海城河生态修复效果研究

赵庆营

(海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

0 引 言

海城河位于辽东半岛中部偏北、东北平原南部，属浑河水系太子河支流。河源分东、西两岔，两岔于海城市析木镇汇合，自东南向西北流经析木、牌楼、马风、八里、响堂管理区、海州管理区、兴海管理区、验军管理区、西柳、中小、东四等镇，于牛庄镇的西小姐庙注入太子河，河长91.8km，总面积1344km2。为促进绿色、科技、人文城市发展，海城市被定为城市生态保护平整与绿色生态走廊，对推动海城市水生态文明建设及可持续发展意义重大。然而，海城河面临着水生态功能退化、水污染加剧、河道断流、水资源短缺等生态环境问题，极大的制约着沿岸经济社会的发展和河流生态服务价值的发挥。近年来，海城河生态修复与保护逐渐引起海城市政府的高度重视，于2016-2018年建设实施海城河(城市段)16.8km的绿色生态发展带工程，采取清淤疏浚、堤岸修复、沟道治理等措施改善河流生态。

河流生态修复是利用各种工程技术、化学修复以及物理修复措施，以生物修复为基础的生态修复过程，逐步去除或缓解河流生态系统受人类生产活动的负面影响，实现水利工程的近自然化和河流生态系统功能价值的提升。由于河流生态修复效果、控制目标以及生态环境问题的差异，有必要科学评价生态修复效果以合理选择最佳的方案[1-3]。

1 河流生态服务价值分类

根据河流生态系统提供服务的效用、机制和“千年生态系统评估”报告，以供给、调节、文化、支持4大功能合理分解海城河生态系统服务价值。目前，享乐价格法、资产价值法、旅行费用法、影子工程法、恢复与防护费用法、机会成本法、替代成本法等为评估生态服务价值较为常用的方法。

1.1 供给服务

1)水利发电：将位于高位能的湖泊、河流等水流降至低位以转变成水轮机的动能，并利用水轮机作为原电机带动发电机产生电能。河流水力发电的量化载体和价值表现形式是水电站的发电量，而水资源位能变换属于其功能价值的基础。一般地，可以利用水力发电价格乘以发电总量来计算水力发电价值。

2)渔业生产：在池塘、河流、水库中种植莲藕等水生植物或养殖鱼类，能够提供居民所需的各类水产品以及增加河流的景观价值，水生花卉、观光休闲渔业可在一定程度上促进旅游业的发展[4]。采用市场价值法评估渔业生产价值，即利用市场价值乘以捕获水产品量评估。

3)供水功能：河流作为保持和贮存淡水的重要场所属人类最主要的淡水水源，在为动植物生长、人类生活提供代谢用水和饮用水的同时，更为生态环境、工业生产和农业灌溉等提供用水保障。根据市场价值法评价河流水的供给功能，确定考核指标为各类用水量，利用现行水价准确反映供水价值[5]。

1.2 调节服务

1)大气调节：为获取生长发育必需的养分河岸带的各种湿生植物、河道内的原生藻类和浮游植物等，通过光合作用释放O2、固定CO2，从而发挥调节大气组分的功能。将释氧价值和固碳价值利用造林成本法计算以衡量大气调节功能，即以造林成本乘以释放O2或者固定CO2的量。

2)净化功能：通过氧化还原、扩散、过滤、吸附、稀释等一系列生物化学和物理反应，河流生态系统能够净化排入河流中的生活污水、工业废水等污染物。文章利用替代工程法来计算河流的净化功能价值，即考虑污染物处理成本河流的纳污能力综合确定。

3)河流输沙：河流具有疏通河道、冲刷河床上淤积物和运移泥沙的作用，大量沉积的泥沙将抬高河床，水流速度放缓，并大大降低河流的洪水调蓄功能。结合实际情况，可利用人工清洁河道成本费乘以河流年输沙量来确定。

