我國河流的健康修復(fù)

高永勝

河南省淅川縣丹江濕地。這里是南水北調(diào)中線工程的源頭，國家級濕地自然保護區(qū)，屬典型的次生內(nèi)陸河口濕地生態(tài)系統(tǒng)。攝影/張克森/CFP

人類對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫

自然與人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力，生態(tài)學(xué)中稱為脅迫（stress）。人類活動對河流的脅迫原因很多，但從本質(zhì)上講主要可分為三類：一是為了使自然水流的季節(jié)性符合人類不同時間的需求，人類通過各種措施改變自然河流的水流條件，導(dǎo)致水流平坦化，河道流量減少，水流流速增加等變化；二是改變土壤覆蓋層，影響了土壤的滲透性和雨水的分割，從而影響了徑流的產(chǎn)生，例如人類對植被的砍伐，導(dǎo)致河流徑流量的改變和洪水威脅性的增加；三是人類取水后，將使用后的污水排入河流，引起河流水體污染。人類對河流的脅迫如圖3-1所示。

人類活動對河流的脅迫，導(dǎo)致河流水文條件和地貌條件改變，這些改變又引起河流水力條件、生物棲息地條件的改變，并最終引起河流生物群落組成、河流營養(yǎng)狀況等一系列不良影響，使河流服務(wù)功能大大降低，影響過程如圖3-2所示。

圖3-1 人類對河流的脅迫

河流恢復(fù)目標和可恢復(fù)度

在“河流生態(tài)恢復(fù)”的目標方面，學(xué)術(shù)界存在著不同的表述，這些表述也反映了不同的學(xué)術(shù)觀點，從過程、目標到相關(guān)措施都有很大的差別。根據(jù)河流恢復(fù)目標不同和程度的差異，通常河流恢復(fù)狀況主要可分為三類：一是完全可以回復(fù)到退化生態(tài)系統(tǒng)原始狀態(tài)的過程，通常稱為復(fù)原(Restoration)；二是恢復(fù)到與原始狀態(tài)有差異、并具有一定結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的過程，通常稱為修復(fù)(Rehabilitation)；三是以人類生存和發(fā)展需求為目標的恢復(fù)過程，則稱為復(fù)墾(Reclamation)。不同河流恢復(fù)目標可概化為如圖3-3所示。

河流的復(fù)原在當今科學(xué)技術(shù)水平下是很難實現(xiàn)的，因此，通常所講的河流恢復(fù)實際上是一種選擇性恢復(fù)或有限恢復(fù)，也就是部分恢復(fù)河流的結(jié)構(gòu)和功能，這就存在可恢復(fù)度問題。可恢復(fù)度反映理論上可恢復(fù)的狀態(tài)(包括組成、結(jié)構(gòu)和功能)與實際能恢復(fù)狀態(tài)之間的差異程度。一般情況下，河流退化度越大，可恢復(fù)度越小，反之，則可恢復(fù)度越大。

河流可恢復(fù)度和退化度兩者關(guān)系可概化為圖3-4。在A點之前，河流退化度在一定范圍內(nèi)，其可恢復(fù)度較大，這個階段河流退化較輕，是容易被恢復(fù)，一般可通過加強河流保護與管理，利用河流自我設(shè)計、自我修復(fù)和自我組織功能，可實現(xiàn)河流的自我恢復(fù)。當河流退化到一定程度A點，如果不采取一定措施給予保護，河流退化快速加劇，可恢復(fù)度急劇減小，恢復(fù)難度急劇增大，這時僅依靠河流自我設(shè)計、修復(fù)和組織功能很難實現(xiàn)河流修復(fù)，需采用與人工恢復(fù)相結(jié)合方式，實現(xiàn)河流修復(fù)，部分恢復(fù)河流的結(jié)構(gòu)和功能。如果河流繼續(xù)退化，達到B點后，這個階段恢復(fù)河流初始狀態(tài)的自然結(jié)構(gòu)和功能的可能性很小，這時可以根據(jù)某種特定目標和要求對其進行修復(fù)。因此，在對河流進行恢復(fù)時，首先應(yīng)分析河流的退化狀況，掌握其發(fā)展動態(tài)，根據(jù)實際情況確定河流的可恢復(fù)度，判定河流的可恢復(fù)狀況，確定相應(yīng)的河流恢復(fù)模式。

