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流域水生态修复工程优先排序方法

文章出处:北极星责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-05-19 08:26:00【

流域生态修复工程包含若干修复项目,流域内干支流有大量的修复项目备选,但是由于受到资金、效益、技术可行性、水资源禀赋和土地利用等条件限制,只有部分甚至少量项目能够列入规划。因此需要制定流域生态修复工程优先排序规划。

5.4.1 优先排序规划

制定生态修复工程项目优先排序规划十分重要。首先,修复项目的先后顺序要符合生态修复规律。因为有些修复项目的成功取决于另一个项目的完成。例如,一个位于大坝上游洄游鱼类栖息地修复项目,取决于这个大坝的拆除或鱼道增建,障碍物处理项目就应优于其上游栖息地修复项目。其次,合理的修复项目排序,可以遴选生态效益高的项目,淘汰生态效益低的项目,使资金利用更为有效。最后,优先排序明确了项目的轻重缓急,流域内的重大生态修复工程可以分期实施。

流域或区域生态修复工程优先排序,要遵循科学的方法,既要反映生态修复的自然规律,又能符合资金合理使用的经济规律。优先排序方法有多种,可以采用简单计算方法也可以采用计算机模型。

1.修复工程类型、目标、指标

生态修复工程类型不同,采用的优先排序准则不同。所以,制定生态修复工程优先排序规划,首先要明确生态修复工程的类型、目标和指标。表1列出了几种生态修复工程的目标和考核指标。举例说明,表中“河流生态系统保护与修复”是一种全面、综合的修复工程,目标是河流生态系统完整性恢复,涉及的指标包括水文指标,水质指标,河流地貌形态指标,河势稳定性指标。表中“恢复和保护濒危洄游鱼类”修复工程,目标相对单纯,主要是恢复河流连通性,指标包括流域地形地貌指标;洄游障碍物指标;洄游鱼类及其洄游习性指标;指标数量相对较少。再如“风景旅游区生态保护与修复”工程,目标是“提升生态景观美学价值”,涉及的指标不但有生态服务指标,而且包括旅游经济指标,优先排序时还要权衡造价/效益关系。附带说明,表5-4-1中涉及的各类指标及计算方法,在本书的相关章节中都有阐述。例如,水文指标包括5种水文组分:水量、频率、时机、延续时间和过程变化率,共33项参数,详见4.2.6节。栖息地评价指标包括水文特征、水质特征、生物特征、地貌形态特征和社会经济共6类,共34个参数,详见3.2.5节。当然,在进行优先排序时,不需要采用全部指标,只需要选取带有标志性的部分指标,这样可以简化计算工作。

表 修复工程类型与目标对照表

2.时空尺度

在制定优先排序规划时,可以把生态修复工程分为3类,不同类型的工程规划尺度不同。一类是河流生态系统完整性恢复,涉及水文、水质、地貌和生物多样性的全面保护与修复,应该在全流域范围内,对于各重点河段修复项目进行优先排序。第二类是专项修复工程,如河道内栖息地修复与加强项目、城市生态环境综合治理等,可以在流域范围或区域范围内,分别对不同河段和不同城镇项目进行优先排序。第三类修复工程是河流连通性恢复、濒危洄游鱼类保护与恢复等工程,因涉及水系、干支流关系,应该在流域范围对河流闸坝和其他障碍物的拆除、改建和改善调度项目进行优先排序。

编制优先排序规划,需要确定规划现状基准年和规划水平年。影响时间尺度的因素包括资金投入、项目规模、技术复杂性以及各个项目间的关联性。另外项目完成与实际效果还存在时间滞后现象。例如,鱼道工程或者鱼类洄游障碍物拆除项目,一般在项目完成后即可见效。但是像河滨带植被修复项目就需要多年方可见效。在这种情况下,应在优先排序规划中说明项目全部效益达到所需的年限。

5.4.2 优先排序准则

编制生态修复工程优先排序规划,需要先确定优先排序准则。优先排序准则应根据工程性质、特征和自然禀赋等条件,因地制宜地确定。以下列举5项可供参考。

1.有效性

如果一个修复项目能够促使生物多样性改善和提升;促进栖息地发生长期良性变化,栖息地面积得到恢复,质量能够持续改善;能够保护和恢复濒危鱼类或其他生物;而且项目成功的可能性较大;那么这个项目就应该取得优先地位。例如美国北部鲑鱼恢复计划优先排序,按照有效性(持久性、成功可能性、栖息地变化、鱼类丰度增加的可能性)原则编制。

2.栖息地适宜性

在流域内会有诸多备选的栖息地修复项目。依据保护物种栖息地适宜性评估(见3.2.5节)结果,识别适宜性评分较高的栖息地项目。再应用历史资料数据,计算当前栖息地损失比例,得到可恢复的栖息地面积。显然,适宜性高且恢复面积大的项目,应该获得较高级别的排序。“生命周期模型”是更精确的栖息地适宜性评估方法(Reevel et al 1989)。这种方法针对特定保护鱼类,识别生命周期中,哪个生命阶段以及何种类型栖息地是这种鱼类生产力的瓶颈。这样,优先修复这类栖息地就是顺理成章的事。

