河流健康诊断与评估

1、河流健康诊断与评估WTDstandardizationoffice【WTD5AB-WTDK08-WTD2C】编号（学号编号毕业论文（2012届本科）题目：河流健康诊断与评估学院：水利学院专业:水利水电工程（专升本）姓名:袁礼伟指导教师：宓永宁教授完成日期：2012年06月10日目录摘要河流健康是人类赖以生存和发展的必要条件，对河流健康的评价研究则是关系到人类社会有序、健康、可持续发展的重要课题之一。一个完整的河流评价应该涵盖各个尺度，而且影响河流健康的主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关，因此河流健康评价首先要明确的关键问题就是评价的尺度问题。本文从河流的尺度划分和河流健康评价

2、的尺度间转换关系两方面进行了研究。主要工作及成果如下：1、从河流健康的涵义、发展历程及其评价目的出发分析了从尺度方面研究河流健康以及建立尺度间指标转换关系的必要性。2、归纳了流域的点、线、面三种尺度的划分方法及各尺度的特点、尺度之间的相互关联。着重研究了点、线两个尺度的进一步细分，即生物斑点、工程河段、景观河段和全河长的概念及其相互关系。3、分析研究了各尺度的评价方法，将相邻尺度间的指标分类为相同指标及不同指标，分别建立了转换关系，并在每个尺度上筛选出10个指标分别进行了相邻尺度上的具体转换分析。关键词：河流；健康；评价；尺度；转换AbstractRiverhealthisanessentia

3、lconditiontosupportlifeexistinganddeveloping.Researchonriverhealthisakeyprojectthatcloselyrelatestoorderliness,healthandsustainabledevelopmentofhumansociety.Everyspatialscalesshouldbeincludedinthetheoreticalframework,andtheinfluencefactors、managementofriverhealthisalwaysrelevanttospatialscales,sothe

4、keypointoftheriverhealthassessmentisclarifyingofspatialscales.梏梏Themainworksandconclusionsareasfollowing:Thenecessityofassessriverhealthindifferentspatialscalesandtransformationoftheindexesbelongingtodifferentspatialscaleswasanalyzedbasedontheexistingconceptsandtheaimoftheassessment.Dividationmethod

5、sandfeatureslongingtospotlineandareascalesweresummarized.Abriefintroductionofcriterionincludingbiologicalspot,projectsection,landscapesectionandentireriverisgiven,andalsotherelationshipsbetweenthemweregivenup.Thispaperdefinitethedifferentindexesbetweendifferentspatialscales,andestablishtherelationsb

6、etweenthem,tenindexesbelongingtodifferentscalesareanalyzedindetail.KEYWORDS:river;health;assessment;spatialscales;transformation前言人类从水中走上陆地，并在河边定居、生息和发展，河流是人类生存的基础和文明的摇篮，河流的生命与人类的生存和发展息息相关。历史上，许多灿烂的文明都是依河而兴，河流不仅主导着文明的兴衰，还向人类提供了可再生的水资源、实拍、排洪、景观、航运等服务，体现着河流生态系统中健康的生物链，对维持地球生物链完整、保护人类生存条件有着重要意义。一旦河流自身生

7、命系统发生危机，以河流为依托的其他生命系统也就失去了存在的基础。人类在漫长的进化发展过程中，对河流长期不合理地开发利用以及大量工农业以及生活污水的任意排放，严重干扰和改变了河流的自然状态，导致水源枯竭、湿地消失、河床抬高、河槽萎缩、河道断流、水体污染等问题，使得河流的自然状况受到了越来越严重的干扰，严重影响了河流的健康，甚至威胁到了河流的生存。尤其是近年来，随着人口的大量增加和经济的迅猛发展，河流的健康问题带来的诸多副作用越来越明显，进而危及到了人类经济社会的进一步发展，越来越成为人类社会发展的桎随着“可持续发展”观念的深入人心，人们开始反思人类与河流的关系，开始认为河流也具有“生命”，而河流

8、生命的健康状况不仅决定着其自身的演变发育，还影响着人类社会的生存和发展。河流健康概述河流健康概念自然河流经历了数万以至数百万年的演变过程，受到自然界本身和人类活动的双重干扰。对于自然界的重大干扰，比如地壳变化、气候变化、地震、火山爆发、山体滑坡等，河流系统的反应或是恢复到原有的状态，或者滑移到另外一种状态，寻找新的动态平衡，逐步走入良性轨道。在这个过程中，河流系统一般表现出一种自我恢复的功能。人类活动特别是近一二百年工业革命开始的大规模经济活动，包括水资源过度开发利用，经济发展带来的水污染，对于河流生态系统的干扰所造成的影响往往是系统自身难以恢复的，严重的干扰往往是不可逆转的。科学界普遍认为人

9、类大规模的经济活动是损害河流生态系统健康的主要原因。人类与河流的关系符合否定之否定、螺旋式上升的发展规律。从上述人类与河流关系的发展经历来看，正是过去在生存发展的压力下，对河流社会功能过度开发而导致自然功能衰退，超过了河流的承载力，进而严重制约社会经济的可持续发展。正是在这一背景下，人们提出了河流健康的新理念，其目的是使河流自然功能得到一定程度的恢复，最终使河流自然功能和社会功能得到均衡发挥。河流健康是一个新概念，是在“河流生命”存在的前提下，人类对其生命存在状态的描述。河流健康并不仅仅简单等同于河流生态系统健康。河流生态系统以生物群落为主体，河流仅仅作为生物生存的环境出现；在河流系统中河流才