圖3-2 人類活動對河流影響的連鎖效應(yīng)

圖3-3 河流恢復(fù)、修復(fù)和復(fù)墾概念形象圖

圖3-4 河流可恢復(fù)度與退化度的關(guān)系

2011年10月20日，在湖南省株洲市一橋橋下，大片的河床干涸見底，甚至連吸水管都暴露在外，給城市的供水帶來壓力。攝影/泊偉/CFP

我國河流恢復(fù)尺度

河流恢復(fù)尺度的確定是進行河流恢復(fù)工作的前提和基礎(chǔ)，正確選擇河流恢復(fù)尺度，便于河流恢復(fù)的研究范圍及相應(yīng)措施的確定。因此，在河流恢復(fù)中正確對河流尺度進行分類是河流恢復(fù)的重要內(nèi)容。

目前，許多專家將河流尺度劃分為空間尺度和時間尺度。1989年，Ward將空間尺度分為橫向、縱向和垂向三個方向尺度，提出了用四維尺度模型來描述河流生態(tài)系統(tǒng)，即橫向、縱向、垂向和時間尺度，如圖3-5所示。

1992年，Boon建議在對河流進行保護時，需要考慮五個尺度，它們分別是：三個空間尺度，即認識河流與其直接有關(guān)的周圍環(huán)境在縱向、橫向和垂向上的聯(lián)通性；一個時間尺度，指河流隨時間的推移而發(fā)生變化；一個概念尺度，確定河流保護的原理基礎(chǔ)。

上述兩類河流的尺度劃分均沒有考慮社會及公眾的意識，針對我國國情，在參考國外河流尺度劃分研究的基礎(chǔ)上，提出我國河流恢復(fù)尺度劃分概念，強調(diào)河流的恢復(fù)需要考慮社會、技術(shù)及公眾參與因素的重要性，并將其納入尺度內(nèi)涵范圍中。

圖3-5 河流四維尺度模型

1、概念性尺度

概念性尺度包括河流保護、管理和恢復(fù)的基本原理、河流恢復(fù)模式和河流恢復(fù)動機。

(1)河流的保護、管理和恢復(fù)

我國河流數(shù)目較多，由于河流所處的地理位置及開發(fā)利用程度不同，其退化狀況差異很大。對退化的河流能否完全恢復(fù)到以前狀態(tài)，恢復(fù)度有多大，目前研究的較少，通常情況下，較理想狀態(tài)是重建與原始河流相似的一些特征或群落，部分恢復(fù)河流功能。因此，政府和社會必須事先根據(jù)可投入資金的多少，來確定退化河流的可恢復(fù)度，明確河流恢復(fù)目標，以及怎樣對那些沒有受損、仍保持相對完整的河流采取管理和保護措施。

河流保護、管理和恢復(fù)是緊密聯(lián)系、又存在差異的概念。河流恢復(fù)是針對退化河流而言的，指恢復(fù)河流的結(jié)構(gòu)和功能；河流保護和管理是保證河流順利進行的日常工作。在對河流進行恢復(fù)時須加強河流的保護和管理，因此河流保護和管理是河流恢復(fù)的一個前提。河流保護和管理的實施措施，一般也是河流恢復(fù)時所采取的主要措施，例如在對河流進行保護和管理時，常采用收割河流野草，保留河流中殘留樹根等，而這些方法可作為河流恢復(fù)的主要措施。

目前我國河流保護與管理大多還停留在水污染控制和水利工程方面，范圍也只局限于河道，很少將流域作為一個整體來考慮，對真正意義上的河流保護與管理還缺乏認識。我們在對河流恢復(fù)時，應(yīng)該從流域的尺度進行，不應(yīng)該只局限于河道或部分河段。同時在研究河流恢復(fù)方式時，應(yīng)考慮水質(zhì)、水量、大氣環(huán)境、土壤、噪聲、動植物種類及分布等多種因素，并進行科學(xué)分析。

