變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

高 凡,藍(lán) 利,黃 強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052; 2.西安理工大學(xué) 西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710048)

變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

高 凡1,藍(lán) 利1,黃 強(qiáng)2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052; 2.西安理工大學(xué) 西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710048)

全球以溫度升高為主要特征的氣候變化耦合人類(lèi)活動(dòng)影響,造成了全球性變化環(huán)境背景下大范圍的水資源危機(jī)、水環(huán)境污染和水生態(tài)退化問(wèn)題,威脅河流健康,已成為當(dāng)今世界各國(guó)急需解決的難題。針對(duì)變化環(huán)境背景,分別從河流健康的概念和內(nèi)涵、河流健康評(píng)價(jià)的內(nèi)容、方法及應(yīng)用等方面,評(píng)述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外河流健康評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展。將河流健康定義為,特定時(shí)期一定的社會(huì)公眾價(jià)值體系下,在保障河流自身基本生存需求的前提下,能夠持續(xù)地為人類(lèi)社會(huì)提供高效合理的生態(tài)服務(wù)功能,并實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能綜合價(jià)值最大化。在前人研究基礎(chǔ)上,指出變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)研究存在的主要問(wèn)題,如河流健康概念及內(nèi)涵仍存在爭(zhēng)議,河流健康變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚不明確,河流健康評(píng)價(jià)的理論及方法有待完善,河流健康評(píng)價(jià)實(shí)踐滯后及評(píng)價(jià)結(jié)果未能有效指導(dǎo)河流管理等。提出變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì):以流域?yàn)榛究臻g尺度結(jié)合多時(shí)間尺度開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)與調(diào)控研究,因地制宜開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究,開(kāi)展基于3S等技術(shù)的河流健康評(píng)價(jià)研究,建立長(zhǎng)期且全面的河流健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),科學(xué)界定河流健康的“基準(zhǔn)點(diǎn)”,以及開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)與水資源調(diào)控的集成研究等。

河流健康;河流生態(tài)系統(tǒng)；變化環(huán)境;評(píng)價(jià)指標(biāo);評(píng)價(jià)方法

河流是地球上多樣化生態(tài)系統(tǒng)中最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一。從系統(tǒng)的角度,河流具有較強(qiáng)的抗干擾能力,但外界干擾超過(guò)其自我修復(fù)能力后,河流會(huì)發(fā)生不可逆退化,并導(dǎo)致諸多項(xiàng)服務(wù)功能的下降甚至消失。全球環(huán)境變化早在20世紀(jì)80年代就成為國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。近年來(lái),全球以溫度升高為主要特征的氣候變化耦合人類(lèi)活動(dòng)影響,造成了全球性變化環(huán)境背景下大范圍的水資源危機(jī)、水環(huán)境污染和水生態(tài)退化問(wèn)題[1-3],對(duì)河流造成了一系列干擾,主要表現(xiàn)在:①對(duì)河流形態(tài)的干擾;②對(duì)水量及水流連續(xù)性的干擾;③對(duì)水質(zhì)的干擾;④外來(lái)物種的引入造成本地土著物種及特色物種的消失;⑤對(duì)水生生物、河岸帶生物棲息地的干擾及破壞造成的生物多樣性減少;⑥對(duì)河道外土地的干擾造成的對(duì)河流的間接干擾等。這些干擾改變了河流天然的形態(tài)結(jié)構(gòu),影響了河流固有的水生態(tài)環(huán)境及水循環(huán)過(guò)程,破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)賴(lài)以生存的水量、水質(zhì)、水流連續(xù)性、形態(tài)多樣性、棲息地完整性等生境因子[4],并出現(xiàn)了一系列諸如河道水量劇減甚至斷流、地下水位下降、水質(zhì)污染、生物多樣性減少等水生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題,威脅河流生命延續(xù),并對(duì)人類(lèi)健康及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