10、是主体，河流生态健康以生物群落健康为主体；而河流健康首要必须考虑的是河流本身结构和功能的健康。所以说,仅仅从生态系统健康的角度出发来研究河流健康是远远不够的。同时，对绝大多数河流而言，河流不仅是自然的河流，更是社会的河流。健康的河流是自然功能和社会功能获得平衡的河流，是河流自身生存发展和人类开发利用相对平衡的河流，是人类利益和河流利益相对平衡的河流。因此说，健康的河流应当满足3方面的要求：河流自身结构完整、功能完备；具有满足自身维持与更新的能力，能发挥其正常的生态环境效益；满足人类社会发展的合理需求。关于河流健康的定义，至今没有达成一致的意见。总体来看分为两类，一类认为河流健康基本等同于河流生

11、态系统健康，河流健康是一个描述河流生态系统的完整性与河流生态条件的总体状况的概念，对于那些基本没有防洪要求的河流，可以采用这种定义。在这种情况下，河流健康评价仅是对河流生态系统状况的评价，即以河流生态系统作为评价对象，河流健康与河流生态系统健康的概念是一致的，国内也有学者对河流生态系统健康进行了专门的研究。另一类认为河流健康既要有良好的河流生态系统，还要有合理的社会服务功能，如水资源开发利用功能、水能利用功能、防洪功能和娱乐功能等。我国河流的兴利与防洪要求比较突出，因此宜采用第二种定义。在这种情况下，河流健康与河流生态系统健康的概念就发生了分歧。这为在当前大力提倡生态保护的形势下，仍有必要修筑

12、某些堤坝提供了理论依据。表1-1对河流健康内涵的不同理解时间提出者河流健康内涵1996Schofield河流健康指与相同类型的未受干扰的（原始的）河流的相似程度，尤其是在生物完整性和生态功能方面1997Meyer能维持河流生态系统的结构与功能，同时满足人类与社会的需要和期望，在健康概念中涵盖了生态完整性与人类的服务价值19991999Norris等Fairweather1999Karr2002An等2005董哲仁2006Vugteveen认为健康的生态系统即生物完整性以及可持续性河流健康包含着活力、生命力、功能未受损害及其它表述健康的状态，应包含公众对河流的环境期望认为河流健康即河流生态完整性

13、，采用IBI方法评价河流健康健康即完整性，采用生物完整性、生境状况和化学参数评价河流健康河流健康不是严格意义上的科学概念，而是一种河流管理的评估工具能维持生态系统结构和功能（活力和恢复力），同时满足社会经济需要的能力河流健康评价河流健康的评价是指采用一定的指标群，根据调查和监测资料，对河流的健康状态做出描述，确定主要的影响因素，存在的主要健康问题，从而为河流的管理和规划提供决策依据。目前关于河流健康评价体系的研究主要集中在河流健康的综合评价方面。河流生态系统健康的评价经历了几个不同的发展阶段，即水质评价、水量评价、生态健康评价，生态系统服务功能评价。此外，我国从自己的国情出发开展了河流健康评价

14、的研究。（一）水质评价对河流健康的评价与河流健康问题密切联系。最初对水体的最大破坏来自于污染物，因此关于河流健康的评价最早开始于水质的评价。19世纪末期从已严重污染的欧洲少数河流开始，评价指标只有生化需氧量BOD、化学需氧量COD,大肠菌群和细菌总数等几项简单的卫生学指标。以后随着工业的发展，大量的污染物质随工业废水进入了水体，严重地影响了水生生物和人类的健康，于是又引入了重金属、农药和有机化合物等有毒、有害物质指标、反映富营养化的氮磷指标、致畸致癌物质指标。生物是河流水生态环境的一个重要部分，指示生物具有很强的环境代表性，能够准确表达水环境的状态，并且水生生物监测也不需要昂贵的分析仪器，因此

15、，生物指标也成为了水质评价的重要指标，并成为了长部分国家水质评价的主要依据。鱼类和底栖无脊椎动物因为具有易测量、稳定等优点而常被作为水质监测的生物指示物种。(二)水量评价随着水资源开发利用量的增加，河道内水量日渐减少，导致了水生生物多样性的锐减，河流管理中生态环境需水量的评价开始受到了重视。20世纪40年代末，随着水库建设和水资源开发程度的提高，美国的资源管理部门开始注意和关心渔场的减少。60年代前后开展了许多关于鱼类生长繁殖和产量与河流流量关系的研究，从而提出了河流最小流量的概念(国内称为生态环境需水量，国外称为(environmentalflow),并提出了许多的计算评价方法，如Monta

16、na法，河道内流量增加法(IFIM)等。20世纪70年代以后，澳大利亚、南非、法国和加拿大等国家也相继开展了鱼类生长繁殖、产量与河流流量关系的研究。20世纪90年代以后，我国在西北、华北等许多地区也开始了生态环境需水量的研究。目前，在44个国家己经产生了大约207种生态环境需水量的评价方法。河流生态环境需水量的评价方法主要有四种，即水文学方法、水力学方法、栖息地等级法和整体分析法。生态环境需水量评价方法虽然很多，但在具体使用中还存在不足之处，例如IFIM法，它是生态环境需水量评价方法中使用较广的方法之一，是把大量的水文水化学现场数据与选定的水生生物物种在不同生长阶段的生物学信息相结合，进行流量

17、增加的变化对栖息地影响的评价。但King和Tharme指出传统的IFIM法将其重点放在一些河流生物物种的保护，而没有考虑诸如河流规划以及包括河流两岸在内的整个河流生态系统，由此计算出的生态流量值，并不符合整个河流的管理要求。（三）河流生态健康评价20世纪80年代，西方国家河流管理的重点由水质保护拓展到了河流生态系统的恢复，开始强调用生态工程方法恢复河流的生态系统，回归河流的自然功能。莱茵河“蛙鱼2000计划”、美国的密苏里河自然化工程、基西米河生态修复工程等一系列的河流生态修复工程付诸于行动。同一时期，维持河流生态系统的健康成为了河流管理的重要目标。在修复和管理工作中，常需要调查河流水生生物的