在對某一河流進行分段恢復(fù)時，對恢復(fù)河段應(yīng)加強保護，避免二次退化；對退化的河流進行恢復(fù)時，不要影響其它河流，注意保護那些相對完整的河流。河流恢復(fù)工作應(yīng)建立在合理的保護和管理基礎(chǔ)之上，只恢復(fù)而不進行保護和管理，這樣的工作只能徒勞無益。

(2)河流恢復(fù)模式

對受損或退化的河流系統(tǒng)，是讓其自然恢復(fù)，還是采取積極的恢復(fù)活動？對此，1989年Odum提出濕地具有自我恢復(fù)的功能，種植植物只是加快了恢復(fù)過程；1996年Mistch進行試驗，其試驗得出的結(jié)論與Odum的觀點相似；Friberg等人在對丹麥一條河流不同渠化河段分別進行自然恢復(fù)和人工干預(yù)恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)河流生態(tài)物理特征的修復(fù)，自然恢復(fù)同干預(yù)恢復(fù)相比要慢得多；Tent對德國河流進行修復(fù)也得出相似觀點。由此，自然恢復(fù)和人工干預(yù)恢復(fù)基本可達到相同效果，但人工干預(yù)加快了恢復(fù)過程，縮短了恢復(fù)期。

根據(jù)人類對恢復(fù)干預(yù)程度的不同，人工干預(yù)恢復(fù)又可分為如下幾種模式：低人工干預(yù)恢復(fù)，適度人工干預(yù)恢復(fù)和高度人工干預(yù)恢復(fù)。不同的恢復(fù)模式所需的恢復(fù)時間、達到的恢復(fù)目標是不同的，見表3-1。

表3-1 自然恢復(fù)、不同干預(yù)恢復(fù)比較

研究河流的恢復(fù)，首先要掌握河流的發(fā)展狀況，確定河流的可恢復(fù)度，再決定對河流應(yīng)采取什么樣的恢復(fù)模式。

(3)河流恢復(fù)的動機

河流恢復(fù)的目標是提高生態(tài)系統(tǒng)多樣性，通常可通過測量生物組成多樣性來評估生態(tài)系統(tǒng)多樣性，而生境多樣性是流域生物群落多樣性的基礎(chǔ)。因此，可以提高生境的多樣性作為河流恢復(fù)的動機。

2012年1月31日，廣西省柳州市柳城縣糯米灘水電站，消防官兵將聚合氯化鋁投入水池拌勻，以便引入龍江稀釋鎘污染水體。攝影/鄧克軼/CFP

由于黃河上游來水量減少，黃河蘭州段水位下降，大片河床裸露。攝影/曹志政/CFP

目前，河流恢復(fù)工程多以恢復(fù)某個目標物種的生境作為恢復(fù)的動機，其中尤以恢復(fù)魚類棲息地作為河流恢復(fù)的動機為主。例如，1987年，為恢復(fù)萊茵河生態(tài)系統(tǒng)，提出以鮭魚作為恢復(fù)目標的“鮭魚2000年計劃”。除此之外，還有把其它物種或群落作為河流恢復(fù)目標，如德國Kozerski等人在恢復(fù)低地河流時，提出了以底棲動物生境的恢復(fù)作為恢復(fù)的動機。

選擇何種物種作為恢復(fù)動機，對此還未有統(tǒng)一的觀點，針對不同河流恢復(fù)者、不同區(qū)域河流以及不同恢復(fù)目標，所選擇的目標物種也有所差別。主要可考慮選擇如下幾種：河流著生藻類；河流底棲無脊椎動物；魚類以及浮游動物等。

河流恢復(fù)以單個物種作為恢復(fù)動機時，首先該物種在該河流系統(tǒng)中應(yīng)具有一定的代表性，從某一定程度上可體現(xiàn)整個生態(tài)系統(tǒng)的概況。例如我們常說鮭魚返回先前退化的河流，表明該河流生態(tài)系統(tǒng)已得到恢復(fù)，屬于健康的河流，因為我們認為鮭魚需要良好的水質(zhì)和一定的物理生境才能生存，這可能只是一般的合理性，但并不能保證其它生態(tài)系統(tǒng)組成部分的健康性。因此，以單個物種作為恢復(fù)目標可以說是保證了河流某局部生境的提高，但并沒有充分考慮在流域尺度上的生境改善，為了更合理評價河流恢復(fù)狀況，我們在選擇目標物種時，不僅要考慮所選擇物種的代表性，還要考慮選擇物種的多樣性。

