第19卷 第11期 中 国 水 运 Vol.19 No.11 2019年 11月 China Water Transport November 2019 杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系研究 王 剑 摘 要：针对杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系缺乏，航道的生态化保护措施效果无法定量评价，阻碍航道的生态化进程问题。在分析该河段航道概况及水环境、声环境状况的基础上，提出生态航道指标的选取原则，构建面向河流生态系统保护对象的多指标生态航道判别方法，综合考虑河流生态系统中的水文特性、水质特性、地貌特性以及生物特性等保护对象，制定了全方位的航道生态化指标体系，并分析指标的监测方法和生态航道的评价方法。 关键词：生态航道；宁波姚江河段；评价；指标体系；监测方法 中图分类号：U611 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）11-0147-03 河流为人类社会进步和经济发展做出了巨大的贡献，但是人类在改造和利用河流的过程中对河流生态系统造成了不同程度的影响甚至破坏。航道整治工程对河流生态系统的不利影响主要表现在河流水系的连通性被破坏[1]。航道运营过程中对河流生态系统的不利影响主要体现在：油类污染、生活污水污染、生活垃圾污染、船舶从事油料补给或转运作业过程中发生的溢漏污染以及船舶维修和保养等生产作业过程中产生的生产垃圾污染。航道日常维护对河流生态系统的影响主要体现在航道疏浚施工搅动底泥释放重金属物质、不恰当的疏浚弃土处理以及疏挖船舶运行的过程中对水体的扰动。 近年来随着人们生态保护意识的增强，国内外越来越多的学者和工程人员开始探索并实践河流的生态化保护措施，并针对生态航道的评价方法开展研究。匡舒雅[2]等通过建立五元联系数模型，开展了长江下游南京—浏河口段生态航道评价。李天宏[3]等采用层次分析法来确定生态航道评价体系各指标权重，利用综合指数评价方法，进行了荆江河段航道整治工程实施前后的生态航道评价。 对生态航道进行科学评价是生态航道建设必不可少的基础性工作，杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系缺乏，使得航道的生态化保护措施效果无法定量评价，阻碍了航道的生态化进程。鉴于此，本文以杭甬运河宁波姚江段为研究对象，在分析该河段航道及环境状况的基础上，提出生态航道指标的选取原则，构建该河段生态航道指标体系，并分析指标的监测方法和生态航道的评价方法。 一、杭甬运河宁波姚江段航道及环境状况分析 1．杭甬运河宁波姚江段概况 杭甬运河是国家规划“二横二网一纵”中的“一纵”，是收稿日期：2019-06-26 作者简介：王 剑（1994-），男，河海大学硕士生。 通讯作者：王 军（1982-），男，宁波市港航管理局高级工程师。 基金项目：高校基本科研业务费专项资金资助（2019B75014）；江苏省研究生科研与实践创新计划项目（SJCX19_0128）；交通运输部天津水运工程科学研究所科研创新基金（基本科研业务费）（TKS170110； TKS170220；TKS170222）；级公益性科研院所基本科研业务费（TKS180411）。 京杭运河的延伸。杭甬运河贯穿了浙江最发达的杭州、绍兴、宁波三个城市，运河起自杭州三堡，终于宁波甬江口，全长约239km。杭甬运河宁波段自绍兴与宁波交界的安家渡始，经蜀山船闸、姚江船闸，过宁波市区三江口，终于甬江口，全长94km。自余姚安家渡至宁波市区三江口习称姚江，该段河长原为86.16km，建姚江大闸后裁去湾头5km，加上引河1.24km，现全长82.4km。由于姚江大闸以下的甬江感潮河段动力条件不同，河段生态环境状况存在较大差异，故本文的研究范围仅限定在姚江段。 2．