18、种类和数量，建立相应的指标体系用于评估河流的生态状态，判断配水效果、河流修复效果和河流管理的整体效果，作为制定管理或修复计划的依据。只对河流健康部分内容进行评价的水质评价和水量评价已远远不能满足河流管理的需要，于是，河流健康评价的内容也发生了变化，开始转向对河流生态状态的评价。我国2002年8月新出台的水法21条也明确规定“开发、利用水资源，应当首先满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水以及航运等需要”，“在干早和半干早地区开发、利用水资源，应当充分考虑生态环境用水需要”。水资源政策的改变和监测计划的实施进一步促进了河流生态评价工作的发展。（四）生态系统服务功能评价生态系统服务功

19、能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。由河流健康概念的演变过程看，在河流健康概念中同时考虑人类价值，已经逐渐为人们所接受。河流的社会服务功能也应该是河流健康的组成内容之一，河流健康的评价内容需要同时考虑自然生态价值和社会服务价值。但事实是生态系统健康和生态系统服务自创建以来就呈现出不同的发展特点，很少有将两者结合起来的综合研究。在生态系统健康评价上，对生态状态的评价和生态系统服务功能的评价一般也是分开进行的，很少把两者结合起来进行。1997年Costanza等对全球主要类型的生态系统服务功能的价值进行了评估，揭开了生态系统服务功能价值研究的序幕。但目前在淡水

20、生态系统方面的研究相对滞后，研究成果较少。评估方法主要为享受价格法、旅行费用法和支付意愿法。美国学者在这方面的研究相对较多。Loomis等曾讨论了恢复美国PlatterRiver的5种生态系统服务功能的总经济价值。Cameron等用旅行成本法评估了美国Columbia河流域水位变化时的休闲娱乐价值。Brown等在科罗拉多CalaPoudre河上进行了径流量与风景优美程度感觉关系的调查与经济价值评估。国内，王寿兵等用意愿评估法评价了上海市苏州河生态系统的景观服务价值。赵军等用同样的方法对上海河流生态系统的支付意愿进行了调查分析。近期，蔡庆华等提出了从水量、水质、水能和水生生物四方面建立淡水生态系

21、统服务功能的评价指标体系。赵同谦等建立了包括河流在内的水生态系统服务功能评价指标体系，对全国水生态系统的综合价值进行了评估。（五）河流生命健康评价由于河流健康评价指标体系涉及的研究领域较宽，内容较多，制约河流健康的因素以及相互之间的关系也较为复杂，因此河流（生命）健康评价目前还处于一个起步阶段，现有长的评价理论和方法都有待于进一步完善。国内外研究进展国外研究进展（一）美国美国环保署（EPA）于1989年发展了快速生物评价协议RBPS，为用生物集合体资料作为生态健康指标提供了一个技术框架，经过近10年的发展和完善，于1999年推出新版的RBPS。RBPS采用着生藻类、鱼类、大型无脊椎动物评价河流

22、状态，通过对生物群落的结构、功能、过程（process）的度量达到评价的目的。该方法以无人为干扰或人为干扰极小的河流作为参照点，相应于生物指标测量位置的物理化学等生境指标用于帮助解释和修正（calibration）生物指标，确定参考状态，其中河床表层生境、河床泥沙组成等10个生境指标用于表征栖息地质量。具体应用时将测量点的栖息地质量与参考点比较，如相等，直接进行生物指标比较，不相等则先调查栖息地对生物的支撑能力，再判断生物质量，由此使生物质量评价能真正反映河流的损害程度。RBPS可推广用于其它地区，它对数据要求相对较高，需要基于大量的实测数据。美国的国家水质目录（NWQI）为水清洁法提供两年一

23、次（19%年后五年一次）的全国水质（包括河流状况）报告。NWQI的内容包括物理化学水质资料、生物资料（如物种类型和丰富度）、栖息地和辅助资料（如土地利用）。NWQI的目标是描述水质特征，确定在全国范围内有重要意义的水质问题，描述修复和保护水体的各项计划的情况等。由于评价定期进行，NWQI可反映管理的执行情况，为管理策略的制定提供依据。（二）英国英国在20世纪90年代建立了河流保护评价系统（SERCON）,用于评价河流的生物和栖息地属性及其自然保护价值。SERCON是一种综合性评价方法，采用了35个特征指标，从物理多样性、自然性、代表性、稀有性、种群丰度、特有特征等方面对河流进行评价。瑞士用于评

24、价河流和湖泊的Aqua系统采纳了SERCON方法。SERCON方法需要大范围的资料收集，另外，对于“自然性”的标准也存在很大的争议。同一时期英国还建立了河流栖息地调查(RHS)方法。RHS建立的目的是发展一种国家标准化系统，用于河流物理结构的测量、分类和定期报告。测量变量包括背景资料、长江河岸特征资料、河道资料(基质、沉积物特征、流量类型等)和其它的位置资料(河谷形状、土地利用、洪泛地特征等)。通过对全国3000多个河流位置取样，收集了丰富的数据资料，用参考点的资料产生了一个联系物理结构和栖息地质量的预测模型。RHS可用于为SERCON提供物理信息资料，其优点是较好地将物理栖息地和生物组成联系