3. 效益/投资分析

通过同类修复项目的效益/投资分析,效益高的项目应获得较高级别的排序。在效益分析方面,生态修复工程与传统水利工程不同,其效益估算比较复杂。生态修复工程效益主要体现为生态系统服务效益。在本书1.4.2节介绍了生态系统服务价值定量化方法,包括市场定价法、预防成本法、置换成本法、机会成本法等。

4.自然保护区

依据《中华人民共和国自然保护区条例》的定义,国家级自然保护区是“对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域,依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域”。截止2016年5月,已经批准设立的国家级自然保护区共447处,其中包含不少珍稀濒危野生水生生物及其栖息地。特别是长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区是一个地跨四川、贵州、云南、重庆四省(市)的国家级自然保护区,范围大,保护目标明确。另外还设有专门针对白鱀豚、大鲵、鳄蜥和细鳞鲑等珍稀、特有水生动物保护的国家级自然保护区。在修复项目优先排序时,位于自然保护区的项目应予优先级别。

5.预期物种多样性、鱼类生产力和栖息地面积

按照预期鱼类物种多样性增加值;从该项目受益的稀有、濒危物种数目;修复栖息地面积恢复程度等指标优先排序。也可以采用预期鱼类密度、渔业生产力提高、单位鱼类产量所需资金投入等生产力指标进行优先排序。

5.4.3多准则优先排序法

1.排序准则

按照相关法律法规和技术标准,结合规划流域的具体情况,参照5.2.4节内容,从中选择若干优先排序准则。作为示例,表5-4-2显示在流域范围内河道内栖息地修复与加强工程项目优先排序准则。共选择了4项准则:栖息地预期质量综合评价(见3.2.5节);深潭-浅滩序列数量(见3-1-1节);预期物种多样性评价(见1.2.4节);预期恢复历史栖息地比例。

表 河道内栖息地修复

2.等级计分法

把每项准则的评价结果,划分成若干等级,按照不同等级计分。计分制可以选取1-4,1-5等。但是要求各项准则都选用相同的计分制。每个修复项目计分累计相加得到总分,也称优先排序指数PI(prioritization index)。

PI=∑i=1((PI)i) (5-4-1)

式中,PI-优先排序指数;(PI)i-等级计分值;n-准则数目。

实际上,各项计分代表各项准则的权重。在等级计分法中,对于权重有两种处理方法。一种是权重相同,另一种为突出重要的准则,预设较大的权重。

把计算结果PI值分为若干等级(如5级),分别代表排序最高、很高、高、中等和低。把排序分级标注在流域地图上,就得到流域生态修复工程项目优先排序分布图。最后,在优先排序的基础上,依靠专家判断和专业知识完成修复项目优先排序规划。

作为算例,表5-4-2中各项准则评价采用5级,计分制为1~5。各计分累计相加得到总分,即优先排序指数PI,最大可能PI值为20。假设算例4项准则计分分别为(PI)1=4、(PI)2=3、(PI)3=2、(PI)4=4,则PI=13。在该算例中,为突出栖息地预期质量准则,可以把(PI)1扩大2倍处理,(PI)1×2=8,则PI=17。这样就可以把预期栖息地质量较高的项目排到较为优先的位置。最后把排序等级划分为:最高(PI>14),很高(PI=9-14),高(PI=7-9),中等(PI=3-7),低(1-3)。

5-4-1链接

多瑙河鱼类洄游连通性恢复规划

多瑙河是欧洲第二大河。它发源于德国西南部,自西向东流经10个国家,最后注入黑海。多瑙河全长2850千米,流域面积约817,000km2,河口年平均流量6430m3/s,多年平均径流量2030亿m3。多瑙河支流众多,形成了密集的水网,成为众多鱼类种群的栖息地。60多年来,干流已建和在建水电站共38座,总装机容量5023MW,水能开发利用率为65%。加上船闸等通航建筑物,多瑙河干流共有56座鱼类洄游障碍物。在多瑙河的600多条支流上也建设了大批水电站和其他建筑物,具统计,分布在多瑙河干流以及主要支流上(流域面积>4000km2)的鱼类障碍物和栖息地连通障碍物共900多座。

多瑙河干支流上的障碍物对于长距离洄游鱼类如鲟鱼、西鲱鱼造成十分不利的影响。这些鱼类从黑海溯流而上,洄游数千公里到达多瑙河及其支流的上游地区产卵,但是中途遇到阻隔,特别是位于中游-下游交界处的铁门水电站影响甚大。对于中等距离洄游鱼类(>200km)如鲷鱼、乌鲂、小体鲟、赤梢鱼属、马鲅、软口鱼属、哲罗鱼和鳕鱼,由于障碍物阻隔,洄游也受到相当程度的影响。

