河流生态系统不仅直接提供了生物生存所需要的资源，同时在调节局地气候、缓解旱涝以及降解污染物质方面也具有重要作用。人类生产生活对河流生态系统具有直接的影响^[1]，不合理的开发利用降低了其生态服务功能。国外学者很早开始对河流生态系统服务功能进行研究，欧洲和美国较早地开展了河流质量状况的监测工作。随后，澳大利亚和南非等也在相关方面进行了大量研究^[2-4]。国内起步较晚，目前研究主要集中在太湖流域、海河流域和辽河流域等^[5-7]。总体来看，河流水生态质量评价常用的方法为指示物种法和多指标评价法^[8]。指示物种法主要通过水体中指示生物种群结构等属性在环境胁迫下发生的差异变化，来表征河流生态系统的健康程度。该方法相对简单、可操作性强，在国外应用广泛。Wan等^[9]和Lin等^[10]基于浮游生物对水体的敏感性构建了生物完整性浮游指数（planktonic index of biotic integrity，P-IBI），分别对渭河流域和九龙江北溪的水生态质量状况进行了评价。但该方法的缺点在于仅参照某种指示性物种生物量的变化对河流进行评价，当河流受损状况不能及时反映到该物种上时，评价结果不具有参考性。多指标评价法是运用一系列水文、水质和水生物多样性等多种指标全方位综合评价河流生态质量状况，因其强综合性和易量化的特点，成为当前河流水生态评价的常用方法。徐菲等^[11]通过从水域和陆域两方面构建了生境结构、水生生物、生态压力评价指标体系，对北京市白河和潮河流域进行了质量状况评价。鲍艳磊等^[12]基于河流自身生态功能的基础上，从河流水质、河流水环境、河流生境和社会服务功能4个方面着手构建了评价体系，对雄安新区的河流生态质量现状进行了评价与分析。由于根据特定的研究区所构建的指标体系不能在其他案例中直接使用，所以该评价方法也具有一定限制。同时，在评价指标选取和指标信息整合的过程中也存在信息重叠或弱化的现象^[13]。

永定河在门头沟区的分布为山峡段和平原段两部分。由于不同河段河岸环境现状不同且地表水水域功能分类存在差异，导致水环境影响因素多、水文水质时空分布变化差异大。经过近10年来的一系列水源涵养植被修复、流域综合整治等修复措施，门头沟区的水源涵养功能取得了较显著的提升。但由于对河流生态环境本底的模糊不清，在治理后仍存在着河道拥堵断流和水质不达标等现象，影响其生态服务功能的发挥。为准确了解河流的生态状况，本文开展了河流的现状调查并对其水生态质量进行了评价。根据河流的6个水文监测站点划分为6个不同河段，依次开展各河段水文水资源和河流生境结构的现场调查，并收集气候水文等数据；采用层次分析法筛选并构建了5个准则层、14项指标的水生态质量评价指标体系，来对永定河门头沟段进行水生态质量评价。根据调查结果，了解掌握河流目前的生态环境本底现状；依照评价结果，分析河流目前的水生态健康状况。最终根据调查和评价结果为河流的后期治理提出针对性水生态修复建议。

1.   研究区概况与研究方法

1.1   研究区概况

永定河位于华北西北部，是海河流域的主要水系之一，也是北京地区第一大河和北京市的重要水源地，被称为首都北京的“母亲河”。永定河北京段流经门头沟、石景山、丰台、大兴和房山5个区，主河道长约170 km，流域面积3 168 km²。其中门头沟内河流分为山峡段和平原段。山峡段由官厅水库至三家店峡谷，干流河道长92 km；平原段是由三家店至石景山长约6 km的河段，总流域面积约为1 368.03 km^2[14]。为了全方位了解河流生态质量状况的时空变化规律，本研究于2020年8月和10月对其进行了两次生态环境本底状况调查。依据水文监测站点将河流分为6段，在各河段上、中、下游以及支流分叉点依次布设采样断面。各河段分布及采样点位如图1所示。

