李培文

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518008)

在城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，城市河流受到人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾[1]。人口密度的增加以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大使得水資源消耗、污染排放不斷加劇，城市河流生態(tài)破壞的問題愈發(fā)嚴(yán)重。在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，“恢復(fù)有生命的健康河道”成為建設(shè)河道生態(tài)的新目標(biāo)，城市河流不僅要滿足生產(chǎn)生活和景觀用水的需求，還要滿足水生生物生存需求，因此河流的生態(tài)補(bǔ)水越來越受到重視。目前計(jì)算河流生態(tài)流量方法主要有以下幾種：水文學(xué)方法、水力學(xué)方法、棲息地法以及綜合法[2-3]。以重慶市盤溪河為例，根據(jù)魚類棲息地需求，初步評(píng)估盤溪河生態(tài)流量和生態(tài)需水的水質(zhì)，為其它相關(guān)城市河流的生態(tài)需水評(píng)估提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

盤溪河位于重慶主城北部 ，流經(jīng)兩江新區(qū)、渝北和江北三區(qū)，是嘉陵江一級(jí)支流。盤溪河主要發(fā)源于重慶兩江新區(qū)內(nèi)的三條支流，支流源頭分別是八一水庫、人和水庫和戰(zhàn)斗水庫，三條支流在動(dòng)步公園處交匯流入渝北區(qū)紅巖水庫，經(jīng)江北區(qū)匯入嘉陵江。盤溪河流域范圍面積約28.25 km2，流域內(nèi)建成區(qū)面積約25.45 km2，全部河道均為硬化河道，河道全場約21.19 km，其中約7.14 km河道為地下箱涵，其余為開敞河道。上游主要是水庫、公園和商業(yè)區(qū)，中游以商業(yè)區(qū)為主，下游以居民住宅區(qū)和工業(yè)區(qū)為主。盤溪河流域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季和秋季雨水較多，冬季與春季雨水較少。

盤溪河是典型的高密度建成區(qū)雨源型河道，河段水量基流缺乏，水動(dòng)力條件較差，受徑流污染引起的水質(zhì)惡化問題尤為顯著。通過控源截污、初小雨調(diào)控、生態(tài)補(bǔ)水以及生態(tài)凈化等工程措施整治，于2017年底基本消除黑臭。

2 研究方法

棲息地法通過構(gòu)建指示生物棲息生境水力學(xué)指標(biāo)與河流流量之間的定量關(guān)系，確定適宜該物種的河流生態(tài)流量[3]。魚類是水生生物群落食物鏈的頂層生物[4]，對(duì)河流的流速、水位等水文條件和溶解氧、有毒有害物質(zhì)濃度等水質(zhì)條件非常敏感[5-7]，可以迅速明顯地反映水生態(tài)系統(tǒng)健康的整體狀況，適合作為河流生態(tài)需水計(jì)算的指示物種。由于現(xiàn)階段充分研究魚類各種棲息生境水力學(xué)指標(biāo)難以實(shí)現(xiàn), 故本研究以平均流速、平均水深、水質(zhì)參數(shù)等指標(biāo)，初步評(píng)估盤溪河魚類對(duì)棲息地的生態(tài)需水。

2.1 目標(biāo)魚類

根據(jù)近年的文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)查，盤溪河魚類組成簡單，約有4種魚類，隸屬2目2科4屬，詳見表1。本研究以鯉魚作為目標(biāo)魚類計(jì)算生態(tài)需水。

表1 盤溪河魚類調(diào)查表 %

2.2 棲息地適宜條件的確定

研究表明[8-10]，產(chǎn)卵期是魚類生命周期中最為敏感、生境條件要求最為嚴(yán)格的階段，本研究以該階段的適宜條件為上限、非產(chǎn)卵期的適宜條件為下限計(jì)算盤溪河的生態(tài)需水量。

陳志月等[11]認(rèn)為鯉魚適宜流速為0.2～0.4 m/s，適宜水深為0.3～0.5 m；張文鴿等[12]認(rèn)為鯉科類的最佳流速范圍為0.2～0.6 m/s，最佳水深范圍為1～1.5 m；楊慶[13]研究得出適宜鯉魚產(chǎn)卵的最小流速是0.2 m/s，同時(shí)魚卵漂浮流速的極限閾值與水深聯(lián)系密切，1 m水深對(duì)應(yīng)流速下限是0.25 m/s，而0.75 m/s與0.5 m水深對(duì)應(yīng)的流速下限均為0.275 m/s。綜合以上研究，并結(jié)合盤溪河水文特點(diǎn)，取流速0.25 m/s、水深為1 m為鯉魚產(chǎn)卵期適宜條件，取流速0.2 m/s、水深0.5 m為鯉魚非產(chǎn)卵期適宜條件(詳見表2)，根據(jù)二者計(jì)算得出的生態(tài)需水量分作為盤溪河的最大生態(tài)需水量和最小生態(tài)需水量。