整個(gè)20世紀(jì)發(fā)生在地球上的種種生態(tài)危機(jī)事實(shí)促使人們不得不重新看待河流,思考河流的價(jià)值,重新定位人與河流之間的關(guān)系,并采取措施,修復(fù)或重建河流生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)河流服務(wù)功能。河流健康理念基于此背景提出[5],賦予河流生命的意義,從河流生命維持的角度界定了人類(lèi)對(duì)河流索取的限度和開(kāi)發(fā)利用閾值,從河流健康維持的角度提出了河流管理的新目標(biāo),只有維護(hù)河流健康才能有效保障人類(lèi)健康與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過(guò)回顧國(guó)內(nèi)外河流健康研究成果,在前人研究基礎(chǔ)上,系統(tǒng)評(píng)述近年來(lái)河流健康研究進(jìn)展,指出變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)研究面臨的挑戰(zhàn),并對(duì)未來(lái)研究進(jìn)行展望,旨在為建立及完善河流健康評(píng)價(jià)理論及方法體系提供有益借鑒。

1 河流健康概念及內(nèi)涵辨析

河流健康的概念是伴隨土地健康、生態(tài)系統(tǒng)健康等概念的出現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生,是與人類(lèi)健康類(lèi)比的概念,目前其概念及內(nèi)涵還存在許多爭(zhēng)議。研究者不同的學(xué)科背景和研究視角,加上河流自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性,河流健康概念的表述呈現(xiàn)出多元化格局。歸納起來(lái),主要概括為河流生態(tài)系統(tǒng)健康和河流健康兩大類(lèi),也稱(chēng)為狹義的河流健康和廣義的河流健康[4-10]。

由于“河流健康”概念來(lái)源于認(rèn)為“對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)是河流面臨的主要挑戰(zhàn)”的西方國(guó)家[6-7],因此,在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),對(duì)河流健康的研究多以河流生態(tài)系統(tǒng)為主體[4-10],河流健康即河流生態(tài)系統(tǒng)健康。Schofield等[8]提出河流健康是河流與同一類(lèi)型的沒(méi)有受到破壞的河流的相似程度,尤其在生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能方面;Simpson等[11]把河流受擾前的原始狀態(tài)作為河流的健康狀態(tài),認(rèn)為河流健康是指河流生態(tài)系統(tǒng)能夠支撐和維持河流主要的生態(tài)過(guò)程;美國(guó)《清潔水法令》認(rèn)為河流健康指的是物理、化學(xué)、生物的完整性,即生態(tài)系統(tǒng)維持其自然結(jié)構(gòu)和功能的狀態(tài)[5]。

隨著對(duì)河流健康概念及內(nèi)涵的逐步理解,更多學(xué)者認(rèn)為河流健康應(yīng)包含人類(lèi)健康[10],即應(yīng)在保持生態(tài)系統(tǒng)自我維持與自我更新能力的同時(shí),滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)對(duì)河流的合理需求。Simpson在后來(lái)的河流健康定義中,將人類(lèi)作為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分,將河流對(duì)人類(lèi)的服務(wù)功能作為河流應(yīng)支撐與維持的主要生態(tài)過(guò)程之一[11];Fairweather[12]認(rèn)為河流健康，應(yīng)包含公眾對(duì)河流的環(huán)境期望,以及關(guān)于河流健康的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治觀點(diǎn);Meyer[13]認(rèn)為健康的河流除了要維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,還要支撐其社會(huì)價(jià)值;Rogers等[14]從管理角度界定河流健康概念,認(rèn)為健康的河流不僅要保持生態(tài)學(xué)意義上的完整性,還應(yīng)強(qiáng)調(diào)為人類(lèi)服務(wù)功能的發(fā)揮,只有兩者統(tǒng)一才有助于實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和為人類(lèi)服務(wù)功能的持續(xù)供給。

我國(guó)學(xué)者更傾向于后一種提法。邵堅(jiān)[15]認(rèn)為河流健康應(yīng)包含對(duì)水資源合理開(kāi)發(fā)利用行為的認(rèn)可,河流管理應(yīng)兼顧人類(lèi)需求和河流生態(tài)系統(tǒng)健康;楊文慧等[9]認(rèn)為河流健康指河流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)功能都處于良好狀態(tài),保證河流可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。此外,還有學(xué)者將河流健康概念定義為河流健康生命或河流生命健康,認(rèn)為河流健康是在河流生命存在的前提下,人們對(duì)其生命存在狀態(tài)的描述。李國(guó)英[16]指出維持黃河健康生命就是要維護(hù)黃河的生命功能;蔡其華[17]闡述了長(zhǎng)江健康生命的概念,以河流為定義主體,強(qiáng)調(diào)河流生命的健康及河流功能的健康。