杭甬运河宁波姚江段水环境基本情况 根据2005年浙江省通过的《浙江省水功能区水环境功能区划分方案》，与本文相关的姚江干流和甬江水环境功能区划如下： 余姚上虞交界的沈湾—箐江渡为多功能水环境功能区，水环境执行《地表水环境质量标准》中的III类标准；箐江渡—开丰桥为饮用水水源一级保护区，水环境执行II类标准；开丰桥—郁浪浦、郁浪浦—车厩、车厩—大隐和大隐—姚江大闸均为多功能水环境功能区，水环境执行III类标准；姚江（湾头段）为宁波饮用水源保护区，其中屠家沿—李矸渡、甄隘—湾头末为饮用水水源二级保护区，水环境执行III类标准；李矸渡—甄隘为饮用水水源一级保护区，水环境执行II类标准。 3．杭甬运河宁波姚江段声环境基本情况 运河沿线基本上为普通城市地区，根据《城市区域环境噪声标准》，除交通干道两侧属4类功能区外，其他区域属1类区。 总体来看，处于运营期的姚江航道面临的最大生态问题有两个：一是稳定航道水质；二是控制航运噪声。 二、杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系构建 1，3，王 军，邢 岩，马殿光，冯云轩3.交通运输部天津水运工程科学研究院，天津 300000） 2331，3，李沛奇 1（1.河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098；2.宁波市港航管理局，浙江 宁波 315042； 148 中 国 水 运 第19卷 1．指标体系构建 建立生态航道指标体系，是定量分析生态航道水平以及提高航道生态化维护可操作性的重要手段。本文提出了面向河流生态系统保护对象的多指标生态航道判别方法，综合考虑河流生态系统中的水文特性、水质特性、地貌特性以及生物特性等保护对象，制定了全方位的航道生态化指标体系，如表1所示。 表1 生态航道指标体系 准则层 序号 指标层 指示内容 1 水位变化 月均水位改变、年极值水位和持续时间改变、年极值水位的发生时机改变 2 水深变化 月均水深改变、年极值水深和持续时间改变、年极值水深的发生时机改变 水文特性 3 流速变化 月均流速改变、年极值流速和持续时间改变、年极值流速的发生时机改变 4 悬移质输沙量变化 月均悬移质输沙量改变、年极值悬移质输沙量和持续时间改变、年极值输沙量的发生时机改变 5 流量调整 月均流量改变、年极值流量和持续时间改变，年极值流量的发生时机改变、最小环境需水量满足率 6 水质类别 地表水环境质量标准中的指标，包括PH值、COD、BOD、氨氮、总磷、溶解氧、化学需氧量、重金属等 7 主要污染物浓度 断面主要污染物浓度 水质特性 8 水功能区水质达标率 水功能区水质达到水质目标的河长（或面积） 9 富营养化指数 反应水体富营养状况，包括透明度、氮磷含量及比值、溶解氧含量及其时空分布、藻类生物量及种类组成等10 纳污性能 某种污染物的年排放与纳污能力的比值 11 水温 水体温度 12 岸线变化 弯曲率 13 纵向连续性 河流系统内生态元素在空间结构上的纵向联系 14 侧向连通性 河流侧向连通程度 15 垂向透水性 地表水与地下水之间的水力联系受人类的干扰程度 16 滩槽稳定性 滩槽演变情况 地貌特性 17 河床比降调整 河床落差与长度的比值变化 18 深潭-浅滩布局变化 深潭-浅滩布局发生的改变 19 河岸带植被覆盖度 单位面积内植物的垂直投影面积 20 岸坡侵蚀强度 地壳表层土壤在自然力和人类活动影响下，单位面积、单位时段内被剥蚀并发生位移的土壤侵蚀量 21 河岸带宽度 河滨植物缓冲带宽度 22 物种多样性 物种丰富程度 23 珍稀水生生物存活状况 珍稀水生生物或指示生物存活状况 生物特性 24 外来物种威胁程度 是否出现外来物种、外来物种对本地土著生物和生态系统造成威胁的程度 25 物种完整性 生物群落的组成和结构 2．指标监测方法 建设环境友好型生态航道，需要定期对上述指标进行监测，科学制定航道生态化运营、维护和管理措施，定量化评价航道生态化管理维护效果。 生态航道的定量指标测量主要通过勘察测量、现场取样和室内试验等技术手段获得所需数据。定量数据应以表格形式展现，将所有监测结果按照时间顺序进行对照，也可用曲线图进行展现，反映数据随时间变化规律并可显示极值。由于生态航道是一个生态演进过程，一个动态稳定的河流生态系统的形成需要十几年到几十年的时间，应建立长期监测系统，为河流管理服务。 （1）水文监测 水文监测是对河流的流速、水位和含沙量等化学物理参数的直接测量，通过数据整理，获得河流年、月、日的流量过程，分析河床的冲淤过程，地表水与地下水的相互转化过程以及水温变化过程。通过水文资料分析，还可以计算出具有生态学意义的5种水文要素，即流量、频率、持续时间、出现时机和变化率。如上所述，水文过程是河流生态系统的主要驱动力，而这5种水文要素都对应着多种生态响应，是制定河流生态修复规划的重要依据。水文监测方法和数据处理方法应依据我国相关技术规范执行。 （2）水质监测 制定水体监测方案，首先应明确监测目的，确定监测对象、设计监测位点，合理安排采样时间和频率，选定采样方法和分析测定技术，提出监测报告要求，制定质量保证程序、措施和方案的实施计划等。我国目前已经颁布了一系列的水质监测技术规范，各监测技术规范规定了监测布点与采样、监测项目与相应监测分析方法、监测数据的处理与上报、质量保证、资料整编等内容。 所选的监测断面在总体上能反映不同河段的水环境质量状况。监测断面的设置，应根据需要，考虑对污染物时空分布和变化规律的了解、优化的基础上，以最少的断面、垂线和测点取得代表性最好的监测数据，同时还须考虑实际采样时的可行性和方便性。为使采集的水样具有代表性，能够反映水质在时间和空间上的变化规律，必须确定合理的采样时间和采样频率，力求以最低的采样频次，取得最有时间代表性的样品。 （3）地貌监测 地貌特征监测的内容包括横断面多样性、宽深比、河流平面形态、蜿蜒特征（曲率半径、中心角、河湾跨度、幅度、弯曲系数）、河道坡降、河床材料组成、河漫滩湿地、深潭浅滩序列、岸坡稳定性、边滩、回水区、牛轭湖、遮蔽物等局部地貌特征，以及输沙量、含沙量、颗粒级配等泥沙特性。河流地貌及泥沙监测应依据我国相关技术规范进行。 河床底质的组成与河道糙率密切相关，对流速、水深等水力特性有很大影响。同时，河床底质为诸多鱼类提供了生存所需的微环境，因为不少鱼类需在特定的底质进行产卵，以使卵黏附在底质的表面。一般采用统计分析方法研究河床底质粒径大小的分布情况，采用级配曲线及其统计特征值进行描述。 监测频率指在监测年份内进行监测的次数和进行监测的时段。监测频率的确定应基于特性洪水事件的发生频率和鱼类的生命周期，并在一定时间内具有系统性。例如，对于栖息地的监测应与物种产卵期紧密联系，而对于岸坡防护工程的监测应与水文序列相一致。监测时间和频率并不是一成不变的，应当根据实际条件不断做出调整。如对于岸坡侵蚀变化相对严重的部位，应在每次洪水发生后均进行监测。 （4）生物监测 生物监测的内容包括植被覆盖比例，物种组成和密度、生物群落多样性、生长速率、生物生产量、龄级/种类分布、濒危物种风险、病害情况等。对生物群落组成进行监测，包括浮游植物、浮游动物、底栖动物、两栖动物和鱼群等的种类与数量。除对水体内的生物特性进行监测外，也应对滨河带生物进行监测，包括植被种类、疏密程度、对水面的遮蔽情况、滩地 第11期 王 剑等：杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系研究 149 植被种类等。对有洄游鱼类的河段，应在洄游期进行连续监测。 对于生物监测而言，生物采样点布设与物理化学采样点布设不完全一致。生物调查采样不设采样断面，只设采样垂线。在一条采样垂线上，视采集生物种类及其分布状况和测定项目，可设一至数个采样点。鱼类活动范围大，不宜设置采样垂线。可在一定范围内，按鱼类食性进行采集。 不同生物物种的监测频率不同，可参考国外通常采用的生物监测频率，并结合我国相关技术规范执行。 3．生态航道评价 生态航道评价主要通过生态航道分级完成，定义航道的理想状况为最佳状况，定义航道生态系统严重退化状况为最坏状况，介于最佳和最坏等级中间再分成若干等级。生态要素包括水文、水质、地貌、生物等，各要素层又分为若干指标，确定各项指标理想标准值需要开展大量工作，包括进行河流生态与生物普查，收集历史和现状数据资料，在大量数据支持下，按照统计学原理，结合专家经验确定。有些指标如果有相应的国家或行业标准就可直接引用，比如水质类别等。随后按照与理想状况的偏离程度计算具体指标分值。 