4)调蓄洪水：实际上，水系统的循环过程就包括洪水的调蓄，能够起到减轻洪水威胁的调节作用。河流湿地存在强大的蓄水与渗透能力，能够弱化洪水冲击力、消减洪峰和减缓洪水流速。调蓄功能价值利用替代工程法确定，综合考虑单位水库库容总价、河道洪水调蓄能力和水库确定。

5)水资源存贮：河流作为一种天然容器，在为人类提供用水的同时还起着存贮水源、调节与补充地下水水量及周边湿地径流的作用，对于维持区域水资源总量的平衡发挥着关键作用。文章利用替代工程法计算水资源贮水功能价值，按照单位需水量库容成本乘以水资源总量来衡量。

1.3 文化服务

1)水文化传承功能：生态文化是反映人与社会、自然与社会、人与自然之间和谐发展及和睦相处的一种社会文化，和谐的生态文化是社会繁荣、生活文明的标志，也是社会进步和生产力发达的产物。采用条件价值法，即将每户人口支付意愿金额乘以区域内人口数获取水文化传承功能价值。

2)水景观功能：陆地-水体的镶嵌格局决定了河流生态系统的景观特异性，该系统兼具动态属性，下游湿地景观与上游森林草地景观结合、陆地与水生生态系统结合使其具有景观多样性。文章全面考虑房地产总面积与增值总量，利用支付意愿法计算水景观功能价值。

3)游憩功能：河流生态系统可为人类提供缓解压力、消除疲劳、有益健康的娱乐场所和休闲功能，稳固的岸体与流动的水体构成了动、静和谐统一的河流景观，给人们以精神上的美观体验和视觉上的美学享受。根据市场价值法和各区县旅游部门统计的数据计算旅游总价值，并考虑各旅游风景区内游客的消费总数衡量河流生态系统的游憩功能。

1.4 支持服务

水生态系统作为生命起源地为各类生物生存提供支持服务，具有较高的提供生物生境的价值，对于有重要经济及科学研究价值的国家一级、二级、三级生物物种的保护具有更重要的意义。

对保护生物多样性的价值可利用支付意愿法计算，从而衡量河流系统的支付服务，即以保护物种的物种数乘以其支付意愿来确定。

2 海城河生态服务价值演化规律

结合河道特征及河流流经区域将海城河划分为3段，即八里镇上游山峡段、响塘至验军管理区城市段、西柳至太子河郊野段。根据海城河生态功能区划，对海城河的生态服务价值按郊野段、城市段、山峡段分别计算。

2.1 山峡段生态服务价值

总体上，海城河山峡段1988-2019年的生态服务价值呈不断减少的变化特征，2019年总生态服务价值(76.81亿元)较1988年(120.46亿元)减少了43.65亿元，波动幅度达到36.24%，如图1。研究期间，海城河山峡段的支持、文化和供给功能服务价值降低了51.3%、51.4%和88.5%，而调节功能增加了6.5%。

图1 山峡段生态服务价值变化特征

2.2 城市段生态服务价值

整体上，海城河城市段1988-2019年的生态服务价值呈逐渐减少的变化趋势，2019年总生态服务价值(93.51亿元)较1988年(152.71亿元)减少了59.20亿元，波动幅度达到38.77%，如图2。研究期间，海城河城市段段的支持、文化和供给功能服务价值降低了52.6%、52.6%和65.9%，而调节功能增加了8.3%。

图2 城市段生态服务价值变化特征

2.3 郊野段生态服务价值

总体上，海城河郊野段1988-2019年的生态服务价值呈逐渐减少的变化趋势，2019年总生态服务价值(37.18亿元)较1988年(53.46亿元)减少了59.20亿元，波动幅度达到30.45%，如图3。研究期间，海城河城市段段的支持、文化和供给功能服务价值降低了60.4%、62.2%和18.8%，而调节功能增加了4.7%。

