楊 瑩 張耀方 郝生超

(北京市清河管理處,北京 100192)

北京溫榆河公園位于北京市市域中部,中心城區(qū)東北邊緣,朝陽、昌平、順義三區(qū)交界,溫榆河、清河兩河交匯之處,城市副中心上游,是北京中心城和“通州堰”防洪體系的重要節(jié)點[1]。 公園內有清河、溫榆河、老河灣三條河道,是溫榆河公園內劃定的“一心、三核、四脈”(溫榆河生態(tài)心,森林生態(tài)核、濕地生態(tài)核、灌叢草地生態(tài)核,溫榆河生態(tài)水脈、清河生態(tài)水脈、老何灣生態(tài)水脈、京承高速生態(tài)脈)生態(tài)帶格局的重要組成部分。

溫榆河公園本底良好,生物多樣,尤其是清河、溫榆河兩河交匯處,是全園的生態(tài)核心區(qū),有30 多種近2000 只水鳥在此越冬,還分布有旗艦魚類馬口魚,以及指示物種中華青鳉和中華鳑鲏,同時這里也是中華秋沙鴨在北京的越冬地。

河流生態(tài)廊道因其高度連續(xù)性和內部豐富的生境條件,其生態(tài)功能的發(fā)揮更為顯著。 已有研究證實,城市河流生態(tài)廊道可以通過大量留存原有植被或營造栽培植物群落,對城市植物多樣性保護和提升產生積極作用[2]。 因此,探究溫榆河、清河河流生態(tài)廊道具有重要意義。

目前,溫榆河公園一期項目已經基本建成,待溫榆河公園完全建成后,將成為北京大山水格局中重要的生態(tài)節(jié)點,而公園內水體的水位變化直接影響著溫榆河公園的生物多樣性。 汛期時,公園內水位根據防洪需求進行調度;非汛期時,公園內水位盡可能保持不變以保證景觀效果及生物多樣性,本文僅研究非汛期水位變化對溫榆河公園生物多樣性的影響。 2022 年5月,北京市清河管理處聯合北京市北運河管理處對辛堡閘上游至沈家墳區(qū)域進行蓄水,通過觀察辛堡閘前水位為22.5 ～25.0m 時生物多樣性情況,分析研究最大可能保持公園內生物多樣性所需的水位。

1 調查和研究方法

辛堡閘初始水位為22.5m,2022 年5 月9 日開始蓄水,5 月10 日水位達到23.0m,5 月13 日水位達到24.0m,5 月18 日水位達到25.0m。 觀測不同水位時溫榆河公園的水域面積、水流流速及生物多樣性的變化情況。

1.1 生物調查方法

a.水生植物。 對挺水植物、浮葉植物和沉水植物進行調查,現場調查時測量并記錄水體的水面面積、各類大型水生植物的分布面積,計算水生植物覆蓋率。 將采集的植物洗凈,裝入標本袋內帶回實驗室鑒定種類。

b.浮游生物。 浮游生物采樣方法依照《水生生物調查技術規(guī)范》(DB11/T 1721—2020)和《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范(第二版)》[3]進行。 將樣品帶回實驗室后,通過光學顯微鏡觀察法或沉淀濃縮視野計數法[4],調查硅藻門、藍藻門、綠藻門、甲藻門、隱藻門、裸藻門等浮游植物密度,以及原生動物、輪蟲、枝角類、橈足類等浮游動物密度。

c.底棲動物。 底棲動物采樣方法依照《流域水生態(tài)環(huán)境質量監(jiān)測與評價技術指南(試行)》[5](2017 年)和《底棲動物與河流生態(tài)評價》[6]進行,調查底棲動物的種類。

d.魚類。 采用撒地籠網的方法捕撈魚類標本并拍照留存,調查結束后將魚放回水體。 同時結合訪問市民、實地考察等方法,調查魚類的種類。

e.鳥類。 采用樣線法[7]利用雙筒望遠鏡進行鳥類觀測,并拍照留存,同時結合訪問市民、實地考察等方法,調查鳥類的種類。

1.2 模型建立

采用MIKE21 模型構建北京溫榆河公園清河—溫榆河水系的水動力模型,模擬并研究不同水位情況下水深對應的水域面積、流速情況,分析水位變化情況下的生物多樣性。

以清河沈家墳閘至溫榆河辛堡閘段水系為研究目標,根據北京市水利規(guī)劃設計研究院地形數據進行模型搭建,建模范圍包括2 條河道,即溫榆河(魯疃閘—辛堡閘)、清河(沈家墳閘—入溫榆河口);1 座控制性建筑物,即溫榆河辛堡閘。 模型邊界共有3 處,溫榆河魯疃閘及清河沈家墳閘為入流邊界,溫榆河辛堡閘為出流邊界。 分別模擬22.5m、23.0m、24.0m、25.0m 水位情況下的水深和流速。

2 不同水位條件下不同水深對應的水域面積

綜合考慮鳥類、魚類、水生植物等對水深的需求,宜營造0 ～0.2m、0.2 ～0.5m、0.5 ～1.0m、1.0 ～1.5m、1.5m 以上等不同水深環(huán)境,且應以1.5m 以下淺水水域為主。