25、在一起，不足之处是生物和部分栖息地组成之间的联系未能明确，定性指标和定量指标的混杂使得统计检验比较困难。澳大利亚澳大利亚在河流健康评价方面做了大量的工作。澳大利亚的水生生物环境质量指数(IAEQ)用于评价维多利亚州的内陆水体，评价指标分为水质、泥沙中的有毒物质、大型底栖无脊椎动物、鱼类和河岸植被等5部分，以自然状态或无干扰状态作为评价标准，每个指标分为极好、好、中、差和退化五级。由于要求的数据资料内容较多，即使在维多利亚州也很难使用。维多利亚的河流环境状态(ECVS)采用了河床组成、河岸植被、濒危植被、覆盖物、水深、流速等10个指标，主要用于评价维多利亚州河流的环境状态，指标等级为5级，并考虑

26、了不同指标的权重。由于以定义的栖息地的适宜性作为标准，使评价结果与实际情况有所出入，评价效果并不理想。产生于澳大利亚昆士兰的河流状态调查(SRS)方法用于评价河流的物理和环境状态，测量变量包括水文、河道栖息地、横断面、景观休闲和保护价值等11个方面的内容，以无干扰状态作为评价标准，状态分级从参考状态(100%)到退化状态(0%)。该方法从不同的空间尺度上对河流状态进行测量，信息比较全面，不足之处是变量中没有考虑水质和水生生物指标，一些测量参数和生物之间的联系不是很明确。Ladson提出的维多利亚溪流状况指数(ISC)用一个分级系统评价溪流状态，主要用于测定非城市河流的状态，点明河流管理中的潜在

27、问题，它的指标结构分为3层，子目标层由水文、水质、物理结构、河岸带和水生生物5部分组成，指标层包括19个指标，通过评分法对指标赋值，根据总分值确定河流健康状态。ISC对子目标层的分类简洁而明确，既包含了河流生态系统的关键组成部分，又保持了各部分之间的独立性，是其较成功的一点，它的不足之处是参考状态的选择具有一定的主观性，缺乏对指标动态性变化的考虑，由于选取的指标数量比较少，不能完全揭示河流存在的健康问题。地貌河流类型(GRS)方法的设计原则是植被和地貌过程的直接联系提供了河道栖息地评价的可能性，因此也间接和河流生态联系在一起。GRS用于河流状态评价包括比较和预测两种方法，比较是对现有河流特征和

28、过程与无干扰状态下期望得到的进行比较；预测是基于目前的河流过程、泥沙量和河流过程的理论概念预测未来的河流特征和过程。GRS方法完全是基于地貌学理论进行比较和预测，对专业知识的要求比较高，另外，在目前的研究水平下，地貌和生物之间的确定性关系还没有建立，这种方法得到的判断结果具有一定的主观性。栖息地预测模型(HPM)方法用于河流物理状态的评价，并具有预测功能。它的工作方法是通过对某一位置无退化情况下预测的局部栖息地特征和实际观测到的栖息地特征的比较评价河流状态，评价原理类似于AUSRIVAS法，不同之处是AUSRIVAS用物理化学指标预测生物群落，HPM用大尺度流域特征预测局部尺度溪流物理栖息地特

29、征。对于HPM,预测变量的选择很重要，选择不当会影响预测结果。南非在南非伴随着国家快速生物评价计划，发展了栖息地整体评价系统(IHAS)和栖息地完整性指数(IHI),IHAS的测量内容包括了基质、植物和河流物理状态等。IHI用于评价栖息地主要干扰因素的影响，包括饮水、水流调节、河床与河道的改变、本地岸边植被的去除和外来植被的入侵等内容。国内研究进展西方发达国家在20世纪50年代水能水资源开发就已基本完成，80年代，河流管理的重点由水质保护转向了河流的生态恢复，而我国目前还处在水利水电建设的高峰时期，河流保护工作处于水质恢复阶段。由于国情明显不同于西方发达国家，我国的河流管理目标也不同于西方国家

30、，为河流管理服务的河流健康评价也与西方国家有所区别。较早建立的水环境评价指标体系有1999年上海市环境监测中心建立的适用于黄浦江水环境状态评价的指标体系，包括了理化指标、生物指标、营养状况指标、景观指标等四部分内容。20世纪90年代以来，由于断流、水污染、河床萎缩等一系列问题的出现，河流健康受到了关注2002年黄河水利委员会主任李国英在全球水伙伴中国地区委员会治水高级圆桌会议上提出了“维持河流生命的基本水量”的概念，以后又根据黄河的具体情况，提出了“维持黄河健康生命”的治河新理念，以“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬高”作为体现终极目标的四个主要标志。至此，河流健康生命的研究受到了

31、重视，并推广到了淮河、长江、珠江等大江大河。水利工作者们开始了对河流健康（生命）评价理论的探讨。关业祥提出河流是否健康可以从四个方面判断:是否具有足够的河流动力；是否具有与之相适应的调蓄空间；能否基本维系河流生态系统的协调平衡；能否有效发挥河流的综合服务功能。冯普林针对渭河面临的洪水、水污染等健康问题，建立了包含11个指标的渭河健康生命评价指标体系。陈以确以福建省的河流为背景，提出了“三维持三维护模式”，的河流健康生命指标体系。耿雷华等从河流的功能出发评价河流健康，建立了包括河流的服务功能、环境功能、防洪功能、开发利用功能和生态功能等5个准则层25个指标的河流健康评价指标体系，并采用层次分析法

