（环境工程专业论文）山地河流生境的生态学研究——以重庆澎溪河为例.pdf

中文摘要 摘要 在经济高速发展区域，面临的突出问题之一就是河流生态系统的退化。如何 对河流进行有效的管理和恢复，就需要合适的管理工具，以便抓住所有关键的生 态组分，而河流生境就可以作为这样的工具。因为在河流生态系统中，一个完整 的河流生境纵向上包含了从上游水源地到河口，横向上分为了泛滥平原、河槽和 水体3 个区域，能为多种水生生物提供适宜的栖息地。通过对山地河流生境的生 态学研究，不仅丰富了河流分类系统，而且对于河流生态环境及生物多样性的保 护具有重要的现实意义和应用价值。 本文以开县澎溪河为研究对象，在对山地河流的河溪等级结构分析的基础上， 构建了河流生境的分类体系，从形态学和生态学两个角度分别对河流生境进行了 划分。同时，从干扰对生境影响的角度，对水电丌发引起的水位变动下的河流生 境变化及其生态学效应进行了研究；又从对水利工程干扰下的河流管理角度，探 讨了河流生境的生态需水问题。归结起来，本文的各研究部分都属于河流生态学 研究范畴。 本文的特色是以河流生态学、地貌学、形态学及水利学等学科为知识背景，应 用3 s 技术对溪流结构和山地河流生境进行了划分，并探讨了在水位变化下植被的 响应，同时关注河流生境变化对温室气体排放的影响，最后探讨了梯级电站影响 下的生境生态需水问题。在这全球关注的重要区域内，河流生境的生态学研究还 未见报道。 主要研究结果如下： ( 1 ) 采用s t r a h l e r 法，同时把比降、两岸植被组成及交接程度、枯水季节水道 宽度及能否跨越作为区别河与溪的重要标志，以澎溪河一级支流东河为例， 将东河流域溪流划分为6 个等级。通过a r c g i s 的计算，可知随着溪流等级的升高， 溪流的数量、长度呈现出减少的趋势，一级溪流的数量和长度最大；溪流等级越 低，分布的海拔越高，坡度范围越大，植被生长越好和越稳定。 ( 2 ) 河流生境的划分按形态学和生态学进行。从形态学角度进行了物理生境的 划分，依据不同尺度结合地貌形态将河流生境分为：宏观尺度的上、中、下游生 境；中观尺度对河岸生境、河道生境分别进行划分，河岸生境包括森林河岸、灌 丛河岸、草地河岸、农田河岸等5 类，河道生境包括险滩、浅滩、深潭、浅流、 深流、回流、河滩洼地、河漫滩水凹、沙洲等1 3 类；微观尺度分为巨石、圆石、 卵石、水生植物等7 种生境。从生态学角度的功能生境分类，依据底质和生物群 落组成划分为：露出水面的水生植物床、淹没水下的水生植物床、急流岩石生境 重庆火学硕士学位论文 等8 类。 ( 3 ) 受三峡库区蓄水水位变动影响下的的研究区域，表征河流生境变化的水分 格局、土壤养分、植被分布均表现为明显的梯度变化，水分、土壤养分在1 5 5 m 附 近为最高；植被空间格局呈四个带垂直分布，即从低海拔到高海拔依次为河漫滩 一年生草本植物带、苍耳带、双穗雀稗带和河岸高地高草植物带。水位变动同时 也影响了甲烷排放量，其最大的是地表水最深的地方，所以生态学效应也很明显。 ( 4 ) 对山地河流生境影响最大的就是梯级电站的开发，水坝下游形成了大量孤 立的减( 脱) 水断面，使得连续的河流生境发生破碎化。为了维持河流的生态功能， 需要加强水库运行的管理。根据计算整个东河的河流生态需水量为1 6 6 7 亿m 3 ， 约占流域年平均径流量的5 7 。通过对每个减( 脱) 水断面的生态需水量的计算， 分析了各电站的实际生态泄流量，考虑到非汛期来水较少，采用多年平均流量的 l o 进行泄流，汛期则采用近1 0 年最枯月平均流量进行泄流。同时，由于不同的 投资主体对梯级水电站进行建设和管理，对于生态泄流的统一管理不利，所以还 需要建立有效的监管机制，进行合理管理。 关键词：山地河流生境；河流生境分类；河流生境生态学；澎溪河；三峡库区 l i 英文摘要 a b s t r a c t o n eo ft h em o s ts e r i o u sp r o b l e m si nr e g i o n sw i t ht h eh i g h l y - d e v e l o p e de c o n o m y o v e rt h ew o r l di st h ed e t e r i o r a t i o no fr i v e re c o s y s t e m h o wt oe f f e c t i v e l yd ot h e m a n a g e m e n ta n dr e s t o r a t i o ni no r d e rt oo b t a i na l lt h ek e ye c o l o g i c a lc o m p o n e n t s f i v e r h a b i t a ti s8 1 1i m p o r t a n tm e t h o d a si nr i v e re c o s y s t e m ，ar i v e rh a b i t a ti n t e g r a t e d e x t e n d i n gf r o mh e a d w a t e rt oe s t u a r