河流健康評估的原則和方法

1、河流健康評估的原則和方法摘要：河流健康評估應(yīng)包括物理一化學(xué)評估、生物棲息地質(zhì)量評估、水文評估 和生物群落的評估等內(nèi)容。評估需要建立生境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系，需要建 立基準(zhǔn)點(diǎn)即參照系統(tǒng)，需要明確水文條件、水質(zhì)條件和棲息地質(zhì)量三個(gè)要素，需要 因地制宜地為每一條河流建立健康評估體系及建立生物監(jiān)測系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：河流 健康 評估 生境 參照系統(tǒng) 棲息地 水文河流健康概念是河流管理的一種評估工具，其目的是建立一套河流生態(tài)系統(tǒng)評 估體系，評估在自然力與人類活動雙重作用下，在長期進(jìn)化過程中河流生態(tài)狀態(tài)的 變化趨勢。河流健康概念包含了對于人類合理開發(fā)河流現(xiàn)實(shí)的承認(rèn)，尋求在生態(tài)保 護(hù)與水資源開發(fā)之間取得

2、平衡點(diǎn)，河流健康概念是相對的，需要建立一種參照系 統(tǒng)，經(jīng)與這個(gè)參照系統(tǒng)比較獲得現(xiàn)實(shí)河流生態(tài)狀況的評價(jià)。我國近十余年來開展的河流環(huán)境評估，主要是基于水質(zhì)的物理一化學(xué)監(jiān)測的環(huán)境評 估，其不足是忽視了河流的水文、水質(zhì)條件以及河流地貌條件的變化對于河流生物 群落的影響。河流健康概念的建立，導(dǎo)致謀求建立較為完善的評估體系，對于河流 生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行綜合評估。如何建立評估體系，是河流健康評估的關(guān)鍵技術(shù)問 題。一、建立河流健康評估體系的原則建立生境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)是指一定空間中的生物群落（動物、植物、微生物）與其環(huán)境組成的系 統(tǒng)，其中各成員借助能量交換和物質(zhì)循環(huán)形成一個(gè)有組織的功能復(fù)合體。生

3、態(tài)系統(tǒng) 是由生物和生境兩大部分有機(jī)組成，生命部分是生態(tài)系統(tǒng)的主體，生境是生命支持 系統(tǒng)。河流是水域生物生命的載體，又是水域生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流與能量流傳輸?shù)慕?質(zhì)。在評估體系中需要重視河流生物群落的歷史、生存和演變過程，需要重視水域 生物群落與河流生境之間的耦合關(guān)系。監(jiān)測由于人類活動和自然力作用引起的河流 的流量、水質(zhì)、流速、水溫、水深和水文周期的種種變化，調(diào)查水利水電工程建 設(shè)、土地利用以及城市化引起的河流地貌學(xué)特征的變化，確定生物因子與生境因子 之間定性或定量關(guān)系，綜合評價(jià)這些變化對河流生態(tài)系統(tǒng)健康的影響。確定參照系統(tǒng)河流健康是一個(gè)相對概念，需要建立基準(zhǔn)點(diǎn)即參照系統(tǒng)，在對比的基礎(chǔ)上，進(jìn) 行生態(tài)狀

4、況的評估。參照系統(tǒng)可以按照時(shí)間和空間分類。按照時(shí)間分類，取同一條河流歷史上的自然狀 況作為理想?yún)⒄障到y(tǒng)，這往往定義為大規(guī)模人類活動前的洪荒時(shí)期河流生態(tài)狀況。 我國具有幾千年悠久的治河歷史，依靠有限的歷史資料建立河流原始狀況的情景， 對我國大多數(shù)河流來說是不可能的。因此只能選擇掌握一定記錄資料、生態(tài)狀況相 對較好的歷史狀況作為理想?yún)⒄障到y(tǒng)。還有一種方法是在歷史監(jiān)測資料缺乏的條件 下，同一條河流在同一監(jiān)測斷面上，以當(dāng)前河流生態(tài)狀況為參照系統(tǒng)，逐年積累監(jiān) 測數(shù)據(jù).進(jìn)行先后變化的趨勢評估，分析河流的狀態(tài)是向健康方向發(fā)展還是趨于退 化。按照空間分類，可以選擇同一條河流生態(tài)狀況良好的河段作為參照系統(tǒng)，也可