32、和评分法建立了河流健康的评价模型。林木隆等提出了由河流形态结构、水环境状况、河流水生物、服务功能、监测水平等5大类20个指标组成的珠江流域河流健康评价指标体系。在黄河和长江两大河流上，建立河流健康（生命）指标体系的工作也受到了重视。长江水利委员会在2005年4月正式出台了由总目标层、系统层、状态层和要素层构成的健康长江指标体系。该指标体系以河流的整体管理为目标，以流域为评价单元，反映了健康长江管理关注的总体内容和管理目标。刘晓燕等提出了包括低限流量、河道最大排洪能力、平滩流量、滩地横比降、水质类别、湿地规模、水生生物和供水能力等几个因子的黄河健康生命指标体系赵彦伟等、殷会娟等、张可刚等提出了包

33、含水量、水质、水生生物、物理结构和河岸带5大要素的河流健康评价指标体系。张凤玲等建立了以城市水环境改善为目标，包括水文特征、水环境质量、水生态系统结构与功能、水滨空间结构、景观效果、胁迫因素等6方面内容的城市河湖生态系统健康评价指标体系。由于河流健康评价指标体系涉及的研究领域较宽，内容较多，制约河流健康的因素以及相互之间的关系也较为复杂，因此河流（生命）健康评价目前还处于一个起步阶段，现有的评价理论和方法都有待于进一步完善。综上所述，我国的河流生命健康评价还处于起步阶段，无论是在指标体系的建立还是在评价方法的构建方面都有待于进一步的完善，现有的河流生态评价指标体系在结构上基本沿用了ISC的指标

34、结构模式。国内外研究对比国外的河流健康评价反映的是河流生态状态的优劣，较少涉及河流对人类的服务功能。评价指标主要包括生物指标和栖息地环境指标。河流的水质污染、水文状态和物理结构的改变、外来物种的引入等引起的生态状态的恶化都会在河流生物的结构和功能上有所反映，因此生物指标成为了河流健康评价的主要指标。常用的指示生物包括鱼类、底栖无脊椎动物和着生藻类等。对于生物指标，如果只使用单一指标，当外界干扰在更高层次上对生态系统的结构和功能作用而没有造成物种变化时，这一方法就会不敏感。采用不同生物组织层次上的多个指标可反映这种变化。美国的生态完整性指数IBI通过对鱼类类群的组成和分布、种多度以及敏感种、固有

35、种和外来种等方面变化的分析，来评价水体生态系统的健康状态，共采用了12项指标。对河流栖息地状态的评价指标是河流健康评价的又一类重要指标。河流的生物状态很大程度上决定于栖息地状态，因此对栖息地的评价是生物评价的一个合理替代，关键在于选择的指标和生物的关联是否确定。栖息地的控制因素包括水流状态、河道结构、地貌、水质、河岸带、基质、人类干扰等。用于水流状态评价的指标包括水深、流速、流量等；河道结构指标包括河流的蜿蜒度、深潭和浅滩等不同地貌形态的数目及范围、人工建筑物等，河流形态的多样性是生物多样性的基础；水质指标包括pH值、溶解氧、浊度、电导率等，是水流污染程度的直接指示；基质指河底材料的组成，例如

36、卵石、砾石、沙土等，为鱼类提供了产卵和遮阴场所；河岸带指标包括河岸的宽度、植被的完整性、覆盖率、连通性、外来物种比例等；人类的干扰包括外来物种引入、渠化、抽取地下水、土地开发国内河流健康评价由于通常将河流对人类的服务功能纳入在内，所以指标选择通常还包括防洪能力、通航能力、发电能力等方面的指标。表1-2综合评价法中涉及的评价内容方法应用地区河流健康综合评价方法的指标评价内容水文水质物理结构、rL.LJ河岸质量水生生物防洪景观休闲社会功能RBPS美国NWQI美国SERCON/RHS英国RCE美国、瑞士、意大利IAEQ澳大利亚ECVS澳大利亚SRS澳大利亚ISC澳大利亚GRS澳大利亚HPM澳大利亚赵

37、彦伟中国张可刚中国需要进一步研究的方向河流健康的研究还是一个相对较新的领域，在理论和方法上都有待于进一步的完善。河流健康涉及内容较多，从自然因素到社会因素，从河流、水生生物到人类社会，导致了河流健康研究的复杂性，对其研究需要结合不同学科的知识。就研究现状分析，还需要在以下方面开展进一步的工作。（一）关于河流健康的定义在自然环境日益恶化的情况下，河流健康概念的提出，为河流管理设立了一个目标，但由于河流健康涵义的不明确，使河流健康概念很难获得实际应用价值。从河流管理的角度考虑，进一步明确河流健康的涵义有重要的研究意义，而明确河流健康概念，首先要明确河流健康的定义主体，判断河流生态系统和河流两种定义

38、主体，哪一种更能体现河流健康的内涵及思想。其次，需要明确河流健康包含的内容，在河流健康定义中具体考虑哪些自然生态价值和社会价值。河流在自然环境和社会环境中都扮演着重要的角色，作为河流管理对象的河流不仅仅是具有水文特性和水力特性的河流，还是具有生命特性的河流，更是人类社会发展的基础条件，这些在河流健康的定义中都应该有所体现。最后还要考虑以长怎样的方式处理不同利益体之间的关系。（二）关于河流健康评价的研究对象对河流健康的评价存在两种不同的方法，一种以河流生态系统作为研究对象，分别对河流的生态状态和服务功能进行评价;一种以河流作为研究对象，对其功能进行评价。以生态系统作为研究对象的评价，由于服务功能