結合MIKE21 模型模擬結果,辛堡閘不同水位條件下不同水深對應的水域面積見表1。 由表1 可知,隨著水位升高,1.5m 以上深水區(qū)域顯著增加,1.5m 以下淺水區(qū)域減少;水位22.5m 時對應的1.5m 以下淺水環(huán)境最豐富,占比79.23%。 分析水深1.5m 以下淺水水域面積變化,與水位22.5m 時相比,水位23.0m 時對應的水深0 ～0.2m、0.5 ～1.0m 水域面積減少較多,水深0.2 ～0.5m、1.0 ～1.5m 水域面積變化不大;水位24.0m 時對應的水深0 ～0.2m、0.5 ～1.0m、1.0 ～1.5m水域面積明顯減少,0.2 ～0.5m 水域面積變化不大;水位25.0m 時對應的水深0 ～0.2m、0.5 ～1.0m、1.0 ～1.5m 水域面積明顯減少,0.2 ～0.5m 水域面積增加,新增水域面積主要是沙子營閘下游農田及溫榆河沿線灘涂。

表1 辛堡閘不同水位條件下不同水深對應的水域面積單位:hm2

3 不同水位流速分析

基于現場調查及MIKE21 模型模擬結果,辛堡閘不同水位條件下不同流速對應的水域面積見表2,由表2 可知,隨著水位升高,流速小于0.1m/s 的緩流區(qū)域增加,流速大于0.2m/s 以上的水域面積減少。 與22.5m 時相比不同水位條件下不同流速對應的水域面積變化比例見圖1,由圖1 可知,與辛堡閘水位22.5m時相比,水位23.0m 時,流速0 ～0.2m/s 對應的水域面積增加30%左右,流速大于0.2m/s 對應的水域面積減少30%左右;水位24.0m 時,流速0 ～0.1m/s 對應的水域面積增加80%左右,流速大于0.1m/s 對應的水域面積減少70% 左右;水位25.0m 時,流速0 ～0.1m/s 對應的水域面積增加120% 左右,流速大于0.1m/s 對應的水域面積減少70%左右。 當辛堡閘水位從22.5m 提高至25.0m 時流速降低,不利于形成“流動的河”。

圖1 與22.5m 時相比不同水位條件下不同流速對應的水域面積變化比例

表2 辛堡閘不同水位條件下不同流速對應的水域面積單位:hm2

4 水位變化對生物多樣性的影響分析

4.1 水位變化對水生植物種類的影響分析

經調查,水位25.0m 以下主要有29 科67 屬71 種植物,其中14 種分布較廣,包括蘆葦、葎草、豬殃殃、石龍芮、酸模葉蓼、皺葉酸模、香蒲、水蔥、金魚藻等。 在長期維持25.0m 水位后,沙子營閘以下河段區(qū)域淹沒較深,僅有蘆葦、茭白及部分沉水植物存活,多年生植物根部有少量存活并開始萌芽,一年生植物全部死亡,禾本科、蒼耳等植物開始重新萌芽;其余區(qū)域淹沒較淺,植物少量枯萎,大部分存活,影響較小。

結合水生植物生長特性,沉水植物萌發(fā)、生長期水深宜控制在1.0m 以內,根據水體透明度適當調整;沉水植物正常生長期最大水深也應控制在2.0m 以內。為保障“草型水生生態(tài)系統(tǒng)”,宜在3—8 月營造更多水深小于1.0m 的水域,建議辛堡閘水位控制在23.0 ～24.0m 之間。

4.2 水位變化對浮游類生物種類的影響分析

4.2.1 對浮游植物種類的影響

經調查,蓄水前后,浮游植物種類、數量整體呈上升趨勢,物種數變多,其中硅藻門和綠藻門種類數占比較大。 浮游植物密度也呈上升趨勢,魯疃閘上游超過3000 萬個/L。 蓄水后,溫榆河河段藍藻門浮游植物密度快速升高,藍藻易在高溫、強光、靜水、富含營養(yǎng)物質的條件下快速、大量生長,氮磷等營養(yǎng)元素均會影響藻類的光合作用,影響藻類的生長狀況,一般反應機理如下:

而造成藻類水華暴發(fā)的重要因素還包括氣象要素(如溫度、光等)、水文條件和浮游動物捕食等,這已得到國內外大量研究的證實。 長期維持高水位會在一定程度上為藻類快速生長創(chuàng)造條件,造成浮游植物大量增殖。 蓄水前后浮游植物密度變化見圖2。

圖2 蓄水前后浮游植物密度變化

4.2.2 對浮游動物種類的影響

蓄水后,浮游動物種類、數量整體上呈下降趨勢。溫榆河河段浮游動物種類先升高后降低;清河浮游動物密度顯著低于溫榆河,輪蟲為優(yōu)勢物種。 溫榆河辛堡閘附近,浮游動物密度出現先上升后下降的趨勢,蓄水過程中,浮游動物密度曾超過1500 個/L。 蓄水前后浮游動物密度變化見圖3。