目前，我國河流應(yīng)以保護和管理為主，將來河流的保護和管理不能只注重調(diào)整河流系統(tǒng)來滿足人類需要，還要根據(jù)自然河流系統(tǒng)的健康性和可持續(xù)性來調(diào)整人類的使用。河流恢復(fù)應(yīng)建立在保護和管理基礎(chǔ)之上，根據(jù)河流退化程度的狀況，分別采取適當?shù)幕謴?fù)措施，可采取人工干預(yù)恢復(fù)和自然恢復(fù)相結(jié)合的分段恢復(fù)法。

河流恢復(fù)動機是衡量河流恢復(fù)是否成功的標準之一，因此如何選擇河流恢復(fù)動機就顯得至關(guān)重要，我國目前河流恢復(fù)目標多以滿足某種特定水生物種為主，其中主要以特定魚類作為恢復(fù)動機，這樣更容易被接受。

2、空間尺度

河流的空間尺度是指與河流直接有關(guān)的周圍環(huán)境，包括河流縱向、橫向和垂向三個方向。

河流的縱向是指從河流的河源到河口，是一個線性連續(xù)系統(tǒng)，這不僅指地理空間上的連續(xù)，更重要的是指生態(tài)系統(tǒng)中生物學(xué)過程及其物理環(huán)境的連續(xù)，地理空間上的連續(xù)性是其它連續(xù)性的前提，盡可能恢復(fù)河流地理空間的連續(xù)性是恢復(fù)河流其它連續(xù)性的關(guān)鍵，應(yīng)成為河流恢復(fù)的一個重點。

河流的橫向主要包括水域、洪泛區(qū)和過渡高地邊緣三部分，季節(jié)性洪水給洪泛區(qū)帶來了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，形成獨特的洪泛平原生態(tài)系統(tǒng)，豐富了生物多樣性，提高了河流的自凈能力。恢復(fù)洪泛區(qū)脈沖式水流也是河流恢復(fù)的關(guān)鍵，這就要求恢復(fù)河流同洪泛區(qū)的聯(lián)通性。

河流的垂向是指河床下與河流有聯(lián)系的部分，其范圍不僅包括地下水對河流水文要素和化學(xué)成分的影響，而且還包括生活在下層土壤中的有機體與河流的相互作用。Stanford和Ward(1988)對河流系統(tǒng)的垂向領(lǐng)域進行了觀測，他們認為這個區(qū)域的生物量遠遠超過河流的底棲生物量。

因此，水利工程對河流非連續(xù)性的影響，除了縱向和橫向方向外，還應(yīng)包括垂向上的非連續(xù)性。堤防的修建、河道的襯砌，隔斷了地表水同地下水的通道，降低了地下水位，嚴重影響了河下生物群落。

目前我國河流恢復(fù)工程主要考慮維持和恢復(fù)河流橫向上（河流—河邊區(qū)域—洪泛區(qū)）的聯(lián)通性和縱向上（上游—下游）的連續(xù)性，董哲仁詳細分析了水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，并提出生態(tài)水利工程設(shè)計的基本原則，為我國河流恢復(fù)工作指明了一定方向。

3、時間尺度

河流恢復(fù)的時間尺度是指河流隨時間的變化過程，應(yīng)包括歷史的河流、現(xiàn)在的河流和未來的河流。

河流系統(tǒng)的演進是一個動態(tài)的過程，每一條河流都有它自己的歷史，河流恢復(fù)須對歷史資料進行收集、整理，了解過去不同階段河流的狀況。我國治水歷史悠久，從大禹治水到現(xiàn)在已有4000余年歷史，人類對河流的干涉已使我國河流面貌發(fā)生了巨大變化。由于缺乏河流干擾前的必要資料，所以完全恢復(fù)到河流干擾前的狀況是無法度量的,也是不現(xiàn)實的。但是，盡可能了解河流的歷史，對河流的恢復(fù)工作有一定的指導(dǎo)意義，它有助于理解河流演進過程的動態(tài)變化和預(yù)測河流可能的演進方向。