ya tv e r t i c a ls i d e ，i sah o r i z o n t a lc o m b i n a t i o no f f l o o d p l a i n ，c h a n n e la n dw a t e rb o d y t h eh a b i t a ts t u d yo nm o u n t a i nr i v e ri sn o to n l y a b u n d a n c ef o ro p t i m i z i n gr i v e rc l a s s i f i c a t i o ns y s t e m ，b u ta l s oh a sa ni m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u et o t h ep r o t e c t i o no fe c o l o g i c a lo fr i v e rh a b i t a ta n d b i o d i v e r s i t y t h ep a p e rt a k e sp e n g x ir i v e ri nk a i x i a nc o u n t ya sa ne x a m p l ef o rs t u d y t h e c l a s s i f i c a t i o ns y s t e mo fr i v e rh a b i t a ti sb u i l tu pb a s e do nt h eh i e r a r c h yc l a s s i f y i n go f r i v e r sa n ds t r e a m so fm o u n t a i nr i v e r ，w h i c ht e n d st oe l a b o r a t ef r o mt h ep e r s p e c t i v e so f m o r p h o l o g ya n de c o l o g y m e a n w h i l e ，i ts t u d i e so nt h ec h a n g e so fr i v e rh a b i t a tu n d e r w a t e rl e v e lf l u c t u a t i o na n de c o l o g i c a le f f e c t ，p r o b e si n t ot h ep r o b l e mo ft h ee c o l o g i c a l w a t e rr e q u i r e m e n t t os u mu p ，a l lt h es t u d yi sf o c u s e do nt h es c o p eo fr i v e re c o l o g y t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h i sa r t i c l ea r eb a s i n go nt h eb a c k g r o u n dk n o w l e d g eo fr i v e r e c o l o g y , g e o m o r p h o l o g y , m o r p h o l o g ya n dh y d r a u l i c s ，t h ea p p l i c a t i o no f3 st e c h n o l o g y t od i v i d em o u n t a i nr i v e rh a b i t a ti n t od i f f e r e n ts p a t i a ls c a l e s ，t h ed i s c u s s i o no ft h e r e s p o n s eo fv e g e t a t i o nu n d e rt h ew a t e rl e v e lc h a n g e s ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no nt h e e m i s s i o n so fg r e e n h o u s eg a s e s ，w h i c hh a v e n ta l lb e e nr e p o r t e di nt h en o t i c e df i e l do f e c o l o g ya s p e c to fr i v e rh a b i t a ti nt h ew o r l d t h er e s u l ts h o w st h a t ： ( 1 ) w i t ht h es t r a h l e rm e t h o d ，m e a n w h i l e ，t a k i n gt h es l o p e ，v e g e t a t i o nc o n s t r u c t i o n ， c o m b i n a t i o