39、不是生态系统的本质属性，导致不能将二者统一在同一指标体系中，对服务功能的评价也主要从价值的角度进行，而不能直接对功能进行评价。从这方面比较，以河流作为评价对象可以很好地将对生态的评价和服务功能的评价整合在同一指标体系中，因此，以河流作为评价对象更合适，但是否以河流作为评价对象就是最好的选择，这些都有待于进一步的研究。（三）河流健康综合评价的内容和方法的研究在河流健康综合评价方面，国内外学者都进行了探讨，其中针对河流生态系统的评价有较完善的评价方法，但在内容上主要集中于河流生态状态的优劣。针对河流的评价，理论上可同时反映河流自身及功能的健康，但现有的研究还多数停留在指标体系建立阶段，在指标的量化

40、和指标结果的综合方面还有待于进一步的工作。因此，在现有的研究状态下，河流健康综合评价的内容和方法还需加以完善。（四）河流健康诊断体系的研究目前在河流健康诊断体系方面的工作还主要集中在河流健康的综合评价方面，只可分析河流健康状态的优劣，不能判断河流健康的主要影响因素，而从河流管理的角度考虑，如果能通过评价确定主要的影响因素，将使河流管理措施的制定更具有针对性，并能为河流的修复工作提供有价值的信息。从河流管理的需求考虑，河流健康诊断体系在内容和方法方面都有待于进一步的完善。（五）河流健康理论构架的研究河流健康研究涉及水文学、水力学、生态学、地貌学等不同的学科，各学科的研究者们从学科自身角度对河流健

41、康进行探索，研究工作和内容相对比较分散，而河流健康的维护也需要各个学科的协同作战。河流健康研究理论构架的建立将有利于协调各学科的研究工作，合理地、综合地应用各学科的研究成果。河流健康分尺度评价的意义河流健康的研究尺度是指用于河流健康研究的空间尺度和时间尺度，即研究采用的空间分辨率和时间单位。尺度标志着对研究对象细节的了解程度，尺度选择不同，会导致科学对河流健康各组成因素间相互作用规律的不同认识，影响研究结果的科学性或实用性。对河流的开发利用和管理行为都是在一定的空间范围内进行的。影响河流健康的主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关。考虑河流健康的研究内容和人类的影响作用，用于河流

42、健康研究的空间尺度可选择面尺度、线尺度、点尺度。河流系统可作为河流健康研究的一个空间尺度。河流鱼类中的河海泪游鱼类、江湖洄游鱼类和河流鱼类在其生命史中需要不同的栖息环境，以河流系统作为研究的空间尺度，有利于全面维护河流的生物多样性。河流系统组成部分，如干流、支流、通江湖泊和湿地之间具有关联性特征，每一部分产生的河流健康问题都可能扩展到其它部分，以河流系统为单位对河流健康进行研究，有利于综合考虑河流的健康问题，达到彻底修复的目标河流是一个管理单元，是河流管理直接针对的目标，河流的水沙调控，水利工程建设对河流健康影响的分析、在河流上进行的水权分配等都直接面向河流。因此河流可作为研究的一个空间尺度。

43、河段是河流的组成部分，可根据研究问题灵活选择研究长度。河流流经的区域，各地的自然环境状态和社会经济条件差异较大，河流的空间变异性特征较明显。由于河段的尺度较其它空间尺度小，以河段为单位收集资料，可以为河流管理提供更详实的数据，而适当地划分河段，可保证资料在河段内具有一致性、代表性。另外，河流管理的具体行为，如工程措施、水功能区划分及管理、河流的修复等都以河段为单位开展工作，而河流管理的具体措施最终也将落实到一个个具体的河段。因此，以河段为研究尺度，有利于河流的具体管理。综上所述，不同的空间尺度各有特点，具体应用需要根据研究的问题选择，可选用一种尺度或多种尺度结合使用。本文的主要研究内容根据上文

44、的分析可见，对河流健康的分尺度研究还比较薄弱，可以做进一步的工作，本文将开展对河流健康的分尺度评价的初步研究，研究思路如下:1、研究河流健康以及建立尺度间指标转换关系的必要性。2、归纳流域的点、线、面三种尺度的划分方法及各尺度的特点、尺度之间的相互关联。着重研究点、线两个尺度的进一步细分，即生物斑点、工程河段、景观河段和全河长的概念及其相互关系。3、分析研究生物斑点、工程河段、景观河段和全河长各尺度的评价方法，建立相邻尺度间的相同指标及不同指标的转换关系，并筛选指标进行具体转换分析河流评价的尺度尺度简介河流生态状态评价的对象是河流生态系统。在河流的保护和管理中，河流生态系统被描述为四维空间系统

45、，即具有纵向、横向、垂向和时间分量。在纵向上，河流是一个线性系统，从河源到河口均发生物理的、化学的和生物的变化。在横向上，河流与周围的洪泛平原有密切的联系，河岸的植物起着调节水温、光线、渗漏、侵蚀和输送营养物质、维持水生生物食物链的作用，对河流生物生存具有重要意义，因此河岸带属于河流健康评价的范围。在垂向上，与河流发生相互作用的范围不仅包括地下水对河川径流水文要素和化学成分的影响，而且还包括生活在下层土壤中的有机体。生态系统的结构也会随时间不同而变化，反映出生态系统在时间上的动态性。河流生态状态评价的范围一般包括河道和河岸带。从评价对象和评价指标的空间属性关系考虑，评价尺度可以分为三种：面尺度

46、、线尺度和点尺度，每个尺度下又有几种常用的划分方法（见图2-1）。其中对于面尺度和线尺度，按照评价对象的空间大小和代表性，确定了不同尺度的评价层次。图2-1健康河流区划方法河流评价的空间尺度图2-2河流健康评价的空间尺度面尺度面尺度的区划主要是针对流域汇流区二维空间而言的。在健康河流评价指标体系中，对应面尺度的评价指标有：水土流失比例，森林覆盖率，水旱灾害损失率，农业面源污染比率，水资源开发利用率，血吸虫病传播阻隔率等等。这些指标的共同特征，是以流域二维空间为评价对象，指标值能表示一定面积范围内的评价对象的健康状态。常用的面尺度有以下几种：全球尺度、流域尺度、区域尺度（1）全球尺度河流是气候的