綜上所述,河流健康概念涉及范疇較廣。由于各個(gè)國(guó)家及地區(qū)河流本底條件不同,受到干擾的類(lèi)型和強(qiáng)度有別,面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題多樣,研究主體、目的及視角也有區(qū)別,因此,河流健康概念及內(nèi)涵才會(huì)出現(xiàn)多元化的表述。河流生態(tài)系統(tǒng)健康以河流生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,認(rèn)為河流健康即河流生態(tài)系統(tǒng)健康,也稱(chēng)為狹義的河流健康。而更多學(xué)者傾向于認(rèn)為河流健康以河流復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,考慮河流生態(tài)系統(tǒng)并兼顧人類(lèi)需求,也稱(chēng)為廣義的河流健康。近年來(lái),有學(xué)者將河流健康研究對(duì)象從河流擴(kuò)至整個(gè)流域尺度,基于流域健康角度論述河流健康。

本文以河流復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為定義主體,針對(duì)河流健康概念界定的三要素:定義主體、研究對(duì)象、參照標(biāo)準(zhǔn)[5,18],將河流健康概念定義為,特定時(shí)期一定的社會(huì)公眾價(jià)值體系判斷下,在保障河流自身基本生存需求的前提下,能夠持續(xù)地為人類(lèi)社會(huì)提供高效合理的生態(tài)服務(wù)功能,并實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能綜合價(jià)值的最大化。

2 河流健康評(píng)估的內(nèi)容、方法及應(yīng)用

河流健康的概念,嚴(yán)格來(lái)講,與其認(rèn)為是一個(gè)科學(xué)概念,不如將其看作是一種河流管理的工具[19]。研究河流健康的目的在于在河流上建立一種基準(zhǔn)狀態(tài),并作為河流管理的目標(biāo),通過(guò)一套科學(xué)的診斷體系,評(píng)估河流健康狀態(tài)的變化方向及趨勢(shì),據(jù)此進(jìn)行河流的適應(yīng)性動(dòng)態(tài)管理。因此,河流健康評(píng)價(jià)研究主要集中在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇與處理,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立,以及評(píng)價(jià)模型與方法的研究等方面[4-20]。

從河流健康評(píng)價(jià)的技術(shù)手段看,主要包括河流水體物理化學(xué)評(píng)估(水質(zhì)評(píng)價(jià))、生物棲息地質(zhì)量評(píng)估、水文評(píng)估和生物評(píng)估4個(gè)方面[5]。從評(píng)價(jià)原理看,可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是預(yù)測(cè)模型法(predictive model)或多元變量統(tǒng)計(jì)分析方法(multivariate statistical methods);一類(lèi)是多指標(biāo)方法(multimetrics index)[4-6,10,21-22]。從評(píng)價(jià)方法看,可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)法或指示物種法,一類(lèi)是綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法或結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)法。

生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)法的關(guān)鍵是指示生物的選擇,主要是著生藻類(lèi)(以硅藻為主)、無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)[5,20],代表性方法如澳大利亞河流評(píng)價(jià)方案(AUSRIVAS),是一種快速生物評(píng)價(jià)法,利用大型無(wú)脊椎動(dòng)物的生存狀況評(píng)價(jià)河流健康[23];Karr[24]提出的生物完整性指數(shù)(IBI)由反映水域生態(tài)系統(tǒng)的生物群落物種組成、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、個(gè)體健康狀況等3個(gè)方面的12個(gè)指標(biāo)量化后形成,同時(shí)水環(huán)境按照生物完整性分為6個(gè)等級(jí),是目前較普及的河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法,指示生物由最初的魚(yú)類(lèi)推廣至其他生物[5]。該類(lèi)方法的局限是需要有大量的生物數(shù)據(jù)及生物與環(huán)境之間的關(guān)系研究作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ),在缺乏長(zhǎng)期生物觀測(cè)的區(qū)域,該方法的使用受到了限制,且不同的指示物種及不同的參數(shù)選擇評(píng)價(jià)結(jié)果都會(huì)出現(xiàn)偏差[6],此外,該類(lèi)方法能反映河流生態(tài)系統(tǒng)的健康水平,但不足以反映河流綜合健康水平[25]。

綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法又可以分為單一指標(biāo)評(píng)價(jià)法和指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法。由于在流域范圍內(nèi)對(duì)所有干擾都敏感的指標(biāo)是不可能存在的[6],故單一指標(biāo)評(píng)價(jià)法目前較少使用,而指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法可以全面、系統(tǒng)地反映河流系統(tǒng)狀態(tài),在美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家被廣泛應(yīng)用,近年來(lái)在我國(guó)也逐漸得到推廣,代表性方法較多。其中,最具代表性的方法是Ladson等[23]提出的澳大利亞溪流狀況指數(shù)(ISC),該方法構(gòu)建了由河流水文、形態(tài)特征、河岸帶、水質(zhì)及水生生物等5個(gè)方面22個(gè)指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,綜合評(píng)價(jià)了澳大利亞80多條河流健康狀況;南非河流健康計(jì)劃采用河流無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、河岸植被、生境完整性等作為河流健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)[26];美國(guó)環(huán)保署1989年發(fā)展了快速生物評(píng)價(jià)協(xié)議(RBP),1999年又更新了新版本的RBPs,該方法采用生物集合體資料評(píng)價(jià)河流狀態(tài),以無(wú)人類(lèi)干擾或受人類(lèi)干擾較小的河流為參考,并采用相應(yīng)于生物指標(biāo)的生境指標(biāo)修正生物指標(biāo),使生物質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果可以更好地反映河流受損狀態(tài)[27];英國(guó)20世紀(jì)90年代建立的河流保護(hù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)(SERCON)從物理多樣性、自然性、代表性、稀有性、種群豐度、特有性等方面采用了35個(gè)特征指標(biāo)評(píng)價(jià)河流狀態(tài)[28];Robert等[29]提出河岸帶、河道、環(huán)境目錄(RCE)評(píng)分,綜合考慮河流理化及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等16個(gè)特征因子用于評(píng)價(jià)非點(diǎn)源污染農(nóng)業(yè)區(qū)小溪流的健康狀態(tài);澳大利亞水生生物環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(IAEQ)[30]采用水質(zhì)、泥沙中有毒物質(zhì)、大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)和河岸植被等5方面指標(biāo)評(píng)價(jià)維多利亞州的內(nèi)陸水體;維多利亞河流環(huán)境狀態(tài)(ECVs)[31]采用河床組成、河岸植被、瀕危植被、覆蓋物、水深、流速等10個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)維多利亞州河流環(huán)境狀態(tài);澳大利亞昆士蘭河流狀態(tài)調(diào)查 (SRS)方法采用包括水文、河道棲息地、橫斷面、景觀休閑和保護(hù)價(jià)值等11個(gè)方面指標(biāo)評(píng)價(jià)河流的物理和環(huán)境狀態(tài)[32]。

國(guó)內(nèi)也多采用指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)研究。上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心建立了由理化、生物、營(yíng)養(yǎng)狀況和景觀指標(biāo)等組成的黃浦江水環(huán)境狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[19];長(zhǎng)江水利委員會(huì)提出了由總目標(biāo)層、系統(tǒng)層、狀態(tài)層和要素層4級(jí)16個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的健康長(zhǎng)江評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,形成了我國(guó)首個(gè)能用數(shù)值表達(dá)的健康河流定量評(píng)價(jià)體系[6,11];趙彥偉等[33]提出了包含水量、水質(zhì)、水生生物、物理結(jié)構(gòu)與河岸帶5大要素19個(gè)指標(biāo)的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系用于寧波市河流健康狀況的評(píng)價(jià);楊文慧等[9]從河流結(jié)構(gòu)健康指數(shù)、生態(tài)環(huán)境功能健康指數(shù)、社會(huì)服務(wù)功能健康指數(shù)3個(gè)方面選取24個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;孫雪嵐等[6]從河道健康、河流生態(tài)系統(tǒng)健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面選取24個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建了河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;吳阿娜[19]從理化參數(shù)、生物指標(biāo)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、水文特征、河岸帶狀況等方面構(gòu)建河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系用于上海地區(qū)城市河流健康狀態(tài)的評(píng)價(jià);張亮等[34]從河道形態(tài)、河岸帶狀況及河床形態(tài)等方面選取9個(gè)指標(biāo)建立河流形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;鄧曉軍等[35]基于城市河流健康的內(nèi)涵,構(gòu)建出包含自然生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和景觀環(huán)境等3個(gè)方面24個(gè)指標(biāo)的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系用于城市河流健康評(píng)價(jià)研究;王勤花等[36]在分析干旱半干旱地區(qū)河流系統(tǒng)特征基礎(chǔ)上,從水資源、植被、物化特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面選擇25個(gè)關(guān)鍵性控制指標(biāo)用于指導(dǎo)干旱半干旱地區(qū)河流健康評(píng)級(jí)。石教智等[37]結(jié)合東江河流系統(tǒng)實(shí)際,從河流生境、生物、社會(huì)功能等方面選擇16個(gè)指標(biāo)用于評(píng)估河流健康。目前較具代表性的河流健康評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)及內(nèi)容比較見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外主要河流健康評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)及內(nèi)容對(duì)比