5、 以選擇自然與經(jīng)濟(jì)社會條件類似的生態(tài)狀況良好的另一條河流作為參照系統(tǒng)。國外 也有一種在建立歷史資料調(diào)查分析的基礎(chǔ)上人為規(guī)定的“理想?yún)⒄諣顟B(tài)”，定義為 “可以達(dá)到的最佳狀態(tài)”，如美國環(huán)境署執(zhí)行的生物快速評估草案(R.B.P)就 屬這一類。明確影響河流生態(tài)系統(tǒng)健康的要素水文條件、水質(zhì)條件和棲息地質(zhì)量是影響河流生態(tài)系統(tǒng)健康的三要素。河流枯 竭、斷流以及水體污染造成河流生態(tài)系統(tǒng)退化和富營養(yǎng)化，已經(jīng)有許多研究成果和 案例。棲息地質(zhì)量是河流健康的重要脅迫因子。棲息地對于河流生態(tài)系統(tǒng)的作用分 析，是基于河流地貌學(xué)原理。研究表明，假設(shè)在水量與水質(zhì)條件不變的情況下，生 物群落多樣性與生境的空間異質(zhì)性存在線性關(guān)系

6、。一個(gè)地區(qū)的生境空間異質(zhì)性越 高，就意味著創(chuàng)造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物 環(huán)境變得單調(diào)，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質(zhì)、密度和比例等都會 發(fā)生變化，造成生態(tài)系統(tǒng)某種程度的退化。河流的空間異質(zhì)性具體表現(xiàn)為河流地貌 學(xué)特征的多樣性，包括河流系統(tǒng)的縱向連續(xù)性，河流洪泛區(qū)的側(cè)向連通性，河流形 態(tài)的蜿蜒性，河床斷面多樣性以及岸坡材料和岸邊植被結(jié)構(gòu)等。研究成果還表明， 對于自然河道和岸邊結(jié)構(gòu)的干擾是河流生物結(jié)構(gòu)和功能退化的主要原因。河流健康標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)包括為社會興利的內(nèi)容河流健康概念不同于強(qiáng)調(diào)保護(hù)原生態(tài)的自然保護(hù)主義的觀點(diǎn)，而是包含了對于 人類合理開發(fā)河流現(xiàn)實(shí)的承認(rèn)，河

7、流要為供水、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、旅游等目標(biāo)服 務(wù)，力圖在保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)與開發(fā)利用水資源之間取得某種平衡。比如河勢擺動 有利營養(yǎng)物質(zhì)的遷移擴(kuò)散，為生物群落生存繁衍提供機(jī)會。但是在一般情況下，為 了防洪安全還是把穩(wěn)固河勢作為一項(xiàng)河流健康標(biāo)準(zhǔn)的條件。而在河流堤防設(shè)計(jì)中， 盡可能展寬堤防間距，為洪水留有一定的空間，增強(qiáng)河流側(cè)向的連通性，為魚類和 兩棲動物提供避難所和棲息地。因地制宜地制定每一條河流的健康評估體系我國幅員遼闊，各流域的自然條件不同，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平各異。制定河流健 康評估準(zhǔn)則既不能照搬國外經(jīng)驗(yàn)，也不可能制定全國統(tǒng)一的細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)經(jīng)過調(diào) 查、論證因地制宜地制定符合流域、地區(qū)自然及社會經(jīng)濟(jì)條

8、件的健康評估準(zhǔn)則。黃 河的特點(diǎn)是水少沙多，河勢游蕩，大部分水量都在人工控制之下，流域內(nèi)供需矛盾 尖銳，水文、水質(zhì)和生物棲息地都已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。而長江水量豐沛，流域 內(nèi)生物群落多樣性水平高，中下游是我國人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)一 個(gè)是三峽工程建成后清水下泄沖刷，引起河勢和江湖關(guān)系變化導(dǎo)致對于生物棲息地 的影響，一個(gè)是長江中下游污染加劇；潛在的風(fēng)險(xiǎn)是上游水電梯級開發(fā)對于長江健 康的長遠(yuǎn)影響。因地制宜制定河流健康的評估標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)是分析對于河流健康的主要脅迫因 子。在人為干擾方面，需要分析諸如水體污染、過度取水、土地利用和城市化、水 流的人工控制、河道的人工改造等因素影響強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)對于