圖3 蓄水前后浮游動物密度變化

浮游植物密度增加不利于水質維持,長時間蓄水易加大水華風險;浮游動物種類及密度降低總體不利于水生生物完整性及物質循環(huán);結合兩者的需要建議辛堡閘水位控制在24.0m 左右。

4.3 水位變化對底棲動物的影響分析

2021 年,溫榆河公園內有大型底棲動物56 種,隸屬于5 大類,其中寡毛類3 種,蛭類6 種,軟體動物類13 種,水生昆蟲幼蟲類32 種,甲殼類2 種。 平均物種數為7 種,平均密度為148 個/m2,整體的物種數量相對較豐富[8]。

實際調查結果顯示,蓄水后底棲動物密度總體呈增加趨勢,尤其蜉蝣目動物密度顯著增加,初步監(jiān)測到底棲動物種類及生物多樣性增加(見圖4、圖5),分析原因:?流速降低,有利于底棲動物固定;?蓄水過程中水陸交換使得營養(yǎng)物質循環(huán)進入水體,有利于底棲動物繁衍。 但長期蓄水后,隨著水深增加,底棲動物密度會降低,因此蓄水不一定有利于底棲動物多樣性的增加。 蓄水后底棲動物密度總體增加,短期蓄水利于底棲動物繁殖,建議辛堡閘水位控制在23.0m 左右。

圖4 蓄水前后底棲動物密度變化

圖5 蓄水前后底棲生物多樣性變化

圖6 辛堡閘蓄水期鳥類類群分析

4.4 水位變化對魚類的影響分析

2021 年,溫榆河公園內有魚類31 種,分屬于3 目9 科。 其中以鯉形目魚類為主,共25 種,占魚類總種數的81%;鱸形目5 種,占16%;鲇形目1 種,占3%。 監(jiān)測到有馬口魚、寬鰭鱲、黑鰭鳈3 種北京市地方二級保護水生野生動物。

本次調查到魚類有17 種,包括北京市地方二級保護水生野生動物黑鰭鳈。 監(jiān)測到魚類種類總體上較2021 年少,但考慮到魚類監(jiān)測具有隨機性,需進一步跟蹤分析。 此外,結合魚類生境及攝食情況,馬口魚相對喜歡在急流河段覓食,水域面積減少可能影響馬口魚類攝食活動;寬鰭鱲生活河段通常河水較清澈,底質多為砂礫石、鵝卵石或泥沙等,且繁殖期(主要集中在4—7 月)喜歡流態(tài)較急水域。 綜合考慮魚類適宜生境,建議辛堡閘水位維持在23.0m 左右。

4.5 水位變化對鳥類的影響分析

北京市鳥類豐富度最高的時段集中在春秋兩季[9],其中4—5 月是北京市多數繁殖鳥類筑巢繁殖的時段,也是大量候鳥過境的關鍵時期,鳥類多樣性對棲息地產生了較大需求[10]。

本次調查共記錄到鳥類97 種,其中國家二級保護鳥類8 種,為鴛鴦、鳳頭蜂鷹、鵲鷂、黑鳶、短耳鸮、紅隼、紅腳隼、燕隼。 蓄水1 個月內4 次調查顯示鳥類種類未發(fā)生顯著變化,平均值為58 種,數量略有減少。從鳥類的生態(tài)類群進行分析,本區(qū)域鳥類以鳴禽為主,占57.58%,排在其次的則為游禽(鴨科、鸕鶿科、科、鷺科)和涉禽(秧雞科、鸻科、鷸科),均為水鳥,總計占鳥類種數的21.32%,此外這一地區(qū)的猛禽數量也相對較多,日行性猛禽(鷹科、隼科)與夜行性猛禽(鴟鸮科)均有所分布。 辛堡閘蓄水期鳥類類群分析見圖5。

在2022 年5 月溫榆河辛堡閘蓄水期鳥類監(jiān)測表明,本區(qū)域在22.5 ～25.0m 水位波動中,鳥類多樣性和群落組成未發(fā)生明顯變化。 建議維持水位至22.5 ～23.5m,增加河道內淺水淺灘面積,營造更多洲心島、淺灘生境,供雁鴨類停歇、覓食和棲息。

5 結 語

2022 年辛堡閘蓄水后,對水位變化情況下溫榆河公園內水生植物、浮游生物、底棲動物、魚類、鳥類等生物多樣性進行了調查與分析。 本文基于表象監(jiān)測、水文模擬和對生物習性的綜合分析,提出辛堡閘建議水位控制深度。 綜合來看,在生境、生物等因素影響下,非防洪調度時期辛堡閘水位維持在23.5m 左右,可最大可能維持生物多樣性。

本文為北京市春季時的調查數據,由于北京市各個季節(jié)生物種類不同,水位對生物多樣性的影響存在季節(jié)性差異,汛期時公園內水位根據防洪需求進行調度,建議進一步研究秋季及冬季非汛期的適宜水位,以及不同水位對防洪調度、水質情況、公園內溝渠蓄水情況等的影響,綜合確定溫榆河公園運行管理時的調度水位。