图3 郊野段生态服务价值变化特征

3 河流生态修复目标

3.1 分析方法

河流生态修复方向在很大程度上取决于生态修复的目标，生态服务功能应与生态目标的选取相对应，从而达到修复措施改善与提升生态服务功能的目标。从文化传承、生态安全与水安全3个角度筛选生态修复目标，其中改善水体质量和扩大水面面积有利于提升支持服务、水景观、游憩娱乐、净化和调蓄洪水功能；湿地修复与植被恢复有利于增强大气调节、河流净化功能，而明确河流文化保护目标有利于改善水文化、水景观和打造游憩休闲场所。

3.2 确定目标

1988-2019年，随时空变化海城河生态服务价值均表现出不断减少的趋势，现阶段急需采取有效的措施修复河流生态环境[6]。文章深入分析了海城河流域演变规律、生态功能及系统结构，通过综合调研流域自然、经济与社会复合的生态系统特征，提出海城河2025年、2030年生态修复时间节点及其目标，结合相关数据资料对海城河生态修复目标值进行研究测算，如表1。

表1 海城河生态修复目标

3.3 修复效果

根据2010年海城河生态服务功能价值百分比和我国陆地生态系统服务价值当量表，通过适当的调整生成海城河生态系统服务价值单位面积当量表。生态环境与水资源受影响因素较多，且不同因素间存在因果或相关关系。考虑到无法用精准的函数描述不同环境要素之间的复杂关系，本研究对生态修复产生的未来效果利用回归分析法评估与预测。回归分析法是依据历史资料或实际数据，结合系统现状及其过去发展规律利用科学的方法探索系统的内在规律，从而实现对系统未来的变化趋势进行预测与评估。

设自变量、因变量为土地利用类型和生态系统服务总价值，并结合海城河生态系统服务价值表构造多元线性回归方程，如下：

TVF=26112.4F1+2712.4G2+1587.6L3+
180172.4W4+658X5+2057120

(1)

式中：TVF为海城河生态系统服务总价值，万元；F1、G2、L3、W4、X5为林地、草地、耕地、水域和其他面积，km2。

采用线性规划技术和海城河生态系统服务价值模型，通过监测土地利用类型变化评估生态服务价值的变化，从而为流域水资源配置、生态修复技术方案优化以及土地利用类型面积优化提供科学依据。2025年和2030年海城河水面修复实现了65%、85%的河道有水，按河道占总面积的百分比来分析，2025年、2030年的水域面积占研究区总的21%和30%；2025年和2030年的林地修复目标为林地占河道两侧的60%、70%，而实际占比达到42%和45%；2025年和2030年的草地修复目标为草地占总面积的2%、3%；2020年、2030年耕地面积均减少25以上，耕地面积从2019年的9%减少至2025年的7%，进而减少至2030年的2%，如表2。

表2 海城河土地利用类型所占比例 %

2025年、2030年海城河修复后的生态服务价值利用生态修复模型和修复目标计算，依次为166.78亿元和127.24亿元，较2019年增加54.6%、102.6%，如表3。

表3 海城河生态系统服务价值 km2

4 结 论

文章从支持、文化、调节和供给4大功能合理分析了海城河生态系统服务功能，并利用生态服务价值评价方法揭示了海城河生态服务演化规律，得出的主要结论如下：

1)海城河山峡段，2019年总生态服务价值(76.81亿元)较1988年(120.46亿元)减少了43.65亿元，波动幅度达到36.24%；海城河城市段，2019年总生态服务价值(93.51亿元)较1988年(152.71亿元)减少了59.20亿元，波动幅度达到38.77%；海城河郊野段，2019年总生态服务价值(37.18亿元)较1988年(53.46亿元)减少了59.20亿元，波动幅度达到30.45%。

2)依据生态修复模型和修复目标计算修复后的生态服务价值，2025年和2030年的生态服务价值依次为166.78亿元和127.24亿元，较2019年增加54.6%、102.6%。

3)海城河生态服务价值最关键的影响因素包括水域面积、水资源量，鉴于海城河生态服务价值受水域面积的显著影响，提出恢复海城河水文化传承服务价值、提升生态修复效果最有效的措施有增加河道水域面积、构建多处人工湿地等。