了解河流歷史的重要性不只局限于過去景觀的恢復(fù)，更重要的是根據(jù)河流的歷史狀況，預(yù)測河流可能恢復(fù)的程度和河流可能演進的趨勢。許多地貌學(xué)家指出，掌握河流地貌歷史，對分析河流演變的過程和對未來河流恢復(fù)工作的預(yù)測也是至關(guān)重要的。河流的現(xiàn)狀是人類活動和自然過程綜合作用的結(jié)果，對河流恢復(fù)必須確定河流目前退化狀況，詳細描述河流所存在的問題，并深入調(diào)查引起這些問題的原因，有針對性地采取相應(yīng)措施。

2011年4月9日，治水改造成功后的東濠涌。東濠涌是珠江廣州段的主要河涌之一，在廣州市越秀區(qū)境內(nèi)。攝影/windy/FOTOE

河流恢復(fù)后的實時監(jiān)測在河流恢復(fù)工作中至關(guān)重要，它是對河流系統(tǒng)的生物、物理、化學(xué)和地貌對河流恢復(fù)工作所作出反映的唯一評估方法，給河流恢復(fù)者的工作提供了保障和更好的恢復(fù)科學(xué)基礎(chǔ)。為確保對恢復(fù)進行評估，恢復(fù)目標不僅需要明確的闡明，而且至少一些目標應(yīng)充分特別說明，以便能成功監(jiān)測。

我國治水歷史悠久，河流退化差異較大，不同的河流在修復(fù)時其修復(fù)目標也會有一定差異。為保障河流恢復(fù)的成功，應(yīng)該建立適合我國國情的生態(tài)恢復(fù)的評估標準，并對河流恢復(fù)后實施必要的監(jiān)測和評價工作。

4、技術(shù)尺度

技術(shù)是河流恢復(fù)的基礎(chǔ)，不同的技術(shù)在不同層次（生物個體、種群、群落、河段、流域等）起作用，可按不同方法進行分類。按恢復(fù)技術(shù)可分為物理技術(shù)（如河流地形、地質(zhì)、基質(zhì)等）、化學(xué)技術(shù)（如河流污染、富營養(yǎng)化等）、生物技術(shù)（如生物物種的選擇）和生態(tài)技術(shù)（如生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的組裝，種群調(diào)節(jié)或群落配置）。按河流恢復(fù)實施途徑來看，可分為勘查與診斷技術(shù)（可結(jié)合GPS、GIS和RS的3S技術(shù)）、規(guī)劃與設(shè)計技術(shù)、管理技術(shù)（恢復(fù)過程及恢復(fù)前后管理）。在對河流進行恢復(fù)時，可根據(jù)河流退化程度和擬定恢復(fù)目標以及時空范圍從不同角度對河流恢復(fù)技術(shù)進行劃分和綜合使用。

河流恢復(fù)技術(shù)在有關(guān)河流恢復(fù)會議上多次被重視，并在河流恢復(fù)實踐中得以應(yīng)用，如重建河流蜿蜒性、用淺灘取代堰壩、移除障礙便于魚類遷移、開放封閉式涵洞、創(chuàng)建產(chǎn)卵床、種植河邊植被、重建河流同洪泛區(qū)的聯(lián)系、創(chuàng)建緩沖帶等。為更好地發(fā)展河流恢復(fù)技術(shù)，需要地貌學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)、漁業(yè)學(xué)、水文學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、景觀建筑學(xué)和社會學(xué)等專家一起努力。

圖3-6 河流修復(fù)的綜合性框架

我們國家的一些環(huán)境監(jiān)測、工程環(huán)境監(jiān)理以及信息技術(shù)為河流恢復(fù)的順利實施提供了必要的技術(shù)支持和保障，但是仍存在一些不足，還應(yīng)進一步發(fā)展河流恢復(fù)各階段的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)，完善生態(tài)監(jiān)測制度和監(jiān)理制度。發(fā)展3S技術(shù)在河流恢復(fù)中的應(yīng)用，實現(xiàn)河流恢復(fù)的實時監(jiān)測。