图  1  研究区河流分段及取样点分布

Figure  1.  River section and sampling point distribution in the study area

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1.2   指标数据来源

（1）生境调查与水文资料收集

根据河流区域分段，依次开展了河道拥堵、有水情况、河岸稳定性、周围植被状况和河道阻水建筑物数量等生态本底状况的现场调查。同时以发放调查问卷的形式对各河段以河为基础开发的公园进行了群众满意度的调查。查阅《门头沟区统计年鉴》（2020）、北京市水务局《水资源公报》（2020）、北京市生态环境局《生态环境状况公报》（2020）、中国环境监测总站《全国地表水水质月报》等资料，对河道水文信息进行了收集整理。运用Arcgis和ENVI提取遥感影像数据计算河岸植被覆盖度和河道弯曲系数。

（2）水质指标采集与分析

根据地表水环境质量标准及评价的需求，共检测了10项水质指标，分为现场检测和实验室检测两种。其中现场检测包括流速、水温、pH、溶解氧（dissolved oxygen，DO）、电导率（electrical conductivity，EC）、浊度；实验室检测为高锰酸盐指数（permanganate index，PI）、氨氮（NH₃-N）和总磷（total phosphorus，TP）。在采集水样时，为了消除水质波动带来的偶然性，使用5 L水样采集器在各样点进行间隔为5 min的3次采样，采完样后将采样瓶装入低温保温箱内带回实验室进行检测。

（3）底泥样品采集与分析

采用1/40 m²彼得森底泥采集器在各样点进行两次底泥的采集（采集量为2 kg），装入塑封袋带回实验室，自然风干，过筛。基于评价的需求共检测了10项指标，其中pH采用便携多功能水质检测仪（HACH HQ40d）检测；总氮（total nitrogen，TN）、有机质（organic matter，OM）采用元素分析仪（Vario MACRO cube）检测；TP采用碱熔−钼锑抗分光光度法检测。在高温消解后采用电感耦合等离子体质谱法检测出Cu、Zn、As、Ni、Cr、Pb 6种底泥重金属含量。

（4）水生生物采集与鉴定

参照《水库渔业资源调查规范》（SL167—2014）^[15]进行了水生生物样品的采集与分析，在每个断面采集浮游生物水样，将采集的每升样品中加入15 mL鲁哥氏液进行现场固定。带回实验室后，于4 ℃下冷藏，采用虹吸法浓缩过滤。浮游动物中枝角类、桡足类用采水器采集，每个采样点采集水样10 ~ 50 L，再用25#浮游生物网过滤浓缩，得到样品后立即用40%甲醛溶液固定。最后用显微镜观察计数框计数。

大型底栖动物用1/40 m²彼得森底泥采集器进行采集，过60目筛，加10%福尔马林液固定，用显微镜观察，用计数框进行计数。

1.3   评价方法

1.3.1   评价指标体系构建

基于门头沟水源涵养区生态功能定位，即构建能够进行水源涵养、改善水文状况、调节径流量、防止河道干涸拥堵并保护可饮用水水源的森林植被，因此在选取的过程中从水源涵养的角度^[16]出发来对评价体系进行构建。在进行实际指标选取和数据分析过程中发现，文献和标准^[17]中常用的指标，不能很好地体现出永定河目前所存在的问题。本文根据河流自身特点和门头沟区发展规划选取了最具代表性的指标，并采用层次分析法构建了永定河门头沟段水生态质量评价体系。最终决定从水文水资源、河流生境结构、水体理化指标、水生生物指标和河流社会服务功能5方面构建水生态质量评价体系。

在水文水资源指标选取时考虑到水位、水温变化对河流水文的影响^[18]，本文整理各站点多年水位水温数据后发现，在河道有水不断流的情况下，各河段水位和水温与多年均值相比无明显差异。这也反映出水文水资源重点体现在河流水量和河道方面，应着重对河流水文流量和河道干涸拥堵方面进行分析研究^[19]。为避免评价指标间的信息重合，所选取的指标为流量过程维持时间和生态需水满足程度。

