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河流作为典型的淡水生态系统,不仅是水生生物的栖息环境,洪水和泥沙输运的重要通道,经济生产的水源提供者,也是人类活动过程中排放污染物的受纳体。人类对河流多种功能利用的同时可能对河流的自然属性造成影响,甚至导致河流生态系统受损和退化。因此,保护河流的自然生态功能,保持河流系统健康,促进河流系统的可持续发展,最终实现河流与人类和谐共处成为社会广泛关注的热点问题。
河流分类有助于认识河流形成、发育、演变与发展规律等自然特性,为河流系统健康诊断提供基础,并且为确定河流污染治理和生态修复措施提供依据,也是评估河流功能及其利用价值的前提。随着人们对河流系统认识的深入,新的历史时期亟需面向生态的河流分类方法。借鉴传统河流分类成果,基于对河流生态系统形成背景和结构特征的深入分析,提出河流综合分类和多尺度编码方法。从河流的纪、系、统、类、型、境、群多个层次探讨不同时空尺度上影响河流行为的环境因子及其生态效应,反映河流发育的地质历史、地理气候条件、河水补给来源、地貌过程、平面形态、生境特征及生物群落等在特定级别河流特征河段上的类型归属及其生态表现,系统阐述现有分类方法在综合分类体系中的地位和作用,试揭示传统分类方法之间的关系及其适用范围。
河流综合分类层次结构中不同空间尺度环境因子的生态效应有所差异。其中,地理气候和地质地貌是决定淡水生物群落组成的主要方面,而河水补给形式和河流平面形态仅对个别物种的丰度和分布产生一定影响。结合国内外研究资料,按照河流综合分类方法的层次递进分析对各类河流进行合理划分,同时对特征河段典型生境的生态特征,包括河道基本通量(径流量、输沙量等)和水生生物群落(浮游生物、大型水生植物、大型底栖无脊椎生物和游泳动物)组成和分布状况进行定量和定性分析。通过对生物群落中部分广适种、气候种和典型地方种的辨识,将生态特征在“属”的水平上详细刻画,从而为河流系统健康诊断研究和生态修复提供近似的“生物基准”。在黄河和长江干流开展分类应用研究,结果显示河流综合分类预测的生物群落组成较为准确可靠。
河流综合分类仅针对天然或近天然河流。但是,社会经济快速发展导致大部分河流受到不同程度的人为干扰而偏离自然状态。因此,本研究选取人为干扰最为集中的城市河流(深圳河)作为河流综合分类案例。基于河流综合分类方法深入分析深圳河系统的自然地理和生态特征,将分类方法提供的生境和生物条件背景信息作为健康诊断的目标值,结合流域社会经济状况分析,构建深圳河健康诊断的结构功能指标体系。研究结果表明:深圳河1996年至2006年十年之间健康状况略有下降,流域高度城市化导致的河流自净能力不足是深圳河健康状况下降的主要原因。采用非传统水源补水、提高污水收集率、提高污水处理率、开展河道整治、恢复河流生态系统、健全政策法规、建立信息系统以及加强管理能力等都是改善深圳河健康状况的有效措施和途径。