河流健康评估的原则和方法
来源：岁月联盟
时间：2010-08-23
关键词：河流 健康 评估 生境 参照系统 栖息地 水文
河流健康概念是河流管理的一种评估工具，其目的是建立一套河流生态系统评估体系，评估在力与人类活动双重作用下，在长期进化过程中河流生态状态的变化趋势。河流健康概念包含了对于人类合理开发河流现实的承认，寻求在生态保护与水资源开发之间取得平衡点，河流健康概念是相对的，需要建立—种参照系统，经与这个参照系统比较获得现实河流生态状况的评价。
我国近十余年来开展的河流环境评估，主要是基于水质的物理一化学监测的环境评估，其不足是忽视了河流的水文、水质条件以及河流地貌条件的变化对于河流生物群落的影响。河流健康概念的建立，导致谋求建立较为完善的评估体系，对于河流生态系统状况进行综合评估。如何建立评估体系，是河流健康评估的关键技术问题。
一、建立河流健康评估体系的原则
1．建立生境因子与生物因子的相关关系
生态系统是指一定空间中的生物群落(动物、植物、微生物)与其环境组成的系统，其中各成员借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能复合体。生态系统是由生物和生境两大部分有机组成，生命部分是生态系统的主体，生境是生命支持系统。河流是水域生物生命的载体，又是水域生态系统物质流与能量流传输的介质。在评估体系中需要重视河流生物群落的、生存和演变过程，需要重视水域生物群落与河流生境之间的耦合关系。监测由于人类活动和自然力作用引起的河流的流量、水质、流速、水温、水深和水文周期的种种变化，调查水利水电工程建设、土地利用以及城市化引起的河流地貌学特征的变化，确定生物因子与生境因子之间定性或定量关系，综合评价这些变化对河流生态系统健康的影响。
2．确定参照系统
河流健康是一个相对概念，需要建立基准点即参照系统，在对比的基础上，进行生态状况的评估。
参照系统可以按照时间和空间分类。按照时间分类，取同一条河流历史上的自然状况作为理想参照系统，这往往定义为大规模人类活动前的洪荒时期河流生态状况。我国具有几千年悠久的治河历史，依靠有限的历史资料建立河流原始状况的情景，对我国大多数河流来说是不可能的。因此只能选择掌握一定记录资料、生态状况相对较好的历史状况作为理想参照系统。还有—种方法是在历史监测资料缺乏的条件下，同一条河流在同一监测断面上，以当前河流生态状况为参照系统，逐年积累监测数据．进行先后变化的趋势评估，分析河流的状态是向健康方向还是趋于退化。按照空间分类，可以选择同一条河流生态状况良好的河段作为参照系统，也可以选择自然与社会条件类似的生态状况良好的另一条河流作为参照系统。国外也有—种在建立历史资料调查分析的基础上人为规定的“理想参照状态”，定义为“可以达到的最佳状态”，如美国环境署执行的《生物快速评估草案(R.B.P)》就属这一类。
3．明确影响河流生态系统健康的要素
水文条件、水质条件和栖息地质量是影响河流生态系统健康的三要素。河流枯竭、断流以及水体污染造成河流生态系统退化和富营养化，已经有许多研究成果和案例。栖息地质量是河流健康的重要胁迫因子。栖息地对于河流生态系统的作用分析，是基于河流地貌学原理。研究表明，假设在水量与水质条件不变的情况下，生物群落多样性与生境的空间异质性存在线性关系。—个地区的生境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统某种程度的退化。河流的空间异质性具体表现为河流地貌学特征的多样性，包括河流系统的纵向连续性，河流洪泛区的侧向连通性，河流形态的蜿蜒性，河床断面多样性以及岸坡材料和岸边植被结构等。研究成果还表明，对于自然河道和岸边结构的干扰是河流生物结构和功能退化的主要原因。
4．河流健康标准中应包括为社会兴利的内容
河流健康概念不同于强调保护原生态的自然保护主义的观点，而是包含了对于人类合理开发河流现实的承认，河流要为供水、灌溉、发电、航运、等目标服务，力图在保护河流生态系统与开发利用水资源之间取得某种平衡。比如河势摆动有利营养物质的迁移扩散，为生物群落生存繁衍提供机会。但是在一般情况下，为了防洪安全还是把稳固河势作为一项河流健康标准的条件。而在河流堤防设计中，尽可能展宽堤防间距，为洪水留有一定的空间，增强河流侧向的连通性，为鱼类和两栖动物提供避难所和栖息地。
5．因地制宜地制定每一条河流的健康评估体系