5、公眾意識尺度

公眾是河流退化的直接受害者，他們對河流恢復(fù)前和恢復(fù)后的評價可能更為客觀，對河流健康恢復(fù)工作的實施有重要意義。因此河流恢復(fù)應(yīng)面向公眾，讓公眾直接參與整個恢復(fù)過程，而不僅是讓公眾作為旁觀者。沒有社會公眾的參與，河流恢復(fù)工作不可能取得成功，而對此，目前還沒有引起足夠重視，很少有會議專門進行討論。

社會的積極參與是河流恢復(fù)成功的前提，在一些發(fā)達國家已有實施，例如，Scruton等人在對加拿大河流恢復(fù)時，強調(diào)當?shù)乇Ｗo組織、私人企業(yè)和加拿大政府部門的合作，還有其他一些河流恢復(fù)者也提出當?shù)厣鐣诤恿骰謴?fù)中所扮演的關(guān)鍵角色。將河流恢復(fù)納入正式教育的國家還很少，在德國一些當?shù)貙W(xué)校已提出鼓勵學(xué)生通過在岸邊植樹等行動，加強河流保護教育。

為更有效實施河流恢復(fù)，公眾的參與必須落實在制度上，同時應(yīng)該為公眾參與創(chuàng)造環(huán)境。我國《環(huán)境保護法》規(guī)定：“一切單位和個人都有保護環(huán)境的義務(wù)，并有責任對污染和破壞環(huán)境的單位和個人進行檢舉和控告?！边@是我國公眾參與環(huán)境保護在立法上的體現(xiàn)，也是公眾參與環(huán)境的保障。

我國目前尚處于河流恢復(fù)的初始階段，許多相應(yīng)公眾參與措施沒有被提上日程，公眾的參與應(yīng)從以下幾方面加強：首先，要改變那種認為河流恢復(fù)只是自然保護者的工作的錯誤概念，加大宣傳河流恢復(fù)的社會經(jīng)濟利益；第二，讓更多不同的人群參與河流恢復(fù)工程，包括中小學(xué)生、大學(xué)生、政治家、研究者、計劃制訂者和自愿保護工作者等，對不同層次的公眾采用不同的方法和恰當?shù)哪繕私逃?。第三，要注意河流恢?fù)的宣傳方法，河流恢復(fù)計劃的發(fā)布是否得當，將存在一定風險，不得當?shù)姆椒〞谷藗儺a(chǎn)生一種錯誤的觀點，即認為河流的破壞不是很嚴重、可以完全恢復(fù)等認知。

河流修復(fù)內(nèi)容的層次框架

河流是流域生態(tài)系統(tǒng)的動脈，人類的任何活動，包括土地利用、城市化和地下水開采等，都會改變河流水體的質(zhì)和量，從而改變河流的生物群落。隨著人們對河流生態(tài)重要性的認識，河流修復(fù)近期開始受到重視，并且成為解決河流生態(tài)問題的重要措施。

至少40年，人們更多關(guān)注的是作為系列連結(jié)區(qū)或縱向連續(xù)性的河流縱向組成。近幾年，隨著人們對河流生態(tài)系統(tǒng)的認識，河流的橫向組成、河流、河邊區(qū)域和洪泛區(qū)相互關(guān)系受到越來越多的重視。我們在對河流進行恢復(fù)時，除應(yīng)考慮上述因素外，還應(yīng)考慮河流垂向和時間尺度。垂向組成包括地下水水流和地下水層群落，而時間組成包括有機生命歷史的長度，也包括河流形態(tài)的改變。因此，為了選擇恰當?shù)暮恿骰謴?fù)措施，我們必須理解河流空間、時間的物理、化學(xué)、生物等組成之間的復(fù)雜關(guān)系，綜合考慮不同空間尺度（流域、河流、河段、生境）和時間（長時間和短時間）及各層次控制因素，理解不同控制因子的功能和相互作用（控制和反饋）。河流修復(fù)內(nèi)容各層次因素框架如圖3-6所示。