3 變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)存在的問(wèn)題

伴隨河流健康理念的提出,盡管?chē)?guó)內(nèi)外研究在河流健康概念與內(nèi)涵的探討、理論與方法的研究等方面取得了許多有價(jià)值的成果,但就目前的發(fā)展現(xiàn)狀看,一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題仍未得到有效解決,主要包括:

a. 從河流健康的概念及內(nèi)涵看,目前對(duì)于河流健康概念的爭(zhēng)議,一方面體現(xiàn)在定義對(duì)象的確定上,即究竟是河流生態(tài)系統(tǒng)還是兼顧人類(lèi)需求的河流復(fù)合生態(tài)系統(tǒng);另一方面體現(xiàn)在河流健康內(nèi)涵的準(zhǔn)確描述上。河流健康概念定義的不一致反映了研究者看待問(wèn)題的角度、層次及側(cè)重點(diǎn)的不同,就目前發(fā)展趨勢(shì)看,越來(lái)越多的學(xué)者及流域管理機(jī)構(gòu)認(rèn)為“健康工作的河流”是人類(lèi)保護(hù)河流的初衷和目的。

b. 從河流健康的機(jī)制研究看,由于我國(guó)自然地帶差異性顯著,不同地區(qū)的河流,由于類(lèi)型、結(jié)構(gòu)功能、生物組成、干擾類(lèi)型及強(qiáng)度的不同,影響河流健康的因素也不同。目前研究中,較少提出針對(duì)不同河流的河流健康影響因子的識(shí)別方法,且對(duì)于引起河流健康變化的驅(qū)動(dòng)因子及驅(qū)動(dòng)機(jī)制與過(guò)程也尚未深入研究。

c. 從河流健康評(píng)價(jià)理論和方法看,河流健康評(píng)價(jià)研究至今不過(guò)三十多年的歷史,真正興起則是近十幾年,理論及方法仍有待進(jìn)一步完善,特別是指標(biāo)體系的構(gòu)建、不同類(lèi)型指標(biāo)數(shù)據(jù)的收集與處理、權(quán)重的確定,以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定等方面。近年來(lái),河流健康評(píng)價(jià)多傾向于指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法,就目前發(fā)展看,該方法也存在一定的缺陷。首先,評(píng)價(jià)時(shí)空尺度的選擇直接關(guān)系指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取,是河流健康評(píng)價(jià)的關(guān)鍵;其次,由于河流系統(tǒng)本身的復(fù)雜性,指標(biāo)的選擇尤其重要,指標(biāo)不易于收集或量化、監(jiān)測(cè)成本過(guò)高、指標(biāo)太多導(dǎo)致不具備可操作性等均會(huì)影響河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果;再次,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定,多以河流的原始狀態(tài)或不受人類(lèi)干擾的狀態(tài)為基準(zhǔn),而忽略了在現(xiàn)有外界環(huán)境條件下,該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的可能性;最后,在河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果的表達(dá)方面,由于河流本身是不斷變化的,評(píng)價(jià)結(jié)果較少通過(guò)比較得出河流狀態(tài)是趨于健康或不健康。