我国幅员辽阔，各流域的自然条件不同，经济社会发展水平各异。制定河流健康评估准则既不能照搬国外经验，也不可能制定全国统一的细则标准，应经过调查、论证因地制宜地制定符合流域、地区自然及社会经济条件的健康评估准则。黄河的特点是水少沙多，河势游荡，大部分水量都在人工控制之下，流域内供需矛盾尖锐，水文、水质和生物栖息地都已经发生了巨大的变化。而长江水量丰沛，流域内生物群落多样性水平高，中下游是我国人口密集、经济发达地区，现实的风险一个是三峡工程建成后清水下泄冲刷，引起河势和江湖关系变化导致对于生物栖息地的影响，一个是长江中下游污染加剧；潜在的风险是上游水电梯级开发对于长江健康的长远影响。
因地制宜制定河流健康的评估标准，重点是分析对于河流健康的主要胁迫因子。在人为干扰方面，需要分析诸如水体污染、过度取水、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响强度，发现对于生态系统的主要胁迫因子；在自然条件方面，要综合气象、水文、生物群落、植被、景观、土地等多种因素，明确具体河流的健康定位。在河流健康评估准则中，要突出主要胁迫因子，加强对其监测和评估。
6．建立完整的生物监测系统，进行长期监测和评估
河流健康评估的基础是河流生态监测数据资料。我国已经形成了较为完善的水文监测体系，需要建立的是生物监测系统和网络。监测方法从使用复杂仪器到简单的现场目测记录，可根据河流规模不同因地制宜确定。因为河流生态系统演替是一个长过程，所以要强调生物监测资料长系列，才能进行长期的河流健康评估。 二、河流健康评估的内容
1．物理一化学评估
物理一化学评估作为河流健康评估指标之一，是因为这些指标可以反映河流水流和水质变化、河势变化、土地使用情况和岸边结构。物理量测参数包括流量、温度、电导率、悬移质、浊度、颜色。化学量测参数包括pH值、碱度、硬度、盐度、生化需氧量、溶解氧、有机碳等。其他水化学主要控制性指标包括阴离子、阳离子，营养物质等(磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、硅)。
在河流健康评估中应突出物理一化学量测参数对河流生物群落的潜在影响。比如总磷、总磷／总氮和叶绿素等，可能导致水体的富营养化；由于盐的输入可能改变电导率造成某些敏感物种死亡；生化需氧量(BOD)的降低会引起生物窒息，造成鱼类死亡；由于泥沙输移造成悬移质和浊度变化，引起淤积和地貌特征变化，改变吸附在泥沙颗粒表面上的营养盐的输移及栖息地质量；由于污染引起pH值、有机物和金属等参数变化，可能造成敏感生物的减少等。
一些机构和研究者倾向于综合各种水质指数为一组简单的水质指数，目的是可以满足社会公众对于水质的关注需求。这种非专业的综合水质指标采用数量不多的指数作为一种工具，可以表示水体受损的相对水平，也可以对于水质改善过程进行评估，并且研究随时间演变趋势。
2．生物栖息地质量评估
生物栖息地评估的内容是勘查分析河流走廊(river corridor)的生物栖息地状况，调查生物栖息地对于河流生态系统结构与功能的影响因素，进而对栖息地质量进行评估。具体体现在河流的物理一化学条件、水文条件和河流地貌学特征对于生物群落的适宜程度，特别是对于形成完整的食物链结构和完善的生态功能的作用。
生物栖息地质量的表述方式，可以用适宜的栖息地的数量表示，或者用适宜栖息地所占面积的百分数表示，也可以用适宜栖息地的存在或缺失表示。
栖息地评估的变量指数可以包括以下内容：(1)传统的水文和水质条件，包括径流变化与参照系统的对照、水体污染、水库人工调节影响等；(2)河流地貌特征，主要评估栖息地结构和河势稳定性，包括河流蜿蜒性、河床的淤积与冲刷、岸坡稳定性、人工渠道化程度、闸坝运行影响等；(3)河道构造，按照尺度、河床材料、本底材料和河道改造进行描述；(4)岸边植被，指评估岸边带植被数量和质量，包括植被宽度、顺河向植被连续性(用植被间断长度表示)、结构完整性(指各类植物的密度与状态的比较)、当地乡土物种覆盖比例及再生性状况、湿地河洼地状况等；(5)河流周围社会状况，包括人口、经济结构、土地利用方式变化以及城市化影响等。
3．水文评估
水文评估的目的是分析水文条件的变化对于河流生态系统结构与功能产生的影响。引起水文条件变化的因素很多，包括由于气候变迁引起的径流变化、上游取水增减变化、由于水库调度和水电站泄流改变了自然水文周期、土地利用方式改变和城市化引起的径流变化等。所谓水文条件，既包括传统的水文参数，还包括水流的季节性特征和水文周期模式、基流、水温、水位涨落速度等，这些都对鱼类和其他生物的栖息繁衍产生影响。