nc o n d i t i o n ，w a t e rc h a n n e lw i d t hi nd r ys e a s o na n dt h ea b i l i t yo ff i v e r c r o s s i n ga si m p o r t a n ti n d i c a t o r st od i s t i n g u i s ht h er i v e ra n dt h es t r e a m ，as i x o r d e r h i e r a r c h yi se s t a b l i s h e dt oc l a s s i f yt h er i v e ra n dt h es t r e a mi nt h ed o n gr i v e rb a s i n h a v i n gc a l c u l a t e dw i t ha c r g i ss o f t w a r e ，w ef o u n dt h a tw i t ht h ei n c r e a s i n go r d e ro f s t r e a m s ，t h eq u a n t i t ya n dl e n g t ho fs t r e a m st r e n dt ob ed e c r e a s e d ；t h a to r d e r1h a st h e l a r g e s tq u a n t i t ya n dt h el o n g e s tl e n g t h ；t h a tt h el o w e rt h es t r e a mo r d e ri s ，t h eh i g h e rt h e i i i 重庆大学硕十学位论文 e l e v a t i o ni s ；t h a tt h eg r e a t e rt h eg r a d i e n ts c o p ei s ，t h eb e t t e ra n dm o r es t a b l et h e v e g e t a t i o ng r o w s ( 2 ) t h ec l a s s i f i c a t i o no fr i v e ri sb a s e do nt h ep e r s p e c t i v eo fm o r p h o l o g ya n d e c o l o g y f r o mt h ep o i n to fm o r p h o l o g i c a lv i e w , i tc l a s s i f i e st h ep h y s i c a lh a b i t a t b a s e d o nt h et o p o g r a p h yc o n d i t i o na td i f f e r e n ts c a l e s ，r i v e rh a b i t a t sc a nb ed i v i d e di n t o f o l l o w i n g s ：u p s t r e a m ，m i d s t r e a ma n dd o w n s t r e a mh a b i t a t si nm a c r o s c a l e ；r i p a r i a n h a b i t a ta n dr i v e rc h a n n e lh a b i t a tr e s p e c t i v e l yd i v i d e db yt h em e s o - s c a l e t h er i p a r i a n h a b i t a t sc o n t a i nt h er i p a r i a nf o r e s t ，s h r u b ，g r a s s l a n d ，a r t i f i c i a l ，e t c t h ef i v e rh a b i t a t s i n c l u d ec a s c a d e ，r i f f l e ，p o o l ，g l i d e ，r u n ，b a c k w a t e r , l a t e r a ll e v e el a k e ，f l o o d p l a i nl a k e ， s a n d b a r , e t c b o u l d e r , c o b b l e ，g r a v e l ，a q u a t i cp l a n t sn ea n ds oo n ，f r o mt h em i c r o p e r s p e c t i v ea r ec l a s s i f i e df u n c t i o n a l l yw i t ht h ee c o l o g i c a lp o i n to fv i e w b a s e do nt h e s u b s t r a t et y p ea n db i o l o g i c a lc o m m u