河流生境结构是影响水生生物群落的生物条件和水源质量的主要因素^[20]。各河段岸坡结构无较大变化，岸边均有连续植被覆盖^[21]，因此单一的岸坡结构指标不能较清楚地反映河流生境结构。河流含沙量的变化能够较好地反映研究区涵养林功能和河流生境方面的特点，但对各水文站历年数据分析可知，各河段的含沙量近乎为0，因此该指标对各河段的鉴别力较小。最终，从水生境—过渡带—河岸带的整体性角度选取了河流连通性、河道弯曲系数和河岸植被覆盖度3个评价指标。

水体理化指标包括水质和底泥两部分。水质是最直观反映水体质量状况的指标^[22]，而底泥作为水体环境的重要组成部分，是重金属和氮、磷等营养物质的重要储存区。在净化上覆水环境的同时，也作为潜在污染源存在于水环境中^[23]。因此本文所选取的水体理化指标为水质综合污染指数、沉积物营养物质生态风险指数及沉积物重金属潜在生态风险指数。

水生生物多样性是水体生态效应的时空反映，是河流质量状况的重要指标。作为水生态系统物质流与能量流传输的介质，可以反映不同时空尺度上各种物理、化学和生物对河流质量的影响。本文选用浮游生物和大型底栖动物作为指示类群，对研究区水环境状况进行评估^[24]。

考虑到门头沟区的发展规划目标是借助永定河文化价值，整体塑造提升“永定河文化”品牌形象，这就需要充分发挥永定河对沿岸居民的社会服务功能。在进行指标选取的过程中从河流安全、河流影响、河流满意度3方面进行了综合考虑，选取了防洪达标率、水体整洁程度和公众满意度作为河流社会服务功能的评价标准。选取指标如表1所示。

表  1  永定河门头沟区段评价指标计算方法

Table  1.  Calculation method of evaluation index in Mentougou section of Yongding River