47、函数，河流的发生、生命及其演化都紧密地依赖于气候。从气候变化角度对河流进行研究可以选取全球尺度。河流是全球水循环系统中重要的一环。随着科学技术水平的提高，人类对全球水循环系统的干扰能力越来越大，温室效应、酸雨等全球范围的影响作用都会影响到河流系统的健康。只有在全球范围内规范人类的活动，才能彻底改善环境条件。因此，以全球尺度对河流进行研究有利于从源头上对河流健康进行维护。（2）流域尺度流域是以水为媒介融合起来的自然环境和社会经济综合体。河流的演变状态和各项功能的健康与否，主要决定于流域面积上的气候、地质地貌等自然条件和社会经济状态。另外，流域范围在时间上比较稳定，空间边界范围明确，因此可作为河流

48、健康的研究单元。流域可分为单一河流的流域和一个完整的河流系统对应的流域两种，可根据研究问题进行选择。以流域为单位对河流进行研究、修复和管理是目前河流健康维护的一种发展趋势，如美国的上密西西比河、伊利诺伊河、欧洲的莱茵河、澳大利亚的墨累河等的治理和管理就是从流域尺度上开展工作的。（3）区域尺度区域是某个地区或特定地域的一种泛称，面积可大可小。用于河流健康研究的区域可以是自然地理单元或社会政治经济单元（即国家管理的行政单元）。区域范围内的政策法规制度、社会经济活动和城市化规模、人口分布状态等都会对河流健康产生一定的影响作用。一些战略性的国民经济和社会发展规划也以区域为单位实施。因此，以区域为单位对

49、河流健康进行研究有利于对河流健康进行调控。目前常用的有三种分区方法：水资源分区、地貌分区和生态功能区，将河流的流域细化为指标属性相对独立的面单元，下面以长江为例，简要说明一下这三种常用的分区方法。水资源分区参照既定的长江流域水资源分区，整个长江流域被视为我国一级水资源分区，其下共划分11个二级水资源分区（见图2-3），45个三级水资源分区（见图2-3）。图2-3长江流域二级水资源分区图线尺度线尺度的区划主要是针对河流水系而言的。在健康河流评价指标体系中，对应线尺度的评价指标有：水系连通性，优良河势保持率，通航水深保证率，防洪工程措施完善率，水能资源开发利用率等等。这些指标的共同特征，都是以河流

50、水系的一维空间为评价对象的，指标值表示一定河长范围内的评价对象的健康状态。线尺度的评价层次及其尺度，可以参考河流水系的汇流特点及其干支流、上下游关系，将河流细化为指标属性相对独立的线单元。Ward（1989）将河流纵向即线尺度再分成三个尺度，即全河长、与陆地生态区尺度相当的景观河段（几十公里到上百公里）和工程河段（一般涉河工程影响范围，几公里到几十公里），下面分别加以介绍。一）全河长由于河流水流、物质流（营养物和泥沙）和生物流（鱼类等）源源不断，整条河构成了一个大生境，即河流生物走廊，一些洄游性的鱼和哺乳动物需要全河长的大生境才能满足其正常的生存要求。例如，相当多的江海洄游性鱼类都要上溯到河流

51、的上游地区产卵，如长江的中华鲟、北美和北欧的鲑鱼等，研究洄游鱼类需要从全河尺度来进行。维持河流连续性是保持河流生态系统完整性的基本条件，因此，以整个河长范围作为研究的空间尺度，有利于全面维护河流的生物多样性。另外，河流是一个管理单元，是河流管理直接针对的目标，河流的水沙调控，水利工程建设对河流健康影响的分析、在河流上进行的水权分配等都直接面向河流，因此，以整个河长范围作为研究的空间尺度，有利于河流的管理。河流系统组成部分，如干流、支流、通江湖泊和湿地之间具有关联性特征，每一部分产生的河流健康问题都可能扩展到其它部分，以整个河长范围为单位对河流健康进行研究，有利于综合考虑河流的健康问题，达到彻底

52、修复的目标。（二）景观河段景观是自然地理的概念，一般指包括特定地质和地貌特征的景观，与陆地生态区尺度相当，从河长方面景观河段可以从几十公里到几百公里，包括同一地貌特征的河段，例如长江三峡景观、上荆江河段等，从河道特征来看，一个景观河段，其地质、河形和地貌特征基本相同，构成了中间尺度的河流生境。由于河势和地貌特征类似，其岸边植被特征和生物栖息地条件也类似，构成河道中尺度生境。研究陆地生物与河流生物关系，或研究江湖连通关系可以在景观河段尺度上进行。景观河段生境评价包括区域地质和地貌特征；陆地生态与河流关系，如江湖关系；河势演变，包括洲滩、分汊河段数量及演变，弯曲河段及江中岛数目；河流横向变化，如洪

53、泛区或分洪区；支流汇入数；岸边植被变化；大型水库及水利工程影响图2-4景观河段示例图（三）工程河段工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，河长从几公里到几十公里，一般包括弯道、直道、主泓、分汊等河道特征，与河流横向和深度方向共同构成河流小生境。工程河段生境特点与河流横向生境密切相关，是涉水工程对生态影响研究的基本范围。工程河段生境评价包括局部河势变化；洲滩变化；生物斑点数；河道横向尺寸变化；洪水和枯水位变化，如洪水上滩频率，低水位频率；涉水工程影响，如中小水库、桥梁、码头、引提水工程等。图2-5工程河段示例图点尺度河道中天然“障碍物”（如倒木、卵石、漂石、树支