n i t i e s ，r i v e rh a b i t a t sc a nb ed i v i d e di n t oe i g h tt y p e s ， i n c l u d i n ge m e r g e n tm a c r o p h y t e ，s u b m e r g e dm a c r o p h y t e ，r a p i d sr o c ka n ds oo n ( 3 ) a sf o rt h es t u d yo fw a t e rl e v e li n f l u e n c e db yt h ei m p o u n d m e n to ft h et h r e e g o r g e sr e s e r v o i r ，s o i lw a t e rc o n t e n t ，s o i ln u t r i e n tc o n c e n t r a t i o na n dd i s t r i b u t i o no f p l a n t s a r ed i s p l a y e di na l lo b v i o u sg r a d s t h ew a t e rc o n t e n ta n ds o i ln u t r i e n t c o n c e n t r a t i o na r et h eh i g h e s tn e a rt h e15 5 一m e t e rh e i g h to fw a t e rl e v e l t h ev e r t i c a l d i s t r i b u t i o no fv e g e t a t i o ns p a t i a lp a t t e r nd e m o n s t r a t e sf o u rb e l t s ，w h i c hr e s p e c t i v e l y i n c l u d ef l o o d p l a i na n n u a lh e r bb e l t ，x a n t h i u ms i b i r i c u mb e l t ，p a s p a l u mp a s p a e o i d e s b e l ta n dr i p a r i a nh e i g h t sh i g h - g r a s sp l a n t sb e l t t h es t u d ys h o w st h a tt h ew a t e rl e v e l c h a n g eh a sas i g n i f i c a n ti m p a c to nt h em e t h a n ee m i s s i o n ，e s p e c i a l l yf o rt h ed e e p e s t s u r f a c ew a t e r t h e r e f o r e ，t h e r ei sad i s t i n c td o m i n oa f f e c to fb i o n o m i c s ( 4 ) c o n s i d e r i n g t h a th a b i t a to fm o u n t a i nr i v e ri s s e r i o u s l ya f f e c t e db yt h e d e v e l o p m e n to fh y d r o p o w e rs t a t i o n s ，t h a tal a r g en u m b e ro fi s o l a t e dr e d u c i n gw a t e r ( d e h y d r a t e d ) c r o s s s e c t i o n sa n dh a b i t a tf r a g m e n t a t i o ne m e r g e ，w em u s ts t r e n g t h e nt h e m a n a g e m e n to fr e s e r v o i ro p e r a t i o nt om a i n t a i nt h ee c o l o g i c a lf u n c t i o n so fr i v e r s t h e e c o l o g i c a lw a t e rr e q u i r e m e n to fd o n gr i v e ri s a b o u t16 6 7m i l l i o nm ，w h i c ht a k e s 5 7 o fa n n u a la v e r a g er u n o f fo ft h eb a s i n t h ee c o l o g i c a ld i s c h a r g eo fe a c hp o w e r s t a t i o ni sw o r k e do u tt h r o u g hc a l c u l a t i n gt