准则层 Criterion layer	评估指标 Evaluation index	计算方法 Calculation method	公式说明 Formula description
水文水资源 Hydrology and water resources	流量过程维持时间[25] Flow process maintenance time (M)	M = d/Y	M为有水时间占全年时间的百分比；d为有水时间天数；Y表示全年天数 M, percentage of the time with water in the year; d, number of days with water; Y, number of days in the year
	生态需水满足度[26] Ecological water demand satisfaction (T)	T = T1/T2	T1为评估年月均径流量；T2为多年月均径流量 T1, assessed annual monthly average runoff; T2, annual average monthly runoff
河流生境结构 River habitat structure	河流连通性[26] River connectivity (W)	W = R/L	R表示河流中的障碍物数量；L表示河段长度 R, number of obstacles in the river; L, length of the reach
	河道弯曲系数[25] Meander coefficient (K)	K = L/l	l为河段的直线长度 l, straight line length of the reach
	河岸植被覆盖度[25] Riparian vegetation coverage (Fc)	Fc = （NDVI − NDVISoil）/ （NDVIVeg − NDVISoil）	NDVI为归一化差值植被指数；NDVIVeg为纯植被覆盖像元值；NDVISoil为纯裸土像元值 NDVI, normalized difference vegetation index; NDVIVeg, pixel value of fractional vegetation cover; NDVISoil, pixel value of bare soil
水体理化指标 Physical and chemical index of water	水质综合污染指数[27] Comprehensive water pollution index (I)	I = $\dfrac{1}{4} \displaystyle \sum\limits_{a = 1}^4 {\dfrac{ {O_a} }{ {S_a} } }$	选取指标为总磷、氨氮、高锰酸盐指数和溶解氧，Oa为某项指标a的实测值；Sa为某项指标a的评价标准（1） Selected indexes are TP, NH3-N, PI, and DO, Oa, measured value of index a; Sa, evaluation standard of indicator a（1）
	沉积物营养物质生态风险指数[28] Ecological risk index of sediment nutrient (PZ)	PZ = $\sqrt {\dfrac{{{{(\overline P )}^2} + P_{i\max }^2}}{2}}$, Pi = Ci/Cs	Pi为单因子指数；Ci表示评价因子i的实测值；Cs为评价因子i的评价标准值。$\overline P$是采样点的单因子指数平均值；Pimax最大单项污染指数 Pi, single factor index; Ci, measured value of the factor i; Cs, evaluation standard value of the factor i. $\overline P$, average value of single factor index of sampling point; Pimax, the maximum single pollution index
	沉积物重金属潜在生态风险指数[29] Potential ecological risk index of heavy metals in sediments (RI)	RI = $\displaystyle \sum\limits_{b = 1}^n {\left( {T_r^b \times \frac{{{f_b}}}{{f_n^b}}} \right)}$	Trb 为重金属b的毒性系数；fb是样品中重金属b的实际含量；fnb是重金属b的标准参考含量（2） Trb, toxicity coefficient of heavy metal b; fb, actual content of heavy metal b in the sample; fnb, standard reference content of heavy metal b
水生生物 Aquatic organism	浮游植物[25] Phytoplankton	显微镜观察，数据框计数 Microscope observation, data box count
	浮游动物[25] Zooplankton
	大型底栖动物多样性指数[25] Macrobenthos diversity index (H’)	H’ = −$\displaystyle \sum (U_e\ln U_e)$	Ue为第e种的个体数量占总个体数U的比例 Ue, proportion of individual number of species e to total individual number U
社会服务功能 Social service function	公众满意度 Public satisfaction (Q)	$Q = \dfrac{ { \displaystyle \sum\nolimits_{s = 1}^n ({q \cdot w_s}) } }{ {\displaystyle \sum\nolimits_{s = 1}^n {w_s} } }$	q为各类型人群的公众满意度赋分；ws为公众类型s权重。公园附近居民、北京市其他区县居民、外省居民的公众满意度权重之比为6∶4∶1 q, scores for the public satisfaction of people; Ws, public type s weight. The public satisfaction weight ratio of residents near the park, residents of Beijing other districts and counties and other provinces residents is 6∶4∶1
	防洪达标率[30] Flood control compliance rate	水文资料核实 Hydrological data verification
	水体整洁程度[31] Water cleanliness	现场采样观察 Sampling point observation
注：（1）平原段以《地表水环境质量标准》[32]（GB3838—2002）Ⅲ类作为评价标准；其余河段属于永定河山峡段以Ⅱ类作为评价标准。（2）各指标参考的标准质量含量[33]分别为：Cr为29.8 mg/kg；Ni为26.8 mg/kg；Cu为18.7 mg/kg；Zn为57.5 mg/kg；As为7.09 mg/kg；Pb为25.6 mg/kg。Notes: (1) plain section takes the Environmental Quality Standards for Surface Water[32] (GB3838−2002)Ⅲ as the evaluation standard; the other sections belong to the gorge section, taking class Ⅱ as the evaluation standard. (2) The standard reference concentrations[33] are: Cr, 29.8 mg/kg; Ni, 26.8 mg/kg; Cu, 18.7 mg/kg; Zn, 57.5 mg/kg; As, 7.09 mg/kg; Pb, 25.6 mg/kg.

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1.3.2   评价权重值

为消除主观评价和客观评价所带来的片面影响，在采用专家赋值1 ~ 9标度法的基础上，结合客观熵值法来确定指标权重，使赋值结果尽可能与实际结果接近^[8]。

（1）1 ~ 9标度法

在1 ~ 9标度法的基础上，采用专家评分结果构建判断矩阵，然后计算各个判断矩阵的最大特征根λ_max和其对应的归一化特征向量，按照一致性比率 < 0.1的标准对矩阵进行一致性检验。

一致性检验公式为：

式中：λ_max为最大特征根；n为评价对象数量；CI为一致性指标；RI为随机一致性指标；CR为一致性比率。若CR ≤ 1，表示构造的判断矩阵具有满意的一致性，否则需要对判断矩阵的元素进行调整并重新进行一致性检验。

（2）熵值法

假设有 m个指标，n个评价对象，计算步骤为：

（1） 计算各指标实测数据的标准化值（c_ij）：

（2）对指标的熵值（H_i）进行确定：

（3）计算该指标权重（w_i）：

式中：x_ij为某项指标的实测值，X_max和X_min分别表示该项指标实测值的最大值与最小值。k = 1/lnn，当b_ij = 0时，令b_ijlnb_ij = 0。