54、、礁石、矶头等）虽然影响航运和行洪，但从河流生态系统来看，这些“障碍物”可以增加水体的溶解氧，是水生植物的栖息地，水生动物的避难场，具有重要的生态价值，称为河流的生态斑点。河中生态斑点越多，河流栖息地越具有多样性，生物也越丰富；反之，生态斑点越少，生物多样性就越不丰富。为了方便评价，点尺度的区划主要是针对布设于流域的面上、河道以及湖泊湿地内的水文、水质和生态等监测点而言的。在健康河流评价指标体系中，对应点尺度的评价指标有：河水垂直方面物理化学变化，需要统计块石、砾石、倒木数量、岸边植被规模和结构的多样性等。这些指标的共同特征，都是以观测点的监测数据为评价依据，指标值表示该监测点表征范围内的评价

55、对象的健康状态。图2-6生物斑点示例图各尺度的特点需要强调的是，不同尺度的河流管理及相应的河流健康评价应有机结合并互相促进。生物斑点微小尺度河流健康是更大尺度河流或流域健康的基础，其健康与否一定程度上决定了系统整体水平;而流域等大尺度系统状态则影响和限制了小尺度河流、河段等条件。相应的，基于流域健康信息的流域管理对小尺度河流管理具有指导和规划作用，流域规划和管理等一方面通过大尺度规划和管理在一定程度上影响并决定河流管理以及更小尺度的河段整治等的方向和具体对策等，另一方面改变流域或河流健康状况并进而使得河流管理方式发生相应反馈和调整;而小尺度河段整治和河流管理将通过影响小尺度河流健康状态使得流域

56、、景观等发生变化，并使得流域管理规划和对策发生转变。表2-1河流健康评价与河流管理的尺度集成研究关注重时间尺度管理尺度评价内容和管理要求尺度点强调河流结构特及单项指标条段整评价内容:系统内部组成要素的动态变化特短（瞬时性）治：关征，如河流水质理化参数、生物群落指点注点上标以及河流微生境条件等问题的识别和管理要求：确保可操作性和敏感性；快速评估解决关注河流廊道连通性及纵向、横关注河流廊道连通性及纵向、横向连续性中（阶段性）河流管理：关注中尺度河流问题的聚焦流域综着重流合管域整体长（可理：关及其生持续）注大尺态过程度动态影响评价内容：结合水质、生物条件等断面指标及河岸带纵向连续性、河流平面形态等线

57、上指标；关注系统结构及功能管理要求：强调综合性和整体性；关注条段的动态变化；识别阶段性变化特征及影响因素评价内容：考虑地形地貌特征、河网密度等景观尺度特征；关注土地利用方式、人类活动干扰等指标；强调社会、经济、自然复合系统的整合性管理要求：长期系统动态监测；强调综合预警与管理对策小节的表述可以看出，点、线、面尺度各有优点，分别从不同的层面上反映了河流的健康状况：（1）面尺度面尺度的河流健康优点在于能从宏观尺度上把握生态系统的动态变化，可以为大尺度的流域规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据；其不足主要表现为需要尽可能全面而准确地进行指标选取，其评估方法和评估模型更为复杂，且大尺度调查和评

58、估往往需要借助GIS、RS等技术以及跨区域、多部门、多学科的协作。（2）线尺度线尺度的健康评价当前开展较多、研究也较为成熟，其优点在于该尺度评价不仅能依据断面数据细致、具体地表达河流健康状况，还能结合连续性等因子的评价表征河流整体的状况，且易于进行比较评价研究，并为宏观决策提供详细信息。其缺陷是评价结果可能会忽略大尺度环境效应对局部某一要素的作用而产生错误的判断，因此开展线尺度河段健康研究的同时，应适度关注流域过程等对河流系统的影响3）点尺度点尺度这种微观尺度上的评价结果具有较好的针对性和可操作性，但由于其受到河流及流域过程的深刻影响，并不能完全反映河流整体状况，该尺度评价必须与更大尺度的河流

59、特征以及流域过程相联系，综合考虑点位与断面在河流连续体中的作用和地位，才能为线尺度与面尺度的健康评价提供基础。面、线、点尺度间关系简析为了能较好地与已有的各类观测点相结合，且便于在地理信息系统下构建面向管理用户的健康评价指标应用体系。点、线和面评价尺度之间的转换，将按照它们之间的地理属性、几何关系、溯源联络以及必要的权重系数来进行，具体如下：2.4.1不同面尺度之间的转换关系针对尺度的评价指标，可以按照不同分级尺度的面积关系，来转换指标值。例如对水资源分区，不同级别之间的分区是完全包含的，可以由低一级别分区的指标值按照面积权重及其它需要考虑的权重Ai-l,Ai-l,jZA口i式2-l)Z仝Ki

60、jj=i式中Zi,Ai表示高一级别分区的指标值及其面积，Zi-1,Ai-1表示低级别分区的指标值及其面积，M为高一级别分区中所包含低级别的分区个数，Ki为各低级别分区的其它权重系数（例如人口权重、工农业经济权重等）。而对于两者不完全包含的面与面尺度之间，例如水资源分区与生态功能区之间、水资源分区与地貌分区、水资源分区与行政省市县分区之间都存在着不完全包含关系，则按照面与面之间的几何交割关系来进行指标值转换计算例如，当我们来评价整个某个流域农业面源污染状况，可以先根据乡县一级的监测和调查数据，按照公式2-1来统计三级水资源分区的指标值，然后依次统计二级水资源分区的指标值，最后统计一级水资源分区既