流域尺度的河流生态修复

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1、流域尺度的河流生态修复流域尺度的河流生态修复1、前言  长期以来，人们为了防洪、发电、灌溉、供水及航运等目的，建设了大量的水利工程，为人类社会带来了巨大的利益。但是，由于忽视了河流生态系统健康的需求，这些工程设施对河流生态系统形成了不同程度的胁迫。这些胁迫主要来源于两个方面：由于筑坝和筑堤造成的河流的非连续性；由于自然河流的人工改造形成的渠道化［1、2、3］。随着社会经济发展和科技进步，人们逐渐认识到维系河流健康生态系统的重要性，与之相关的河流生态修复理论和技术取得重大进展。  河流生态修复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能

2、［4］。它需要掌握破坏生态系统结构和功能或阻止其恢复的自然或人为因素，调查河流生态系统的结构和功能的变化，以及对生态系统有影响的物理、化学和生物过程。任何修复方案都应该承认河流的现状。在任何情况下，河流都不会恢复到其原始状态。河流修复的目标应该是建立具有自修复功能的系统。河流生态修复是一个复杂的过程，不仅仅是技术层面上的问题，它还涉及到公众参与、政府行为等诸多社会因素。将来的河流管理不应仅将重点放在调整河流系统来适应人类的需要上，而更应着眼于在流域范围内，调整人类的开发行为来适应河流生态系统。2、河流修复的理论基础  河流生态系统的脆弱性表现在易受岸上周边

3、地区的影响，包括生命活动和自然过程。因此，在河流生态修复中，仅仅研究水体本身是不够的，需在流域这样一个大的生态系统中，进行规划和实践。从这一观点出发，产生了河流连续体概念和河流四维模型理论。2.1河流连续体  Vannote等人提出了河流连续体概念(RiverContinuumConcept)［5］，这种理论认为由源头集水区的第一级河流起，以下流经各级河流流域，形成一个连续的、流动的、独特而完整的系统，称为河流连续体。它在整个流域景观上呈狭长网络状，基本属于异养型系统，其能量、有机物质主要来源于相邻陆地生态系统产生的枯枝落叶和动物残肢以及地表水、地下水输入

4、过程中所带的各种养分。  河流连续体是描述河流结构和功能的一个方法，如图1所示。它应用生态学原理，把河流网络看作是一个连续的整体系统，强调河流生态系统的结构与功能与流域的统一性。这种由上游的诸多小溪直至下游河口组成的河流系统的连续性，不仅指地理空间上的连续，更重要的是指生态系统中生物学过程及其物理环境的连续［7］。按照河流连续体理论，从河流源头到下游，河流系统内的宽度、深度、流速、流量、水温等物理变量具有连续变化特征，生物体在结构和功能方面与物理体系的能量耗散模式保持一致，生物群落的结构和功能会随着动态的能量耗散模式作出实时调整。所以，下游河流中的生态系统

5、过程同上游河流有直接联系，也就是说，上游生态系统过程直接影响下游生态系统的结构和功能。这一理论还概括了沿河流纵向有机物的数量和时空分布变化，以及生物群落的结构状况，使得有可能对于河流生态系统的特征及变化进行预测。但是，河流连续体描述的上中下游的能量传递和物质循环过程是一种特例，缺乏一般性，因此限制了这种模型的应用。2.2河流四维模型  在河流连续体概念的基础上，Ward将河流生态系统描述为四维系统，即具有纵向、横向、竖向和时间尺度的生态系统［8、9、10］，如图2所示。  纵向上，河流是一个线性系统，从河源到河口均发生物理、化学和生物变化。河流是生物适应性

6、和有机物处理的连续体。生物物种和群落随上中下游河道物理条件的连续变化而不断地进行调整和适应。河流不仅是一个流动的物理系统，更是一个动态的生态系统。因此，尽可能保持河流上中下游的连续性应成为河流生态修复的一个重点，应特别注意因人类活动造成连续性的中断。例如，由于过量取水减少了河道水流造成河流干涸及断流。筑坝破坏了河流纵向的连续性，对鱼类和无脊椎动物的洄游与迁移形成障碍。另外，自然河流中大量营养物质吸附在泥沙颗粒表面，随水流运动而转移扩散，为水生动植物提供丰富的营养。河流是水域生态系统物质循环的主要通道。一旦河流被大坝拦截，粗沙在水库中淤积，清水下泄加剧了对于

7、大坝下游河床的冲刷，改变了营养物质运移规律，有可能破坏原有的河流生态系统结构。  横向上，河流与其周围区域的横向流通性也很重要。河流与周围的河滩、湿地、死水区、河汊等形成了复杂的系统，河流与横向区域之间存在着能量流、物质流等多种联系，共同构成了小范围的生态系统。在自然状态的水文循环产生洪水漫溢与回落过程，是一个脉冲式的水文过程，也是一个促进宝贵的营养物质迁移扩散和水生动物的繁殖过程。但是，人们出于防洪的需要，沿河两岸筑起堤防，把河流约束在两条堤防范围内，使洪水不能肆虐危害人类生存。但是堤防也有其负面效应。堤防防碍了汛期主流与周围河滩、湿地、死水区、河汊之间

8、的流通，阻止了水流的横向扩展，形成了一种侧向的水流非连续性。洪水挟