生态航道评价工作可对航道生态化水平进行定量描述，科学计算出航道生态化运营维护管理后航道生态状况的提升程度，从而使生态航道管理更加合理有效，使航道生态化维护更加有的放 （上接第146页） （3）全流域布局 航道水域条件复杂多样，从上游到下游、支流到干流的物质输移和水动力联系紧密，长期影响生境，现阶段的生境改良较多集中于某河段或局域，生境改良效果有限，为应对河段的多样生境保护需求，需从流域尺度进行全面设计与布局，发展和应用不同的生境改良技术，避免重复、无效的改良措施，充分发挥生境改良技术的协同作用。 （4）生态效益多样化 生境改良不仅提高了生境的稳定性、多样性，而且是结合就地地形地貌和工程措施，对生境的生态景观进行提升，增强生境的环境容量，发挥改良生境的生态服务功能和效益，促进生态航道的建设和发展。 四、结语 在生态航道建设中，生境改良技术是对区域进行生态保护和修复的基础，已逐步发展成为重要的生态修复技术，在土壤生境、底质生境、水域生境和区域生境方面均有所应用，具有生态性、高效性和景观性特点。生境改良技术多样且应用广泛，但应用广度和深度尚有不足，未来有向精细化设计、多技术融合、全流域布局、生态效益多样化等方面发展的趋势。总体上，生境改良技术在生态航道建设中的应用还处于发展阶段，全过程的修复还不完善，如缺乏生态疏浚土的规划利用、生境改良实施效果的长期监测等，为此还需要更多生境改良技术的工程应用实践，完善构建生境改良技术体系，加强生境改良工程的生态监测，为生态航道建设、保护航道水域生态系统健康提供技术支撑。 参考文献 [1] 严登华，窦鹏，崔保山等.内河生态航道建设理论框架及关键问题[J].北京师范大学学报（自然科学版），2018，54（6）：755-763. [2] 陈一瑶，施俊羽，周薛凯.生态航道建设的现状及发展趋势分析[J].中国水运（下半月），2014，14（11）：78-79. [3] 闵凤阳，黄伟，王家生等.浅谈生态河道治理与生态航道建设的关系[J].中国水运：航道科技，2016（2）：6-9. [4] 刘均卫.长江生态航道发展探析[J].长江流域资源与环境，2015，S1：9-14. [5] 陈茜，逄勇，王一秋.长江航道整治工程生态保护的重点研究课题[J].水资源保护，2016，32（1）：67-71. [6] 刘怀汉.长江干线航道治理生态措施及技术展望[J].水运工程，2016，1：114-118. [7] 曹民雄.长江南京以下深水航道生态建设与保护技术及措施[J].中国水运（下半月），2018，7：1-9. [8] 徐水泉，黄新民.航道疏浚工程中的关键施工技术研究[J].中国水运，2017，38，8：41-42. [9] 战玉柱，陈春霄.河流水生态修复技术研究综述[J].污染防治技术，2018，31（6）：53-57. [10] 张亮.生态型人工鱼巢段在长江下游航道整治工程中的应用[J].中国水运（下半月），2017，11：155-156. [11] 陈源华.长江航道大型整治工程施工安全控制关键技术[J].水运工程，2018，12：1-7. [12] 陈凯麒，常仲农，曹晓红等.我国鱼道的建设现状与展望[J].水利学报，2012，43（2）：182-188.矢。因此，有目的性地对生态航道进行评价是十分必要的。 三、结论 （1）本文研究了杭甬运河宁波姚江段航道及环境状况，包括水环境和声环境基本情况，确定了处于运营期的姚江航道面临最大的环境问题有两个：一是稳定航道水质；二是控制航运噪声。 （2）建立了面向河流生态系统保护对象的多指标生态航道判别方法，综合考虑河流生态系统中的水文特性、水质特性、地貌特性以及生物特性等保护对象，制定了全方位的航道生态化指标体系，是定量分析生态航道水平以及提高航道生态化维护可操作性的重要手段。 （3）生态航道评价主要通过生态航道分级完成，具体指标分值按照与理想状况的偏离程度计算。 参考文献 [1] 董哲仁.论水生态系统五大生态要素特征[J].水利水电技术，2015，46（6）：42-47. [2] 匡舒雅，李天宏.五元联系数在长江下游生态航道评价中的应用[J].南水北调与水利科技，2018，16（5）：93-101. [3] 李天宏，丁瑶，倪晋仁等.长江中游荆江河段生态航道评价研究[J].应用基础与工程科学学报，2017，25（2）：221-234.