1.3.3   评价结果分级和评价标准

采用5分值5个级别的评价方法对河流各单项指标进行评价，参照国内外规范和相关文献确定各指标的定量分级标准。最终结果运用直接加权法进行计算，其计算公式如下：

式中：E为评价得分；F_i为第i项评价指标得分；W_i为第i 项评价指标权重；n为评价指标总数。将最终的评分数参照评价结果分级表进行水生态质量状况的确定。

2.   结果与分析

2.1   河流生态质量状况评价指标权重

运用Matlab和Excel分别对两种方法的权重值进行计算。由于不同河段间指标的重要程度存在差异^[25]，因此针对山峡段和平原段的特点分别赋予两种指标权重。各河段按照所属类型不同，采用相对应的权重值来对河段进行评价，如表2所示。

表  2  河流水生态质量状况评价指标权重

Table  2.  Index weight of river water ecological quality assessment

评价指标 Evaluation index	山峡段 Gorge section	平原段 Plain section	准则层 Criterion layer	山峡段 Gorge section	平原段 Plain section
流量过程持续时间 Flow process maintenance time	0.10	0.11	水文水资源 Hydrology and water resource	0.21	0.20
生态需水满足度 Ecological water demand satisfaction	0.11	0.09
河流连通性 River connectivity	0.06	0.05	河流生境结构 River habitat structure	0.15	0.13
河道弯曲系数 Meander coefficient	0.04	0.03
河岸植被覆盖度 Riparian vegetation coverage	0.05	0.05
水质综合污染指数 Comprehensive water pollution index	0.17	0.16	水体理化指标 Physical and chemical index of water	0.32	0.27
沉积物营养物质生态风险评价 Ecological risk index of sediment nutrient	0.08	0.06
沉积物重金属潜在生态风险指数 Potential ecological risk index of heavy metal in sediment	0.07	0.05
浮游植物 Phytoplankton	0.05	0.06	水生物指标 Aquatic organism	0.14	0.20
浮游动物 Zooplankton	0.04	0.06
大型底栖动物多样性指数 Macrobenthos diversity index	0.05	0.08
公众满意调查度 Public satisfaction	0.09	0.10	社会服务功能 Social service function	0.18	0.22
防洪达标率 Flood control compliance rate	0.05	0.07
水体整洁程度 Water cleanliness	0.04	0.05

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2.2   评价标准

根据代表性、科学性和适用性等原则，借鉴国内外规范和研究文献的生态质量状况评价标准，最终得到的评分标准如表3。

表  3  评价指标评分标准

Table  3.  Scoring standard of evaluation index

指标 Index		得分 Score
		5	4	3	2	1
流量过程维持时间占比 Flow process maintenance time ratio/%		≥ 74	[49,74）	[33,49）	[16,33）	< 16
生态需水满足度 Ecological water demand satisfaction/%	10月—次年5月 October−May in the following year	≥ 40	[30,40）	[20,30）	[10,20）	< 10
	6月—9月 June−September	≥ 60	[50,60）	[40,50）	[30,40）	< 30
河流连通性 River connectivity		0	（0,0.2]	（0.2,0.4]	（0.4,0.6]	> 0.6
河道弯曲系数 Meander coefficien		> 1.5	（1.4,1.5]	（1.2,1.4]	（1.1,1.2]	≤ 1.1
河岸带植被覆盖度 Riparian vegetation coverag/%		≥ 80	[60,80）	[40,60）	[20,40）	< 20
水质综合指数 Comprehensive water quality index		< 0.4	[0.4,0.7）	[0.7,1）	[1,2）	≥ 2
沉积物营养物质生态风险指数 Ecological risk index of sediment nutrient		≤ 0.7	（0.7,1]	（1,2]	（2,3]	> 3
沉积物重金属潜在生态风险指数 Potential ecological risk index of heavy metal in sediment		< 150	[150,300）	[300,600）	≥ 600	< 600
浮游植物 Phytoplankton/（104 cells·L−1）		≤ 1 000	（1 000, 2 000]	（2 000, 4 000]	（4 000, 6 000]	> 6 000
浮游动物 Zooplankton/（ind.·L−1）		≤ 2 000	（2 000, 3 000]	（3 000, 4 000]	（4 000, 5 000]	> 5 000
大型底栖动物多样性指数 Macrobenthos diversity index		≥ 4	[3,4）	[2,3）	[1,2）	< 1
公众满意度 Public satisfaction/%		≥ 90	[80,90）	[60,80）	[40,60）	< 40
防洪达标率 Flood control compliance rate/%		≥ 95	[90,95）	[85,90）	[70,85）	< 70
水体整洁程度 Cleanliness of water		清澈透明，无异味 Clear and transparent, no peculiar smell	较清澈，无异味，河水静置有少量沉淀物 Relatively clear, no peculiar smell, there is small amount of sediment in water	轻微浑浊，少量异味 Slightly cloudy, slight peculiar smell	比较浑浊，较大异味 More cloudy, more peculiar smell	很浑浊，恶臭味 Very muddy, foul smell