d. 從河流健康評(píng)價(jià)實(shí)踐看,與國(guó)外相比國(guó)內(nèi)相對(duì)滯后,存在較大差距。盡管近年來(lái)我國(guó)在河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)方法等方面開(kāi)展了一系列工作,取得了一定成績(jī),一些大型河流如黃河、長(zhǎng)江、珠江等都提出了量化的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)工作流程,但目前河流健康評(píng)價(jià)仍較多停留在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面,評(píng)價(jià)指標(biāo)多借助河流的理化參數(shù)或少量的生物監(jiān)測(cè)指標(biāo),在河流生態(tài)完整性監(jiān)測(cè)方面無(wú)論是監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)還是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集等均較為缺乏,水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)結(jié)果也未能與生物棲息地質(zhì)量及生物多樣性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),不能反映河流的真實(shí)狀況,有待從技術(shù)、方法、機(jī)制、政策及法律法規(guī)等方面繼續(xù)深入研究。

e. 從基于河流健康的水資源調(diào)控研究看,河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果尚未與水資源調(diào)控相耦合。由于我國(guó)人水矛盾突出,水資源調(diào)控、水庫(kù)調(diào)度及水資源配置工作任務(wù)重、難度大,且現(xiàn)有研究中,經(jīng)濟(jì)效益最大、缺水量最小或發(fā)電量最大等仍是水資源調(diào)控的主要目標(biāo),雖然已經(jīng)開(kāi)始重視河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù),但如何將河流健康的評(píng)價(jià)結(jié)果與河流管理目標(biāo)相關(guān)聯(lián),并量化為可調(diào)控的定量目標(biāo),應(yīng)用于水資源多目標(biāo)調(diào)控中,目前相關(guān)研究成果較少,且河流健康研究多停留在理論方法研究及概念內(nèi)涵的探討上,尚未真正實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)河流管理。

4 變化環(huán)境下河流健康評(píng)價(jià)研究展望

a. 以流域?yàn)榛究臻g尺度、結(jié)合多時(shí)間尺度開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)與調(diào)控研究是未來(lái)河流健康研究的重點(diǎn)。流域是基本的水文地貌單元,流域內(nèi)的水資源是自然和人類(lèi)共同所有的,人與自然之間最終必須通過(guò)協(xié)調(diào)才能實(shí)現(xiàn)人水和諧、人與自然和諧。因此,流域被公認(rèn)為是水資源一體化管理的重要單元。通過(guò)開(kāi)展流域尺度河流健康評(píng)價(jià)研究,重視河流生態(tài)系統(tǒng)與流域土地利用、人類(lèi)行為、景觀格局之間的相互耦合作用,可以更好地協(xié)調(diào)河流的開(kāi)發(fā)與保護(hù),符合人類(lèi)價(jià)值期望。此外,河流是不斷變化的,河流健康評(píng)價(jià)應(yīng)加強(qiáng)河流健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),不僅可以判斷河流健康狀態(tài)變化的趨向,還可以評(píng)估河流管理行為的成效,為河流管理部門(mén)制定對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。

b. 因地制宜開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究是河流健康研究的關(guān)鍵。今后研究中應(yīng)充分考慮我國(guó)各自然區(qū)(流)域本底條件及人類(lèi)活動(dòng)干擾的差異性,根據(jù)每條河流及其不同河段的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件及河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,分析影響河流健康的因子,因地制宜地構(gòu)建特定河段特定時(shí)期的河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)充分體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念,考慮在特定環(huán)境背景下實(shí)現(xiàn)的可行性。此外,在理論和方法上應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建中指標(biāo)的篩選、權(quán)重的確定以及評(píng)價(jià)方法的研究,這對(duì)于提高河流健康評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和可信度具有重要的意義。

c. 開(kāi)展基于3S等技術(shù)的河流健康評(píng)價(jià)研究是未來(lái)河流健康評(píng)價(jià)研究的重要技術(shù)手段。隨著3S等技術(shù)的發(fā)展,一方面,為大尺度流域生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息的獲取提供了高新的技術(shù)手段,另一方面,也為空間信息的進(jìn)一步提取、處理以及分析提供了先進(jìn)的操作平臺(tái)。目前,利用多波段、多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)評(píng)估大尺度流域生態(tài)環(huán)境狀況已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)[5,30],可為河流不同時(shí)空尺度指標(biāo)數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確獲取提供便捷;同時(shí),可將評(píng)價(jià)結(jié)果及動(dòng)態(tài)變化信息在空間上顯示。3S技術(shù)與河流健康評(píng)價(jià)的集成為河流健康評(píng)價(jià)提供了最佳的技術(shù)途徑。