9、生態(tài)系統(tǒng)的主要脅迫因 子；在自然條件方面，要綜合氣象、水文、生物群落、植被、景觀、土地等多種因 素，明確具體河流的健康定位。在河流健康評估準(zhǔn)則中，要突出主要脅迫因子，加 強(qiáng)對其監(jiān)測和評估。建立完整的生物監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行長期監(jiān)測和評估河流健康評估的基礎(chǔ)是河流生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)資料。我國已經(jīng)形成了較為完善的水 文監(jiān)測體系，需要建立的是生物監(jiān)測系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測方法從使用復(fù)雜儀器到簡單 的現(xiàn)場目測記錄，可根據(jù)河流規(guī)模不同因地制宜確定。因?yàn)楹恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)演替是一 個(gè)長過程，所以要強(qiáng)調(diào)生物監(jiān)測資料長系列，才能進(jìn)行長期的河流健康評估。 二、河流健康評估的內(nèi)容物理一化學(xué)評估物理一化學(xué)評估作為河流健康評估指標(biāo)之一，是因?yàn)?/p>

10、這些指標(biāo)可以反映河流水 流和水質(zhì)變化、河勢變化、土地使用情況和岸邊結(jié)構(gòu)。物理量測參數(shù)包括流量、溫 度、電導(dǎo)率、懸移質(zhì)、濁度、顏色。化學(xué)量測參數(shù)包括pH值、堿度、硬度、鹽 度、生化需氧量、溶解氧、有機(jī)碳等。其他水化學(xué)主要控制性指標(biāo)包括陰離子、陽 離子，營養(yǎng)物質(zhì)等（磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、硅）。在河流健康評估中應(yīng)突出物理一化學(xué)量測參數(shù)對河流生物群落的潛在影響。比 如總磷、總磷/總氮和葉綠素等，可能導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化；由于鹽的輸入可能改 變電導(dǎo)率造成某些敏感物種死亡；生化需氧量（BOD ）的降低會引起生物窒息，造成 魚類死亡；由于泥沙輸移造成懸移質(zhì)和濁度變化，引起淤積和地貌特征變化，改變 吸附

11、在泥沙顆粒表面上的營養(yǎng)鹽的輸移規(guī)律及棲息地質(zhì)量；由于污染引起pH值、 有機(jī)物和金屬等參數(shù)變化，可能造成敏感生物的減少等。一些機(jī)構(gòu)和研究者傾向于綜合各種水質(zhì)指數(shù)為一組簡單的水質(zhì)指數(shù)，目的是可 以滿足社會公眾對于水質(zhì)的關(guān)注需求。這種非專業(yè)的綜合水質(zhì)指標(biāo)采用數(shù)量不多的 指數(shù)作為一種工具，可以表示水體受損的相對水平，也可以對于水質(zhì)改善過程進(jìn)行 評估，并且研究隨時(shí)間演變趨勢。生物棲息地質(zhì)量評估生物棲息地評估的內(nèi)容是勘查分析河流走廊（river corridor）的生物棲息地狀 況，調(diào)查生物棲息地對于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響因素，進(jìn)而對棲息地質(zhì)量 進(jìn)行評估。具體體現(xiàn)在河流的物理一化學(xué)條件、水文條件和河

12、流地貌學(xué)特征對于生 物群落的適宜程度，特別是對于形成完整的食物鏈結(jié)構(gòu)和完善的生態(tài)功能的作用。 生物棲息地質(zhì)量的表述方式，可以用適宜的棲息地的數(shù)量表示，或者用適宜棲息地 所占面積的百分?jǐn)?shù)表示，也可以用適宜棲息地的存在或缺失表示。棲息地評估的變量指數(shù)可以包括以下內(nèi)容：（1）傳統(tǒng)的水文和水質(zhì)條件，包括 徑流變化與參照系統(tǒng)的對照、水體污染、水庫人工調(diào)節(jié)影響等；（2）河流地貌特 征，主要評估棲息地結(jié)構(gòu)和河勢穩(wěn)定性，包括河流蜿蜒性、河床的淤積與沖刷、岸 坡穩(wěn)定性、人工渠道化程度、閘壩運(yùn)行影響等；（3 ）河道構(gòu)造，按照尺度、河床材 料、本底材料和河道改造進(jìn)行描述；（4 ）岸邊植被，指評估岸邊帶植被數(shù)量和質(zhì)