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结合指标权重和评分标准进行求和计算，最终得到永定河门头沟段水生态质量评分等级，见表4。

表  4  河流水生态质量评价结果分级

Table  4.  Grading of river water ecological quality assessment results

评分值 Score value (E)	E ≤ 1	1 < E ≤ 2	2 < E ≤ 3	3 < E ≤ 4	4 < E ≤ 5
质量现状 Quality status	病态 Sick	不健康 Unhealthy	轻度受损 Mildly damaged	较健康 Healthier	健康 Healthy

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2.3   水生态质量评价结果

根据构建的具有反映水生态本底现状的评价方法，对永定河门头沟段水生态质量评价结果如图2所示。

图  2  永定河门头沟区段水生态质量评价

Figure  2.  Evaluation of water ecological quality in Mentougou section of Yongding River

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除上清水—斋堂段无水（1.84）外，山峡段整体各河段评分处于3.99 ~ 3.36之间，属于“较健康”状态。说明山峡段整体生态状况较好，基本满足生态涵养功能区的要求。从各河段评分值趋势来看，随着河流向下流动，各河段水生态质量的评分值在不断减少。各河段水文水资源层评分值差异较大，该层次评分范围为0.96 ~ 0.34，起始段最高为0.96，雁翅—三家店段最低为0.34。山峡段河流生境状况较好，植被覆盖度高，各河段评分值为0.70 ~ 0.59，未出现较大差异。这也与解莹等^[21]的评价结果一致。各有水河段间在水体理化指标、水生物指标和社会服务功能3方面没有出现较大差异，评分范围分别为：1.19 ~ 1.11、0.56 ~ 0.46和0.73 ~ 0.68。

平原段作为地下水源补给区，河岸周围居住人口较多。在进行基本生态功能评价的同时，也考虑到了河流服务功能对沿岸居民的重要程度。该河段综合评分为3.26，说明平原段在保持其基本生态功能的基础上也发挥了一定的社会服务功能。该河段缺水断流时长较长，水文水资源层评分较低为0.35；河段周围建筑用地多、人类活动范围大等现状造成了该河段河道平直、植被覆盖度低，因此该河段的河流生境评分较低为0.46；水体理化指标和水生物指标均较高，分别为1.01和0.64；平原段河流对沿岸居民的服务功能方面得分较高为0.80。

从水源涵养的角度分析来看，河流目前主要问题为各河段的有水时长和水流量不能得到保证。各有水河段水环境质量整体较高，山峡段河流生境较好，这说明针对河流进行的相关修复措施取得了较显著的成效。但随着河流向下流动，河流生境状况在不断变化，具体表现为河岸植被覆盖度不断降低。在河流进入平原段后，河岸边的植被覆盖度最低为49.45%。采用反距离加权法（ inverse distance weighted，IDW）对各河段的水生态质量综合评分值进行了插值计算，得到了永定河水生态质量的区域分布情况如图3所示。从整个河流流域来看，河流的水生态质量状况具有明显的空间分布特征，河流上游生态质量最高，随着河流的向下流动，河流水生态质量也在逐渐降低。

