水生态保护综合治理规划方案分析

水生态保护综合治理规划方案分析

蒋强立

杭州风扬环保科技有限公司 浙江杭州 310023

摘要：我国目前处于生态环境综合治理的转型期，尚未形成统领水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素的水生态保护体系。在总结相关水生态研究成果的基础上，梳理形成了基于水生态系统时空尺度和状态梯度效应理论的水生态保护治理规划构想与方法，分析了淡水生物完整性对自然地理要素、水环境压力、栖息地质量的响应机制，提出以水生态“功能分区—状态评价—问题诊断—治理预设—可达性评估—治理确定”为主线的水生态保护治理规划技术体系，研发了生物完整性评价、水生态保护治理预设和可达性分析等技术方法。该体系以江苏省常州市为典型水生态功能区应用案例，验证了技术体系的适用性与可行性，取得良好的应用效果。该研究是水生态保护治理规划理论和方法方面的研究探索，可为全国相关工作提供参考依据。

关键词：水生态保护；综合治理；规划方案

引言

水生态建设是生态文明建设的重要组成部分。我国经济快速发展累积了大量水生态问题，成为生态文明建设的明显短板。表现出各种水生态问题相互叠加，同一问题反复出现，并且在地域上相互关联但又存在区域差异。这些问题涉及到水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素，生产、生活等人类活动方式。但我国目前尚未形成统领这些要素的水生态保护体系，以指导水生态保护和综合治理。水生态是水专项研发的重点内容之一。

1.水生态保护治理规划的基础

1.1影响水生态系统的要素具有尺度效应

水、土、气、生等生态系统的控制性因素具有不同的时间和空间尺度，决定了区域水生态系统的组成、结构与功能：1）气候因素主要包括降水、气温、湿度和辐射等，反映水热分布的格局，是生态系统重要的物质与能量基础；降水量和温度在较大尺度上保持相对稳定，对水生态系统影响最大，对水循环和生态水文过程起到控制性作用；2）地形地貌类型是区域尺度水生态系统的重要影响因素，反映地表形态特征；坡度、坡向、海拔等不同的地貌类型造就了物种在空间分布上的差异，影响区域水热分布格局、水文情势、侵蚀搬运和营养物质传输，并间接影响气候和植被类型；3）土地利用方式是人类活动对生态系统造成影响的最直接体现，关系到一定范围降雨径流的地表截留和水分蒸散对水文循环的影响，进而影响水文过程；同时，土地覆盖控制着泥沙来源和形成水体底质的物质类型；4）局部区域的水体形态、物理、化学等生境因子直接或者通过影响水生生物栖息地的特征间接地作用于水生生物，导致生物状况的差异。

1.2不同水生生物在时空尺度上的差异

水生态系统中不同生物类群的生命周期、空间活动范围差异极大，能够反映不同时空尺度的环境状况。不同水生生物的时空尺度差异。时间尺度上，不同水生物的生命周期从数小时到几十年跨度极大，反映短期和长期的环境变化状况。浮游藻类、着生藻类和浮游动物生命周期较为短暂，一般几天，甚至几小时就可以完成一个生命周期，反映了短时间内的环境状况；而大型底栖无脊椎动物和大型水生植物具有相对较长的生活周期，一般以月和季度为度量单位，能反映年内不同季度的环境状况；鱼类生命周期更长，能够反映长时间环境干扰的影响，如特定区域鱼类的种类组成及鱼寄生虫的有无等可反映外界干扰对区域长期作用的结果。空间尺度上，不同类群水生生物活动的空间范围从平方米至数万平方公里不等，可反映不同空间尺度的环境状况。着生藻类因其生境相对固定，处于水生态系统食物链底端，活动范围很小；浮游藻类的分布很大程度上也受到水体流速和风速的影响，空间分布范围相对较广；浮游动物是水生态系统中重要的初级消费者，随水流各处飘动，空间分布范围较广，对环境反应较为敏感；大型底栖无脊椎动物生存位置相对固定，在不同质量的生境中都有分布，不同类群空间活动范围差异较大；水生植物和大型底栖无脊椎动物类似，生存位置相对固定；鱼类具有较强的移动性，生长的空间范围是水生生物中最广。不同生物类群的反映了不同时空尺度的环境状况，因而可以采用多种生物类型衡量水生态系统的不同状态。流域水生态状况评价中，浮游藻类、着生藻类、大型底栖无脊椎动物是最常用的生物类群，其次是鱼类和大型水生植物。生物完整性对环境压力的响应