13、量，包括植被寬度、順河向植被連續(xù)性（用植被間斷長度表示）、結(jié)構(gòu)完整性（指各 類植物的密度與自然狀態(tài)的比較）、當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土物種覆蓋比例及再生性狀況、濕地河 洼地狀況等；（5）河流周圍社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，包括人口、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、土地利用方 式變化以及城市化影響等。水文評估水文評估的目的是分析水文條件的變化對于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生的影 響。引起水文條件變化的因素很多，包括由于氣候變遷引起的徑流變化、上游取水 增減變化、由于水庫調(diào)度和水電站泄流改變了自然水文周期、土地利用方式改變和 城市化引起的徑流變化等。所謂水文條件，既包括傳統(tǒng)的水文參數(shù)，還包括水流的 季節(jié)性特征和水文周期模式、基流、水溫、水位漲落速度

14、等，這些都對魚類和其他 生物的棲息繁衍產(chǎn)生影響。水文評估中具有研究性質(zhì)的課題有兩個(gè)：一是建立河流水文特性與生態(tài)響應(yīng)之間的 關(guān)系，特別是水流變動性與生態(tài)過程的關(guān)系，從中分析對于河流生物群落有重要影 響的關(guān)鍵水文參數(shù)；二是通過水文長系列資料分析認(rèn)識河流地貌演變及生態(tài)演替的 全過程。每一條河流都有自己的特性，因此這兩個(gè)問題的答案都是各不相同的。在確定水文變化參數(shù)時(shí)，以哪一種徑流模式為基礎(chǔ)，不同河流各有側(cè)重。有的國家 的規(guī)范考慮用平均年徑流指數(shù)給出總水量變化，用不同頻率的洪水月徑流過程曲線 給出水流模式的變動，用水流季節(jié)比例指數(shù)變化的模式評估季節(jié)變化，季節(jié)峰值 指數(shù)評估季節(jié)最高和最低水位。水文評估方法

15、應(yīng)力求簡單明了，具有可操作性。評估的基本方法是對比現(xiàn)實(shí)的水流模式與理想的自然狀況的水流模式，通過兩種水 文參數(shù)的比較，得到一個(gè)相對的無量綱的指數(shù)，評估以記分的形式表述。生物評估河流生物群落是河流生態(tài)系統(tǒng)的主體。生物評估具體是分析水文條件、水質(zhì)條 件和棲息地條件發(fā)生變化對于河流生物群落的影響程度。可能產(chǎn)生的變化包括水域 生物群落物種成分變化、棲息地生物優(yōu)勢種群的變化、物種枯竭、整個(gè)種群死亡 率、生物行為變化、生理代謝變化、組織變化和形態(tài)畸變等。基本評估方法是與參照河段的生物狀況以記分的方式進(jìn)行對比?！皡⒄蘸佣巍币话?選取水質(zhì)、河流地貌以及生物群落基本未受到干擾的河段。由于不可能對河流所有的生物群

16、落成分進(jìn)行監(jiān)測取樣，變通的辦法是選擇幾種 標(biāo)志性物種。標(biāo)志物種有幾種類型：關(guān)鍵物種(keystone species)。指物種在生態(tài)系統(tǒng)中所居的地位不同，一 些珍稀、體型較大的特有物種在維護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起著重要作 用，它們的消失或削弱可能要使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生根本的變化。保護(hù)物種(protected species)。指由于稀缺性、文化或歷史的重要性，或 者其棲息地受到威脅而受到法律保護(hù)的物種。保護(hù)傘物種(umbrella species)。保護(hù)這種物種及其棲息地可使大量也依 賴于同樣棲息地的其他物種同樣受到保護(hù)。旗艦物種(flagship species)。指社會公眾普遍接受

17、的標(biāo)志性生物。它們 往往以獨(dú)特的體型使之成為具有魅力的動物，對它的保護(hù)會使與之共生的物種受到 保護(hù)。具體標(biāo)志性物種往往在藻類、大型無脊椎動物和魚類中選擇。一般情況下，岸邊植物不適宜作為標(biāo)志性物種，原因是不少植物對于水體污染并不 敏感。參考文獻(xiàn)1董哲仁.河流健康的內(nèi)涵。中國水利，2005. 42董哲仁.河流形態(tài)多樣性與生物群落多樣性.水利學(xué)報(bào)，2003. 11Cude， C. G. Oregon Water Quality Index. Journal Of the American Water Resources Association, 2001Olden, J. D. Redundancy

18、 and the choice Of hydrologic indices for characterizing streamflow regimes. river research and application, 2003Kallis, G. and Butler, D. The EU water framework directive： measures and directive. Water policy，2001Principles and Methods Of River Health AssessmentAbstract： The assessment Of river health should include physicalchemical assessment, quality Of biological habitat, hydrology, and biocu