(qū)域易受雷擊，在線設(shè)備也曾被雷擊而燒壞，因維修設(shè)備需要一定時間，固可能存在流量實時在線監(jiān)測中斷的情況。

義合、黃田、大壩點位為補充監(jiān)測斷面，均采用聲學(xué)多普勒法(走航)進行水文測驗，但3個斷面均為補充監(jiān)測斷面，沒有長系列監(jiān)測數(shù)據(jù)；且由于均受水利工程影響，枯水期、小流量條件下流量測驗精度相對較差。

水質(zhì)監(jiān)測方面，龍川、博羅斷面水質(zhì)要素指標(biāo)監(jiān)測較為全面，基本達到監(jiān)測指標(biāo)要求。存在問題：定期巡測為主，無法實時監(jiān)測水質(zhì)情況，遇到生態(tài)流量敏感等特殊時段，需要進行應(yīng)急監(jiān)測；義合、黃田、大壩為補充監(jiān)測斷面，存在缺少長系列資料的問題。

4.2 水文要素指標(biāo)結(jié)果分析

對龍川斷面和博羅斷面的實測水文狀況進行分析，計算實測流量在不同來水頻率的枯水流量等特征值，分析各特征流量及其與多年平均流量的比值，對比生態(tài)流量目標(biāo)值，分析各特征值與生態(tài)流量目標(biāo)的偏離情況(見表8)。

表8 東江實測水文狀況分析成果 %

4.3 水質(zhì)要素指標(biāo)結(jié)果分析

根據(jù)行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求[12]進行水質(zhì)評價(糞大腸菌群未參評)。水質(zhì)評價采用單因子指數(shù)法。龍川斷面水質(zhì)除8月為Ⅲ類，其他均為Ⅱ類；8月水質(zhì)主要影響指標(biāo)為溶解氧。博羅斷面水質(zhì)6月為Ⅳ類、9月為Ⅲ類，其他均為Ⅱ類；6月、9月水質(zhì)主要影響指標(biāo)為溶解氧。義合、黃田、大壩斷面9月水質(zhì)分別為Ⅲ類、Ⅱ類、Ⅳ類；義合、大壩水質(zhì)主要影響指標(biāo)為溶解氧。

4.4 生態(tài)流量目標(biāo)指標(biāo)優(yōu)化分析

東江龍川、博羅站生態(tài)基流保證率分別為98.9%、100%，基本滿足生態(tài)流量目標(biāo)；流速均偏小，平均流速均低于最低標(biāo)準(zhǔn)0.3m/s，其生境狀況不滿足水生生物健康繁殖與生長需求；魚類產(chǎn)卵繁殖期生態(tài)流量目標(biāo)偏離分別為61.3%、0.00%，生態(tài)保護對象敏感流量生態(tài)狀況評估結(jié)果分別為不符合、符合；生態(tài)敏感流量均不能完全滿足。

東江干支流密集的各類水利工程從根本上改變了生物長期適應(yīng)的自然水文規(guī)律，阻礙了魚類等的洄游和繁殖，破壞了流域生態(tài)系統(tǒng)；同時部分河段的堤岸固化，破壞了水陸交錯帶的生態(tài)緩沖功能。應(yīng)加強對各類水利工程的管控，科學(xué)合理地調(diào)度，降低對河段生態(tài)環(huán)境影響。

5 結(jié)語

通過開展東江水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測分析，摸清了東江水生態(tài)水環(huán)境相關(guān)現(xiàn)狀，同時發(fā)現(xiàn)存在制約水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測工作的短板：一是在重點生態(tài)保護區(qū)域、生態(tài)敏感河段和水利工程下游等關(guān)鍵位置監(jiān)測站點不足，不能完全滿足河流生態(tài)保護、幸福河湖建設(shè)需求；二是未開展專門的、持續(xù)的水生態(tài)監(jiān)測分析工作，不能為流域生態(tài)健康維護提供全面到位的技術(shù)支撐與服務(wù)。由此提出建議與對策如下：

1)完善水生態(tài)監(jiān)測相關(guān)站網(wǎng)建設(shè)

考慮生態(tài)保護對象，在重要生態(tài)敏感區(qū)控制斷面、主要控制性水工程斷面等補充和完善生態(tài)流量監(jiān)測站點，并拓展監(jiān)測要素，在生態(tài)保護重要河段開展生態(tài)流量監(jiān)測的同時開展水質(zhì)、水生生物監(jiān)測，建立完善全面覆蓋、布局合理、功能完備、要素齊全的站網(wǎng)體系，滿足生態(tài)流量監(jiān)測分析與預(yù)警評價等相關(guān)工作需求。

2)提升水生態(tài)監(jiān)測能力與水平

加強生態(tài)敏感河段和生態(tài)流量管控斷面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和改造，提高水位、流量等測報自動化水平，重點加強低水流量測驗精度和自動化水平。探索空天地一體化監(jiān)測手段，進一步加強信息化建設(shè)，全面提升水生態(tài)監(jiān)測水平。大力推進雷達測流、衛(wèi)星遙感、無人機監(jiān)測等現(xiàn)代技術(shù)裝備的應(yīng)用，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算及人工智能等高新技術(shù)與水生態(tài)監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)的深度融合。

3)建立水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測分析長效機制

重視日常監(jiān)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)深度加工和綜合分析評價等方面基礎(chǔ)積累工作，針對不同時期、不同河湖特點的突出水問題對生態(tài)監(jiān)測預(yù)警需求，加強重點河湖生態(tài)流量、水文特征、水質(zhì)狀況、水生生物等方面的動態(tài)分析評價，從而逐步建立水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測分析工作長效機制。同時加強財政經(jīng)費保障，確保水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測工作持續(xù)、穩(wěn)定開展，取得實效，為我省幸福河湖建設(shè)提供更全面、更有力的技術(shù)支撐與服務(wù)。