h ee c o l o g i c a lw a t e rd e m a n do fe a c hr e d u c i n g w a t e r ( d e h y d r a t e d ) c r o s s s e c t i o n t a k i n gi n t ot h ec o n s i d e r a t i o no ft h el e s sw a t e ri n p u ti n n o n f l o o ds e a s o n , t h e10 o fa n n u a la v e r a g ef l o wr a t ei s a d o p t e da sac o n s u l to f d i s c h a r g ef l o w w h e r e a st h ed r i e s tm o n t h l ym e a nf l o wr a t ei nt h ep a s t10y e a r sw a s i v 英文摘要 u s e da sd i s c h a r g ef l o wa tf l o o dp e r i o d m e a n w h i l e ，b e c a u s et h er u n d l ew a t e ra n d e l e c t r i c i t ys t a t i o n sa r eb u i l ta n dm a n a g e db yd i f f e r e n ti n v e s t m e n t ，w h i c hl e a d st o d i s a d v a n t a g e so fu n i f i e dm a n a g e m e n to fz o o l o g yd i s c h a r g e ，w es t i l ln e e dt os e tu pa n e f f e c t i v es y s t e mo fs u p e r v i s i o nf o rar e a s o n a b l em a n a g e m e n t k e yw o r d s ：h a b i t a t so fm o u n t a i nr i v e r ；c l a s s i f i c a t i o no fr i v e rh a b i t a tc l a s s i f i c a t i o n ； e c o l o g yo fr i v e rh a b i t a t s ；p e n g x ir i v e r ；t h r e eg o r g e sr e s e r v o i r a r e a v 学位论文独创性声明 士 学位论文 在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：象疑 签字日期：z 0 0 7 石 聊鼢毒计 签字日期： 呻6 1 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、 下简称“章程”) ，愿意将本人 交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n ) 在中国博士学位论文全文数据 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名：蕴酸 导师签 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书 ，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书：逝装订在提交的学位论文最后一页。 l 绪论 1绪论 1 1 问题的提出 河流是陆地表面上经常或间歇有水流动的线形天然水道，是流域景观的 最基本组成要素，其生态学和水文学的研究已经成为区域可持续发展的焦点。有 效的河流管理和恢复需要准确定义系统边界，需要合适的管理工具，以便能抓住 所有关键的生态组分，只有这样才能认识决定河流生态系统结构和功能的关键过 程，而河流生境则j 下是河流管理和恢复最适合的工具。河流生境是河流健康的根 本，良好的栖息地状况能够孕育良好的生态质量，同时生态学普遍认为生境质量 决定了任何生态系统的丰富度【4 9 1 。保护河流生境的同时也保护了河流生境中的所 有物种，所以河流生境的研究是河流生态修复和流域环境管理的重要基础。 但是，现有的河流分类体系对河流水文特征和河流生境变化之间的关系重视 不够，对河流生境分类未形成较成熟、完善的分类体系，对水位变化下山地河流 生境和生物多样性变化的影响更是缺乏了解和系统的研究，已有的研究大多数也 比较分散。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 河流生态学 河流生态学历史性地根源于水生昆虫学和渔业生物学，是湖沼学( l i m n o l o g y ) 的重要研究内容之一。但在很长一段时期内，河流系统的湖沼学( 或称为河流生态 学) 研究总体上滞后于湖泊生态学的同期发展，研究聚集在河流水体中生物类群的 生活史和分布格局等方面。