2.水生态保护治理规划的方案

2.1水生态状态评价

2.1.1水生态状态评价指标体系根据水生态系统完整性理论，一般从物理、化学、生物几方面描述水生态状态，其中生物完整性是核心。根据科学实用、因区制宜、循序渐进和方便操作的原则，在综合分析水生态功能区自然地理特征和主导生态功能的基础上，衔接我国现行生态环境监测体系，对水生态状态评价的要素进行合理分类，分生物完整性、水质、栖息地质量和生态需水四类要素进行水生态状态评价，其中生物完整性和水质为必选要素，生态需水和栖息地为备选要素。

2.1.2生物完整性评价生物完整性为必选要素，以生物完整性指数表达。其中河流的必选指标为着生藻类完整性指数和大型底栖无脊椎动物完整性指数，湖泊的必选指标为浮游藻类完整性指数和大型底栖无脊椎动物完整性指数（浅水湖泊）。应用实践中，根据水体类型、功能区的自然地理与生物区系特征、环境胁迫的时空差异，以及综合治理需求，选择适合的水生生物类群。环境变化的长期生物胁迫效应评价首选大型底栖无脊椎动物和鱼类，短期效应评价则考虑着生藻类、浮游藻类或浮游动物。评价的水生态功能区如有鱼类自然保护区，应将鱼类完整性纳入评价体系。

IBI构建的技术流程包括以下步骤，1）水生生物监测：在功能区内选择“无干扰”或“最小干扰”、水质优良、物理生境完好的区域设置参照点，选择干扰较强的区域设置受损点；2）候选生物参数计算：计算各类群生物完整性指数的候选生物参数，一般包括六类参数：物种丰富度、群落组成、耐受性／敏感性、物种多样性、功能群、现存量等；3）核心参数筛选：基于分布范围检验、判别能力分析、冗余分析，筛选出特定功能区、特定水体的生物完整性核心参数；4）参数归一化：将参数的分布范围标准化为0-1，将正向参数和反向参数对环境干扰的响应方向调整为随干扰增加而降低；5）生物完整性指数计算：采用等权重的方式，将各个核心参数记分值进行平均，计算得出生物完整性指数；6）等级确定：以参照点生物完整性指数值分布的25%分位数或所有样点95%分位数为基准值，高于该阈值则表示该点位受到的干扰很小，低于该值的数值进行4等分，代表生物完整性由高到低的不同等级，计为“优、良、中、差、劣”5个等级，并确定对应等级的划分阈值；7）评价结果验证与修订：根据生物完整性指数对环境压力的响应特征，采用区分率、判别分析、稳定性、敏感性检验方法，对IBI评价参数进行验证，对未能通过验证的参数进行剔除，对参数筛选和评价等级标准进行修订，形成特定功能区、特定水体的生物完整性评价体系。

2.2水生态问题诊断

基于水生态状态的评价结果，诊断生物完整性、水质、栖息地质量、生态需水等方面的问题，重点分析生物完整性状况。应用排序分析、广义线性模型、结构方程模型等多元统计方法，以水质、栖息地、水文条件等环境参数为解释变量，基于方差分析，分析不同因子对生物完整性的相对影响程度，优先确定出影响敏感生物类群和解释量大的因子，进而明确影响生物完整性的关键环境胁迫因子。收集功能区产业结构与污染源、土地利用、水资源开发、涉水工程建设、水域岸线开发利用等方面的资料，分析造成水生态问题的主要原因，根据功能区的主导功能，对问题进行主次排序，明确水生态问题。