水文评估中具有研究性质的课题有两个：一是建立河流水文特性与生态响应之间的关系，特别是水流变动性与生态过程的关系，从中分析对于河流生物群落有重要影响的关键水文参数；二是通过水文长系列资料分析认识河流地貌演变及生态演替的全过程。每一条河流都有自己的特性，因此这两个问题的答案都是各不相同的。
在确定水文变化参数时，以哪一种径流模式为基础，不同河流各有侧重。有的国家的规范考虑用平均年径流指数给出总水量变化，用不同频率的洪水月径流过程曲线给出水流模式 的变动，用水流季节比例指数变化的模式评估季节变化，季节峰值指数评估季节最高和最低水位。水文评估方法应力求简单明了，具有可操作性。
评估的基本方法是对比现实的水流模式与理想的自然状况的水流模式，通过两种水文参数的比较，得到一个相对的无量纲的指数，评估以记分的形式表述。
4．生物评估
河流生物群落是河流生态系统的主体。生物评估具体是分析水文条件、水质条件和栖息地条件发生变化对于河流生物群落的影响程度。可能产生的变化包括水域生物群落物种成分变化、栖息地生物优势种群的变化、物种枯竭、整个种群死亡率、生物行为变化、生理代谢变化、组织变化和形态畸变等。
基本评估方法是与参照河段的生物状况以记分的方式进行对比。“参照河段”一般选取水质、河流地貌以及生物群落基本未受到干扰的河段。
由于不可能对河流所有的生物群落成分进行监测取样，变通的办法是选择几种标志性物种。标志物种有几种类型：
(1)关键物种(keystone species)。指物种在生态系统中所居的地位不同，一些珍稀、体型较大的特有物种在维护生物多样性和生态系统稳定性方面起着重要作用，它们的消失或削弱可能要使整个生态系统发生根本的变化。
(2)保护物种(protected species)。指由于稀缺性、文化或的重要性，或者其栖息地受到威胁而受到保护的物种。
(3)保护伞物种(umbrella species)。保护这种物种及其栖息地可使大量也依赖于同样栖息地的其他物种同样受到保护。
(4)旗舰物种(flagship species)。指社会公众普遍接受的标志性生物。它们往往以独特的体型使之成为具有魅力的动物，对它的保护会使与之共生的物种受到保护。
具体标志性物种往往在藻类、大型无脊椎动物和鱼类中选择。
一般情况下，岸边植物不适宜作为标志性物种，原因是不少植物对于水体污染并不敏感。
：
1 董哲仁 . 河流健康的内涵。水利，2005．4
2 董哲仁 . 河流形态多样性与生物群落多样性．水利学报，2003．11
3 Cude, C．G．Oregon Water Quality Index．Journal Of the American Water kesources Association, 2001
4 Olden, J．D．Redundancy and the choice Of hydrologic indices for characterizing streamflow regimes. river research and application，2003
5 Kallis, G. and Butler, D. The EU water framework directive：measures and directive. Water policy，2001
Principles and Methods Of River Health Assessment
Abstract：The assessment Of river health should include physical-chemical assessment，quality Of biological habitat，hydrology，and biocummunity and so on．The assessment needs to set up relationship between factors of habitat, and building a health assessment system according to local conditions and biological monitoring system and network．
Key words：rivers；health；assessment；habitat；reference system；habitat；hydrology