直至u 1 9 5 0 年末，o d u m 兄弟7 2 , 7 3 1 和t e a l 9 3 1 研究的关于生 态系统能流理论才真正将河流作为生态系统进行研究；1 9 7 0 年代中后期，当代河 流生态学之父- h b n h y n e s 流生态学家们需要完全了解水文学和水文对 生物的控制、来自景观的外源性有机物对河流有机体的影响【87 。1 9 8 0 年，v a n n o t e 等【9 7 】提出了河流连续系统概念( r i v e rc o n t i n u u ms y s t e mc o n c e p t ) ，该理论强调生态学 系统中构成河流生物群落及其一系列功能与流域的统一性，这种由上游的诸多小 溪至下游大河的连续性，不仅仅是指地理空间的连续，而且更重要的是指生态系 统结构、功能和生态过程的连续。之后，由于全球水资源危机、洪涝灾害的频繁 发生以及人类活动对河流生态系统的强烈干扰，促使人们给予河流更多的关注， 河流生态学领域的研究从此同趋活跃，并发展成为湖沼学领域中一门高度交叉型 学科，研究也从单学科向综合、系统方向发展，并进而发展到充分考虑河流四维 系统【啪】的影响。 重庆大学硕十学位论文 1 2 2 河流生境的研究进展 河流生境的研究属河流生态学研究的一个分支，通常与水文学、地貌学、生 物学结合进行研究。国外对河流生境的研究较早，2 0 世纪4 0 年代，丹麦i 拘b e r g 【j u j 就开始进行河流生物群落的定性研究；2 0 世纪9 0 年代以后，就生物量及生物分布与 河道形态之间的关系2 9 , 3 5 , 3 6 1 以及生境异质性与生物多样性之间的关系进行了大量 研究；到目前为止，关于河流生境的研究在物理生境方面己形成了较为成熟的技 术和方法，并在一些国家和地区广泛应用【2 8 , 7 9 】；物理生境在河流生态系统的功能 上显示出非常重要的作用，通过河流有机物决定环境和生境特征【9 。我国对河流 生境的研究起步较晚，多数研究成果出现于2 0 0 0 年以后，并且主要集中在对珍稀 濒危物种和个别物种栖息地的保护上，通常剧3 , 7 , 1 3 , 1 5 , 2 4 1 关于生境因子与栖息地适宜 性之间的关系、建立河流自然保护区方面及河流生境评价的研究。 1 2 3 河流分类研究进展 尽管几千年前河流就经常出现在学者和科学家的著作中，但是直到1 8 世纪和 1 9 世纪科学家和工程师们才将注意力转移到从形态学角度理解河流【85 1 。自d a v i s 【4 副 按地貌对河流进行分类开始，直到1 9 8 9 年，先后有六十多种有关河流的分类体系 出现，其中近2 0 年出现的占了近半数【4 6 | 。 d a v i s 4 3 】是最早根据物理属性对河流进行分类的，他提出了著名的“侵蚀循环” 理论，将河流的发育过程分为青年期、壮年期、老年期三个阶段。d a v i s 的学说风 行于1 9 世纪末至2 0 世纪初。在2 0 世纪中期出现了大量定性描述的河流分类系统， 如l e o p o l da n dw o l m a n 6 2 】综合野外工作和水槽实验提出三种河型的分类方案：辫 状河、曲流河、顺直河；r u s t 8 3 】应用河道分汊指数和弯曲度将上述3 种河型补充 成为顺直河、曲流河、辫状河及网状河4 种类型；s c h u m m l 8 4 按沉积“作用一响应” ( 把河流地貌形态和流量、沉积物联系起来) 及河流的主要负载形式分为：底负 载型( b e dl o a d ) 、悬浮负载型( s u s p e n d e dl o a d ) 、混合负载型( m i x e dl o a d ) 。m o n t g o m e r y 和b u f f i n g t o n 6 9 】将山地集水区内的河流按照整体地貌特征确定了8 种河段类型： 山坡段、深谷段、塌陷段、瀑布段、阶梯一深潭段、平坦河床段、深槽浅滩段以及 沙波河段，反映了不同类型的河段对沉积物供给和流量变化的响应。t h o r n b u r y t 眄1 按构造控制因素( 河流与区域构造的成因联系和空间分布关系) ，将河流划分为顺 向河、先成河、后成河和叠置河。r o s g e n l 8 1 , 8 2 】的分类模型运用河道几何学原理， 采用了定量方法，根据河道下切比、宽深比、蜿蜒度等特征划分了8 种一级类型， 然后根据河流纵向坡度和河床物质粒径等参数共划分了9 4 种二级类型，该分类体 系的分类标准特点是客观的测量数据，来自不同测量人员的数据能够重复。目前， r o s g e n 的分类方法已广泛应用于河流开发管理规划中。 随着生态学和水文学的交融与发展，河流分类从传统的地貌分类拓展到生态 2 1 绪 论 学、水文学等领域，而且分类体系众多。按照分类的学科背景或主导分异因子， 有基于地貌特征、水文特征、生态特征、物理化学生物综合特征、水质、保护价 值以及功能等多种分类体系【4 圳。 基于生态的分类体系方面，h u e t 5 4 】提出结合河道坡度与宽度进行河流的纵向 分区。