图  3  永定河门头沟段水生态质量评分插值图

Figure  3.  Interpolation diagram of water ecological quality score in Mentougou section of Yongding River

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3.   讨　　论

3.1   水资源影响因素

根据水文水资源层的评分可知，河流存在的主要问题是缺水断流现象明显。起始段和珠窝—雁翅段在生态需水满足度方面逐月流量评分均值较高为4.20和3.66，其他河段分值较低（2.25 ~ 1.00），说明不同河段水流量间存在着较大差异。对全年流量维持时间来看，起始段和珠窝—雁翅段值分别为5和4，其余河段分值范围在1 ~ 2内。查阅河段水文站资料发现，各河段有水天数主要集中在4月、5月和10月。从全年来看，斋堂—青白口段、雁翅—三家店段和三家店—卢沟桥段断流时长分别为266、324和309 d，上清水—斋堂段处于全年无水干涸状态，这也反映出在河流的中下游河段存在着严重的水资源短缺问题。结合地区统计年鉴分析来看，农业灌溉、居民生活需水等社会经济耗水量较大是造成河流水资源短缺的重要原因。

由于河流水资源依赖于水库补水和地区降雨^[34]，为探究永定河水资源的影响因素，对区域水文气候资料进行了分析。河流在2020年4月和10月进行了两次生态补水，使得在这期间内河流流量出现了大幅度上涨。在对区域多年平均降雨量和降雨分布分析的结果表明，门头沟区的降雨主要集中在7—8月且自东向西逐渐减少。在2020全年全区平均降雨量约为486 mm，小于多年平均降雨量529 mm，说明降雨对河道有水和水量上涨影响不大，这表明河流的水资源较大程度上依赖于不同河段内水库补水的影响^[12]。河流各河段的大型水库，负责河流供水和沿岸居民需求，具有较大的生态服务价值^[31]。现场调查发现，河流水库的门闸和拦水大坝等阻水建筑物均不存在过鱼设施，这阻断了上下游水体间的连通。从生态学角度讲这对水生物迁徙以及物质和能量的传递存在着较大影响^{[17, 30]}。

3.2   水质、底泥和水生物时空分布变化

参照北京市水环境功能区划，山峡段属于集中式饮用水源一级保护区，水质分类为Ⅱ类；平原段为地下水源补给区，水质分类为Ⅲ类。各有水河段水质综合指数（0.69 ~ 0.58）整体偏低，说明河流水质整体能够满足功能区划对水质的要求，但个别指标在不同时间存在超标情况。对不同采样时间内14个采样点的水样检测分析发现，永定河门头沟段水质PI易超标。

在8月份水样分析中，起始段末端珍珠湖、雁翅—三家店段的落坡岭和龙泉镇、斋堂—青白口段斋堂水库附近取样点均出现PI超标情况；10月份的水样分析中，雁翅—三家店段的龙泉镇、斋堂−青白口段青白口村附近样点出现PI超标情况，范围在4.01 ~ 4.40 mg/L间波动。河流进入平原段之后，在下游莲石湖公园处，不同时段内存在着PI轻微超标的情况（6.11 ~ 6.23 mg/L），说明水质受到了一定的有机污染^[22]。结合现场调查上述所提到的样点附近没有发现工业企业，说明面源污染是造成水质超标的原因。起始段居住人口少，沿岸农业用地多，而农业污染会对水质指标产生影响；雁翅—三家店段和青白口—斋堂段再到平原段沿岸居住人口数量增多，居民生活用水的排入、生活垃圾经雨水冲刷最终汇入河流对水环境产生污染^[34-35]。