d. 建立長(zhǎng)期且全面的河流健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)是保障河流健康的重要基礎(chǔ)。河流及其生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng),多時(shí)間尺度河流健康評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)變化分析依賴(lài)于長(zhǎng)期、可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的支撐。因此,加強(qiáng)對(duì)河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)及其主要脅迫因子的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)研究,是河流健康評(píng)價(jià)急需解決的問(wèn)題。

e. 科學(xué)的界定河流健康的“基準(zhǔn)點(diǎn)”是基于河流健康的水資源調(diào)控的關(guān)鍵。河流健康概念是基于人類(lèi)或生物健康概念衍生的,是一個(gè)相對(duì)的概念,需要在健康與亞健康或不健康之間確定河流健康的基準(zhǔn)點(diǎn),將河流健康目標(biāo)作為水資源調(diào)控的目標(biāo)之一,其關(guān)鍵在于確定河流健康基準(zhǔn)點(diǎn),以此指導(dǎo)河流的水量調(diào)度與河流管理工作。

f. 開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)與水資源調(diào)控的集成研究,并探討維持河流健康的河流調(diào)控管理研究是今后及未來(lái)河流管理的新方向。河流健康是今后及未來(lái)河流管理的新目標(biāo)[38-44]。因此,應(yīng)在全面評(píng)估河流健康狀態(tài)基礎(chǔ)上,設(shè)定基于河流健康的河流管理目標(biāo),開(kāi)展河流健康評(píng)價(jià)與水資源調(diào)控的集成研究,并制定相應(yīng)的河流管理對(duì)策。

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Advancesonevaluationofriverhealthinchangingenvironments//

GAO Fan1, LAN Li1, HUANG Qiang2

(1.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China; 2.KeyLaboratoryofNorthwestWaterResourcesandEnvironmentEcologyofMOE,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)

Global climate change is mainly manifested by the temperature increase due to the impact of human activities. In global environmental scale, it is the main cause of water resources crises, water pollution and ecological degradation issues that threaten river health and it has become a critical issue that must be solved for many countries around the world. By focusing on the background of changing environments, this paper discusses the progress and achievements in the studies on the evaluation of rivers’ health both domestic and abroad for the past few years.The reviewing aspects include the definition and the contents of river health, methods and applications of health evaluation. Under a certain social public value system at a specific time, river health can be definedas the ability to sustainably provide the neighboring populations with high environmental standards and the achievement of maximum added value from its exploitation with the prerequisite of maintaining the river’s own fundamental ecological requirements. Based on previous studies, the major problems of river health evaluation under changing conditions were highlighted. For example, the definition and connotation of river health are still under debate and the driving mechanism of river health variation remains unclear. Also, further improvement is required for the theory and methodology of river health evaluation and finally the practice of river health evaluation is delayed and the evaluation results cannot be applied in river management effectively. It is recommended to follow the trend of development for river health evaluation in changing environments, which mainly focuses on the studies of river health evaluation and regulation at watershed scales combined with multiple temporal scales. It is also proposed to conduct research on the evaluation indicator system and the evaluation standard of river health according to local conditions.Research on river health evaluation using technologies such as 3S, construction of a long-term and comprehensive river health monitoring network, defining the “reference points” for river health in a scientific manner and integrated research on river health evaluation and water resources regulation should be carried out.

river health;river ecosystem;changing environments;evaluation index;evaluation method

國(guó)家自然科學(xué)基金(51409226);新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃項(xiàng)目(XJEDU2013S11)

高凡(1980—),女,副教授,博士,主要從事水資源系統(tǒng)工程與河流生態(tài)保護(hù)研究。E-mail:gutongfan0202@163.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.06.014

X171.1;X24

A

1006-7647(2017)06-0081-07

2017-04-15 編輯：駱超)