这些分区与典型鱼类群落的分布相对应，从上游窄、陡的小河流到下游宽、 浅的大河，典型鱼类群落依次是鲑鱼群落、河鳟群落、鲤鱼群落以及河口鱼类群 落。在美国，许多河流分类系统 4 6 , 6 8 , 7 1 】都结合了区域尺度的生态区和微尺度的栖 息地，成功地预测了鱼类物种分布、水化学和物理特征。o m e m i k 7 5 划分了美国水 生态区，将生态系统及其组成相对同质的区域合并在一起【l 吲。在景观生态学的影 响下，b e m a n 提出了一个基于景观结构和过程的内在过程等级模型( g e n e t i c p r o c e s sh i e r a r c h y ，g p h ) ，通过对景观结构和过程的分类，来评估河流生态系统的 脆弱性和完整性。该分类框架是基于流域过程而建立的，可以应用于多个时空尺 度。 基于水文的分类体系有b u n n7 f a r t h i n g t o n 3 6 】提出的流量节律对水生生物多样 性产生影响的4 条重要原理：流量对于河流栖息地具有决定性作用，决定着生物 构成；水生生物的生活史策略主要用来应对流量变化规律；维持纵向和横向 的连通性对于河流物种的种群生存力具有关键的作用；河流中外来物种的入侵 和演替也是由于流量节律的改变而引发的。流量变化影响了河流植物、无脊椎动 物和鱼类。p o f f 等【_ 7 8 】认为水文节律( 流量大小、变化频率、持续时间、时刻、变化 率) 是一种调节生态完整性的控制变量。j o n e s 和p e t e r s 5 7 为了创立一个客观的、 可重复划分未污染的河流群落结构的方法，对河流流量节律进行了分类。p o f f 和 w a r d 7 7 】构建了一个概念性河流分类模型，基于4 种水文特征( 间歇性、洪水发生频 率、洪水可预测性和整个流量的可预测性) 将全美的7 8 条河流划分为9 种类型，并 进行了等级排序。 基于河流价值的分类体系，考虑了河流的人类利用或社会服务功能进行的分 类，对河流管理很有帮助。澳大利亚和新西兰的国家水质管理战略【4 2 】认为水的使 用有6 种类别：水生态系统、初级生产、休憩和美学、饮用水、工业用水以及文化 和体育价值。英国河流保护评估系统【3 2 】使用6 个保护基准和1 个影响基准评估了全 国河流的保护价值，6 个保护基准是：物理多样性、自然度、代表性、稀有性，物 种丰富度和物种属性。该评价针对6 个保护基准赋以权重，将属性数据转变成1 5 的分值，总指数分为从a 至e 的5 种级别，来评估保护价值。 1 2 4 河流生境分类研究进展 水生生境的分类开始并未有单独分类系统，而是随着人们对河流健康、河流 管理等的需求和认识不断加深提出的。河流生境分类是从地貌学、水文学、生态 3 重庆大学硕十学位论文 学等学科的综合运用中产生的，随着对河流复杂系统认识的不断加深，河流生境 分类的发展也从宏观大尺度到等级系统，从线状河流到以水生态区为背景，从结 构指标到过程指标，从定性到定量。但是，生态系统的复杂性是任何单一学科的 参数都无法全面描述的，而且任何学科本身都有它的历史局限性，加上科学性与 管理上的可操作性之间还存在着距离，这就意味着，难以获得一个完善的分类体 系。 早期河流生境分类企图反映对河流作为一个纵向上从源到汇连续性的理解 【8 3 1 。n o r d 7 2 1 和s t e i n b e r g t 8 9 】在密西西比河上游的集水区内提出了大尺度下基于河流 的地貌和航行特征的分类：主航道、航道边界、尾水、侧道、河流湖泊和池塘、 泥沼等。a r c h e re ta 1 【2 7 1 和c a r t e re ta 1 【3 7 1 设计了一个相似的分类系统，绘制了美国科 罗拉多州河流水生生境图，但更强调地貌特征。c o b b & c l a r k 3 8 和c o b b 3 9 发展了 水生生境分类系统，在密西西比河下游描述了水生区域基于河流地貌和航道特征 的生境分类。这些分类系统不够全面，因为它没有解决空问尺度较小的水生生境。 但是，微生境对干扰最为敏感，而河流景观对干扰的敏感性相对较小。在合适尺 度的空间分辨率下，依据出现的情况，水生生境可以进一步分类，生境条件在流 水中可以被定义为使用水温、溶解氧、溶解固体、悬浮固体、流速、紊乱度、深 度、底质类型、可见度和覆盖物等进行描述【4 8 ，5 6 ，s 0 1 。 在过去的2 0 年内，河流生境分类系统逐渐采用分级结构，即将某点生境置于 一个河段或更长、河网和集水面域内。所以尺度问题是河流生境研究首先要明确 的关键问题，不同尺度生境对应不同的评估参数和指标体系。w a 盯e n 【l 叭】进行了第 一次的尝试，定义了1 1 个空间单元，从区域尺度( 1 0k m 2 ) 到微观生境( 1 m 2 ) ，使 用了5 个变量：底质、气候、水化学、生物和文化；f r i s s e l l t 4 5 】应用等级理论的概念 讨论了河流分级问题，并建立了一个扰动和恢复的连续性生态敏感区，在拟定的 方案中，尺度序列从大到小依次是集水区、片段、地貌区、河段、地貌单元和水 文生物区，这种分等级设计同样支撑了地貌学评估和河流分类【3 3 ，7 0 ，9 8 】；m d b r y a n t e ta 1 【6 7 】在阿拉斯加的w a r dc r e e k ，从宏观尺度单元、中尺度单元和微观尺度单元 分别进行了河流生境描述；d a n i e lb w i l c o x 4 2 】在前人宏观河流分类的基础上对密 西西比河上游的微观生境进行了定量描述；l e o p o l de ta 1 畔】和h u t c h i n s o n 5 5 】对河 漫滩依据它们的地貌起源进行了分类。 