2.3水生态保护治理预设

根据主导水生态功能定位、水功能区划、“三条红线”和现行水质考核治理等对水环境和水生态的要求，按照衔接综合治理、合理可行、分期提升、先易后难的原则，结合水生态现状等级，从水质、水量、栖息地和水生生物四个方面，预设水生态保护治理，明确约束条件。重点关注得分低、等级低的要素。

水生态保护治理预设包括以下四方面：1）确定水生态功能分区的主导水生态功能，其中，以水源涵养与水文调节、生境维持、水生珍稀特有物种栖息地与洄游通道、重要生态资产保护等为主导功能的，水生态保护治理预设为“优”或“良”；以土壤保持、农业生产支撑和城市生活支撑功能等为主导功能的，水生态保护治理可预设为“中”；2）对生态红线划定区域，如饮用水源保护区、自然保护区、水源涵养区、重要渔业水域、重要湿地等，水生态保护治理预设为“优”或“良”；3）对有明确用途的水功能区，如保护区、保留区、饮用水源地、渔业用水区等，水生态保护治理预设为“优”或“良”；工业用水区、景观用水区、农业用水区等，水生态保护治理预设为“中”或提升一个等级；4）对其他非重要或没有明确水生态功能要求的区域，结合水生态状态现状等级，逐级提升，规定水生态保护治理预设为“中”或提升一个等级。上述预设条件如有重叠的区域，取高等级为水生态保护预设治理。

2.4水生态保护治理可达性评估

在河湖水生态现状不满足水生态保护治理情况下，构建河湖水动力⁃水质⁃水生态模型，模拟典型气象水文条件下的水生态要素时空变化过程，预测不同修复措施情景下的水生态状态变化，评价保护治理可达性。具体过程如下：1）从“（水）质⁃（水）量⁃（栖息）地⁃（水）生（物）”4个方面指标出发，以功能定位与水质治理等为约束条件，分析参照状态设定的指标阈值，评价水生态保护治理的可达性；2）通过构建河湖水动力⁃水质⁃水生态模型，模拟不同气象、水文及生态修复工程等情景下水生态状态，设定不同指标的提升潜力阈值；3）采用蒙特卡罗、遗传算法、蚁群算法等智能优化算法，构建优化模型，进行情景设计评价与全局优化求解，分析最优情景，确定提升方案和优化保护治理，从而提出提升方案优化并进行可达性分析；4）如果保护治理可达，则优化后的保护治理即为水生保护治理，若不可达，返回水生态保护预设治理，重新预设治理。

2.5水生态保护治理确定与方案编制

根据可达性分析和优化结果，确定水生态保护治理，并编制各功能区的水生态保护方案。水生态状况等级为“优”和“良”的分区，应重点采取保护措施；等级为“中”和“差”的分区，应重点采取修复措施；等级为“劣”的分区，应重点采取生态重建措施。根据水生态问题诊断，从生态需水保障、生境保护与修复、外源污染治理、内源污染治理、生物多样性维持等方面提出治理措施，形成保护、修复措施清单。措施的第一阶段重点是清理、整治现存和潜在污染，以工程措施改善生态质量；第二阶段重点是以自然生态恢复为主，建立完善、长效的综合治理机制。

结语

1）梳理形成的水生态系统要素的尺度效应、水生生物时空尺度的差异性、水生物对环境胁迫的敏感性差异、生物完整性对压力响应存在梯度效应等理念，为水生态保护治理的规划提供了理论依据。2）研究提出的水生态“功能分区—状态评价—问题诊断—治理预设—可达性评估—治理确定”为主线的水生态保护治理规划技术路线，明确了工作流程。3）研发的水生态保护治理规划的关键技术，包括水生态状态评价的指标体系构建技术、生物完整性评价技术、水生态保护治理预设技术和可达性评估技术，解决了水生态保护治理规划的技术瓶颈。

参考文献

[1]高俊峰，蒋志刚．中国五大淡水湖保护与发展．北京：科学出版社，2018．

[2]杨桂山．长江水问题基本态势及其形成原因与防控策略．长江流域资源与环境，2019，21（7）：821-830．