各河段采样点底泥营养物质含量变化没有呈现出一定的规律性^[23]，底泥生态风险指数（1.70 ~ 3.02）整体偏高，原因在于OM和TN含量较高。参照胡敏杰等^[28]研究来看，各河段TP含量（0.27 ~ 0.47 g/kg）处于健康水平，OM含量（20.83 ~ 97.12 g/kg）和TN含量（0.61 ~ 4.13 g/kg）均超出标准规定值，但最大值仍在规定的范围（ OM、TN 含量分别为 17.24 ~ 172.40 g/kg，0.55 ~ 4.80 g/kg）中且处于较低水平，说明河流底泥存在着营养元素的污染，但不会影响底栖动物的生存。经计算发现，各河段底泥营养物质生态风险指数均较高，其中起始段最低为1.72，珠窝—雁翅段最高为3.02。刘晶等^[36]研究表明，当C/N > 10、N/P < 16时，底泥有机质和磷主要来自外源输入。河流C/N范围为12.20 ~ 48.46；N/P的范围为0.91 ~ 12.74，表明河流底泥营养元素主要来自外源输入，说明需要对沿岸居民活动、雨水径流等造成的氮源和碳源的输入进行控制，另外沿岸植被和水生植物的枯枝落叶在水底被分解也是造成底泥营养元素含量较高的原因。各河段底泥重金属生态风险指数范围为23.83 ~ 11.13，整体处于安全水平，不存在潜在的生态风险^[37]。

通过对门头沟区永定河浮游植物进行调查，共检测出了7门59种。其中，蓝藻门9种，占藻类总种数的15.25%；硅藻门22种，占比37.29%；绿藻门17种，占比28.81%；裸藻门5种，占比8.47%；甲藻门3种，占比5.08%；隐藻门2种，占比3.39%；金藻门1种，占比1.69%。优势类群为绿藻、硅藻和蓝藻，同赵露等^[38]和崔文彦等^[39]结果一致。河流各河段浮游植物的丰富度范围为99 × 10⁴ ~ 340 × 10⁴ cells/L，均处于健康水平；优势藻类均为耐污种类，其中山峡段的藻类主要以绿藻门和蓝藻门为主，平原河段的藻类主要以隐藻门为主，说明门头沟永定河水质存在一定的污染，但结合水质分析来看污染程度较轻^[22]。黎洁等^[40]在2011年对整个永定河流域的浮游动物进行了调查，共检测出了58属76种。优势种依次为原生动物、轮虫、枝角类和桡足类。本文共检测到5属9种，山峡段水环境水质整体较好，浮游动物密度范围为599 ~ 997 ind./L处于健康状态。各河段浮游动物群落无明显差异，以原生动物密度最大，桡足类最少。平原段甲壳类和桡足类密度最大，轮虫类最少。共检测出18种大型底栖动物，其中昆虫纲10种，腹足纲7种，寡毛纲1种，并没有发现甲壳纲。各河段底栖动物的生物多样性指数范围为1.87 ~ 2.91，处于偏低状态。由于各河段均存在水泥河道，考虑到水泥河道无底泥沉积，就造成该河道大型底栖生物的数量较少。从整个河段来看，在不同采样断面上，存在底栖动物分布不均的现象^[41-42]。

4.   结　　论

（1）采用由“线”到“面”的评价方式对河流水生态质量状况进行评价，结果表明河流各有水河段均处于“较健康”状况，说明河流整体生态状况较好。山峡段基本满足生态涵养功能区的要求，平原段在维持其基本生态功能的基础上也具有一定的社会服务功能。从河流整体来看，其水生态质量具有明显的空间分布特征，由上至下逐渐变差。

（2）缺水断流现象是目前河流存在的主要问题。各河段除起始段和珠窝—雁翅段能够保持一定流量和有水时长外，其余河段均存在长时间的缺水断流现象。其中雁翅—三家店段、三家店—卢沟桥段在一年内断流时间较长，分别达到324和309 d；上清水桥—斋堂段处于长期无水的状态。反映出河流下游水资源短缺的现状，说明需要对河流下游进行生态补水和修复。

（3）各河段水质整体能够满足功能区划对水质的要求，但需要重点防止河流水质的有机污染问题。河流沉积物总氮和有机质含量较高导致各河段均存在一定程度的富营养化污染，应加强对河流氮源和碳源输入的控制和管理。