目前学术界大多将河流生境分为两种类型来研究：一类是生态学家定义的栖 息地单元功能性生境；另一类是地貌学家定义的河道内物理栖息地单元 物理生境。功能生境是以河流中的介质为研究对象，由底质和植被类型组成。常 用的功能生境种类有无机类，如岩石、卵石、砾石等；植物类，如挺水植物、浮 叶植物、藻类等。物理栖息地的研究对象为流态，影响流态的因子有水深、流速、 4 1 绪论 河床糙率、坡降及河床底质结构等，根据这些因子可以对流态进行分类。常见的 物理栖息地类型有浅滩、缓流、水潭、急流、岸边缓流、回流等。 我国对河流生境分类所进行的研究不多，已有的研究大多是关于河流分类系 统【14 】和基于地貌学和水利学的河型分类【1 6 , 2 3 ，对河流生境的分类存在尺度不全面、 或者描述简单，从生态学角度对河流生境分类缺乏，对于相对应的河流生境中的 动植物调查不足，定量描述就更缺乏。 1 3 本文研究目的和意义 1 3 1 研究目的 自古以来，许多文明的起源离不开河流，虽然河水仅占地球水总量的万分之 一，但却是人类及其他生物维持生命的重要水资源。随着社会经济的发展，人类 对河流无度的索取、不合理开发和利用，已经引发了河流自身和周边环境的一系 列问题，如许多河流出现了断流、河道淤积、水环境恶化、生物多样性锐减等问 题。 本文以长江的一级支流澎溪河为研究对象，通过理论分析与实验观察相结合， 野外调查、取样与室内分析、测试相结合，定位研究与面上研究相结合，传统技 术与现代技术相结合的方法，以澎溪河流域不同河段为例分别进行了溪流结构分 级、河流生境分类、水位变动影响下河流生境的变化、河流生境需水等分析，为 河流的有效保护、管理提供科学依据。 1 3 2 研究意义 我国西南地区河流众多，大多数是典型的山地河流，其典型特征是生境的多 样性、异质性高，环境梯度明显。山地河流生境是山地生态系统的重要组成部分， 是维持山地生态系统健康稳定的基础。如今，这些地区水电开发的形势严峻，绝 大多数河流以及这些河流从源头到下游的所有河段，都被各级大小的梯级水坝所 阻隔、分割，河流生境片断化趋势尤为严重，直接威胁到流域生态系统健康。部 分河流缺乏有效管理甚至出现了河流断流、河流生境片断化、水质恶化等后果，严 重影响河流生态系统的结构和功能。 河流生物健康与河流生境的存在有必然的内在联系，河流地貌过程决定河流 生境状况，进而决定河流生物的生态环境结构，而生态环境结构是生物健康的基 础。所以，河流生境是评价河流健康和生态保护、修复的重要依据，而如何正确、 合理的划分不同尺度的河流生境是对河流科学认识的关键，同时对河流的生态保 护和科学管理具有重要的指导意义。本文的研究是对河流生态学研究的拓展，是 对河流生境生态学体系的补充，可为受水电站等人为干扰的河流生境恢复、重建 5 重庆人学硕士学位论文 提供科学依据，也将对三峡库区和我国西部山地河流的生态环境保护、资源的合 理开发利用等方面产生积极影响。 1 4 研究内容及技术路线 1 4 1 研究内容 本文以位于三峡库区腹心区域的一级支流澎溪河为对象，进行山地河流生境 生态学的初步研究，主要研究内容包括以下几个方面： 山地河流流域结构分析：利用s p o t 卫星影像( 15 m 分辩率) 和1 5 0 0 0 0 地形 图为河溪数据源，通过遥感解译和g i s 分析，结合野外调查，对山地河流流域结 构进行分级，对各级河溪特征进行分析，以及对影响各级溪流生态环境的干扰源 进行了分析。 按不同角度、不同空间尺度构建河流生境分类体系，同时结合实地调查资料 对不同角度和不同尺度下河流生境的特点进行定量和定性的描述。 以受三峡水库蓄水影响的澎溪河下游段为例，基于定性和定量调查，研究水 位变动影响下河流生境的变化及其生态效应。 对受梯级电站影响的澎溪河上游东河的生态需水量进行分析。 1 4 2 技术路线 研究采用理论分析与实验观察相结合，野外调查、取样与室内分析相结合， 定位研究与面上研究相结合，传统技术与现代技术相结合的方法，在精密设计实 验的基础上制定统一的取样与分析标准。具体技术路线见图1 1 。 6 1 绪论 文献研读理论分析 1r1p 提出问题，分析形势 1r 1r 利用3 s 技术收集相关 确定研究区域 资料 r 野外调查 1r 河流生境研究 上 1 l、 r1r 河河河生 溪 流流境 结生 生的 构境境 生 分分的 态 级 类 变需 化水 1r 结论与展望 图1 1 技术路线 f i g1 1t e c h n i c a ll i n ef o rt h er e s e a r c h 7 2 研究区域概况 2 研究区域概况 澎溪河是位于三峡库区腹心地带的长江一级支流( 图2 1 ) ，是三峡水库重庆库 区万州以下流域面积最大的长江支