多瑙河生态状况不能满足欧盟水框架指令(WFD)的环境要求,拆除鱼类洄游障碍物和设施是改善河流鱼类种群生态健康的关键,恢复流域连通性成为最主要的生态修复行动。多瑙河国际合作委员会(ICDDR)与流域各国合作,完成了多瑙河流域管理规划(DRBMP)。由于河道洄游障碍物数量大,而资金、土地、技术等资源有限,这就需要对于大量的障碍物进行优先排序,按照轻重缓急进行遴选,以此为基础制定连通性恢复行动计划,成为DRBMP的一个组成部分。优先排序采取改良的多准则多权重分级计分系统,用优先排序指数PI表示(Schmuts & Trautweis 2009)。

为保证连通性恢复工程的生态效果,建立了5种准则,反映洄游鱼类的特殊需求(表5-4-3)。这5项准则分别是:①洄游鱼类栖息地准则。恢复河流连通性首先要满足长距离洄游鱼类在干流洄游,其次满足长距离洄游鱼类在支流洄游,然后满足中等距离洄游鱼类洄游需求,至于短距离洄游鱼类则排序最后。②第一障碍物准则。鱼类从黑海溯源向多瑙河干流及其支流上游洄游产卵,多瑙河干流是长距离洄游鱼类的主要通道。所以位于多瑙河干流的河道障碍物,应给予较高排序。如果河道有多座障碍物,则处于靠下游位置的障碍物应获得比靠上游障碍物相对较高的排序。显然,最高级别的排序给予多瑙河干流最下游的障碍物,这是因为只有最下游的障碍物清除了,对于其上游的栖息地,无论对于长距离洄游还是中等距离洄游鱼类才能有效。③距河口距离准则。障碍物距离河口越近排序越高,反之排序等级越低。④重新连通栖息地长度准则。恢复连通后较长的河流栖息地赋予较高计分,具体按照河段尺度划分等级。⑤保护区准则。如果障碍物位于欧洲保护自然2000网范围内(European Natura 2000 network),就会赋予较高的权重。每项准则都划分为若干计分等级。按照改良的多准则多权重分级计分方法,每个障碍物的优先排序指数PI按照下式计算:

PI =M×(1+ F + D + L+ P) (5-4-2)

式中:M-洄游鱼类栖息地计分;F-第一障碍物计分;D-距河口距离计分;L-重新连通栖息地长度计分;P-保护区计分。

表多奈何鱼类会有障碍物

式(5-4-3)体现了改良的多准则多权重分级计分系统的设计原则。首先,为恢复连通性遴选出5项准则,但是5项准则并非是并列的,其中洄游鱼类栖息地准则是最重要的准则,高于其他4项。反映在公式中,洄游栖息地计分M是基础值,其他4项表示为权重。这种算法能够保证在干流阻隔长距离洄游鱼类的障碍物PI值高于支流,也高于妨碍中等距离洄游鱼类障碍物的PI值。其次,在各项准则中计分分级不同,使不同准则的权重有所区别。即M=0~4;F=0~2;D=0~3;L=0~2;P=0~1。按照式(5-4-2)计算,PI的最大可能值是36,最小值为0(位于河源)。把PI值分为5级,即最高(PI>13),很高(PI=10-12),高(PI=7-9),中等(PI=4-6),低(1-3)。在流域地图上标出每个障碍物的PI值,就可以清楚了解多瑙河连通性恢复项目的优先排序(图5-4-1)。从图中可以发现,处于多瑙河下游的障碍物获得最高排序,PI>20,其次,妨碍长距离洄游鱼类的障碍物排序也较高(PI=8-10)。在长距离洄游鱼类障碍物中,位于德国巴伐利亚州河段障碍物较奥地利PI较高,这是因为前者的重新连通栖息地长度较长(L值),而且位于欧洲自然保护2000网内(P值)。支流障碍物距河口较近的PI值明显高于靠上游的障碍物。总体上,流域内671处参与排序障碍物中,有29处为最优先排序,99处获得中等排序,543处获得低等级排序。另外还有超过1/4障碍物目前没有参与恢复连通性排序(PI=0),这些障碍物或位于河源或位于人工渠道。流域内关键问题是位于多瑙河干流中游-下游间的铁门水电站Ⅰ、Ⅱ级(Ⅰ级水电站坝高60.6m,库容27.7亿m3,装机容量205万千瓦;Ⅱ级水电站水头8米,装机容量43.2万千瓦),因其阻隔作用使多瑙河最重要的鲟鱼沦为濒危物种,成为流域内最严重的生态胁迫,直接影响了区域的渔业生产。多瑙河流域管理规划(DRBMP)要求下一步开展铁门水电站大坝改建可行性规划,目标是允许洄游鱼类特别是鲟鱼能够自由洄游。

优先排序提供了一种指导性意见,至于在什么位置以及什么时候开展连通性恢复工程,那将取决于建设鱼道或者拆除障碍物的技术可能性;也涉及投资和国家生态修复规划。2015年多瑙河流域国家确定的108项帮助洄游鱼类项目开工建设。在欧盟水框架指令WFD 第二期(2021年)和三期(2027年)期间,将对600余项目进行权衡,其中一些洄游障碍物由于技术问题和不成比例的造价问题将不被拆除。

图 多瑙河洄游鱼类障碍物


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