表2 鯉魚生活期對(duì)棲息地適宜條件

2.3 斷面選擇

本研究在盤溪河設(shè)置了4個(gè)監(jiān)測斷面(見圖1)，從 2021年2月到10月進(jìn)行了水文、水質(zhì)監(jiān)測。其中2-4月為枯季、5月-10為雨季。

圖1 盤溪河監(jiān)測斷面示意圖

2.4 生態(tài)需水量計(jì)算

生態(tài)需水量的計(jì)算公式如下：

Q=A×V

(1)

式中：Q為監(jiān)測斷面 面生態(tài)需水量，m/s；A為 監(jiān)測斷面的過水?dāng)嗝婷娣e m；v為斷面平均流速，m/s。

本文通過上述公式將魚類產(chǎn)卵期和非產(chǎn)卵期適宜的水文條件(平均水深、平均流速)與生態(tài)需水量建立關(guān)系，進(jìn)行魚類棲息需求的生態(tài)需水計(jì)算，其結(jié)果見表3。

表3 盤溪河生態(tài)需水量和監(jiān)測流量 m3·s-1

2.5 生態(tài)需水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

溶解氧是魚類賴以為生的基礎(chǔ)，溶解氧含量過低會(huì)影響魚類的生長繁殖。一般溶解氧在5 mg/L 以上時(shí)，大部分魚類的都能生存[14]。同時(shí)，許多學(xué)者通過研究水質(zhì)對(duì)各種魚類生理的影響[15-17]，發(fā)現(xiàn)水體中氨氮含量過高會(huì)抑制魚類生長。管雪婷[18]認(rèn)為氨氮在0.5 mg/L以下時(shí)對(duì)魚類生長無影響，氨氮濃度在0.5～1.2 mg/L時(shí)攝食量下降，氨氮濃度超過1.2 mg/L時(shí)抑制明顯甚至引起魚類死亡。據(jù)此，本次研究以溶解氧≥5 mg/L和氨氮≤0.5 mg/L作為生態(tài)需水水質(zhì)評(píng)估指標(biāo)，盤溪河的監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)見表4。

表4 盤溪河監(jiān)測水質(zhì) mg/L

2.6 結(jié)果

根據(jù)表3和表4所示，在生態(tài)需水量方面，盤溪河4個(gè)監(jiān)測斷面的最小生態(tài)需水量為1.70～10.68 m3/s，最大生態(tài)需水量為3.41～29.76 m3/s。與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)相比，枯季只有2#能達(dá)到最小生態(tài)需水量；雨季只有上游1#和2#能達(dá)到最大生態(tài)需水量。在生態(tài)需水水質(zhì)方面，無論枯季還是雨季，溶解氧都能滿足魚類生存的需求，但是氨氮僅在枯季的4#斷面達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)語

本文選用棲息地法，以魚類為指示生物，對(duì)盤溪河流域的生態(tài)流量及生態(tài)水質(zhì)進(jìn)行分析及評(píng)估，主要有以下結(jié)論：

(1)雨季僅河流上游生態(tài)狀況較好，最大生態(tài)需水能滿足要求，枯季河流的生態(tài)狀況較差，最小生態(tài)需水無法滿足，建議加快盤溪河補(bǔ)水系統(tǒng)建設(shè)，并以生態(tài)需水補(bǔ)水。

(2)由于河道補(bǔ)水不足和作為補(bǔ)水水源的污水處理廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較低，盤溪河水質(zhì)難以滿足魚類棲息的基本需要，應(yīng)提高污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合濕地公園建設(shè)進(jìn)一步改善生態(tài)需水水質(zhì)。

(3)自然河流的全年生態(tài)流量是變化的過程，城市河流在實(shí)際調(diào)度過程中，應(yīng)考慮魚類產(chǎn)卵期和非產(chǎn)卵期不同生態(tài)需水的需求，調(diào)節(jié)河流的生態(tài)補(bǔ)水量。

(4)由于本研究選取的是單一物種、少量河道斷面的數(shù)據(jù)，簡化了生物棲息生境因子與河流流量之間的關(guān)系，使得估算結(jié)果與實(shí)際存在偏離。考慮到河道生態(tài)和河道地形的復(fù)雜性，今后需要進(jìn)一步對(duì)盤溪河水生態(tài)更多的調(diào)查，收集更全面的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的研究。