1、流域系統(tǒng)條件

流域系統(tǒng)條件包括流域氣候（溫度、降雨）和流域地質(zhì)（坡度、土壤組成）及與其有關(guān)的過程，它界定了河流的邊界條件，由最終控制因素組成。流域系統(tǒng)條件最終控制因子在高層次空間（流域）和時間（+/-100年）尺度上同河流互相作用，并決定了河流生態(tài)系統(tǒng)功能的可能性。人類通過土地開墾、城市化等活動改變了流域大氣沉降、環(huán)境條件變化等過程，從而對流域的系統(tǒng)條件產(chǎn)生影響，改變了流域降雨、蒸發(fā)以及下墊面條件等。但一般情況下，系統(tǒng)條件不能通過管理或某一措施而改變。因此，系統(tǒng)條件的因素并不是河流恢復(fù)的關(guān)鍵，但我們在對河流修復(fù)時必須考慮系統(tǒng)的邊界條件及其變化的長期影響。

2、河流水文條件

在流域尺度上，河流水文包括地下水流、滲流、徑流和流量等水文過程；在河流(河段)和生境尺度上，河流水文包括水流的流速和流態(tài)等水力過程。河流水文的特點由流域系統(tǒng)條件決定，河流水流流向反過來又影響了系統(tǒng)其它參數(shù)的發(fā)展趨勢，河流水流流向主要有兩種，一種是從流域邊界流向河流（橫向），另外一種是從水源流向河口（縱向）。人類通過修建堤防、大壩等活動，改變了河流水流條件，從而引起河流生態(tài)條件的變化，通過加強管理或采取一定措施可補償或修復(fù)人類對河流水文條件的改變，它是河流修復(fù)的一個主要內(nèi)容。

3、河流結(jié)構(gòu)條件

河流結(jié)構(gòu)包括河流橫向、縱向和垂向形態(tài)，也包括河流的泥沙沉積、造陸等內(nèi)容。河流水文和水力過程決定了流域和河流縱向上的地形特征、河岸和河床的橫向形態(tài)以及河流基質(zhì)類型和底層模式；反過來，河流結(jié)構(gòu)的變化也影響了河流的水文過程。人類對河流結(jié)構(gòu)的改造，包括河流長度的縮短、淺灘和深潭消失以及沿河洪泛平原和濕地消失等，這些變化改變了河流的水力條件和生物條件，從而導(dǎo)致河流穩(wěn)定性降低、自凈能力下降、生物多樣性減少等。修復(fù)河流結(jié)構(gòu)，采取近自然生態(tài)工法治理退化河流，也是河流修復(fù)的一個重要內(nèi)容。

4、河流物質(zhì)條件

河流物質(zhì)包括溶解的營養(yǎng)物質(zhì)、有機質(zhì)、氧、主要離子和污染物等，這些溶解質(zhì)隨著水流而流動。一般情況下，從流域邊界到河流，從河源到河口，物質(zhì)溶解量逐漸增加。污染物的不達標排放、河流流量的減小、河流自凈時間縮短以及淺灘（曝氣）消失導(dǎo)致河流水質(zhì)下降，富營養(yǎng)化加劇，并成為影響河流健康的一個重要方面。因此，嚴格控制污染源、改善河流水文條件、修復(fù)河流結(jié)構(gòu)是避免河流水質(zhì)退化的重要措施。河流水文、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)結(jié)合在一起組成控制因子組，直接決定了河流群落功能，這些控制因素位于高尺度和低尺度層次之間。

5、河流物種

河流物種類型和豐富度反映了上面所提到的控制因子組的功能，是一個河流健康狀況的重要外在表現(xiàn)，因此，河流物種和群落常常成為河流管理和恢復(fù)的實際生態(tài)目標。

盡管河流控制層起決定作用，但反饋作用也總是存在的，河流控制因子和反映特點之間是相互聯(lián)系、相互影響的，例如結(jié)構(gòu)能夠反映河流水文的作用，但也能降低河流流量波動；物種能適應(yīng)河流水文變化，但也能影響河流水文和形態(tài)。因此，在對河流進行修復(fù)時，應(yīng)正確理解不同層次尺度上因子的相互作用，采取恰當?shù)拇胧恿鬟M行有效修復(fù)。

我國河流的修復(fù)

1、我國河流修復(fù)的任務(wù)

我國地域遼闊，河流眾多，大小河川總長約達42萬km，流域面積在1000km2以上的河流有1500多條。這些河流為繁榮我國經(jīng)濟，維護社會穩(wěn)定團結(jié)提供了重要保障。但由于不合理的開發(fā)利用，尤其是某些水利工程建設(shè)不當，導(dǎo)致河流生態(tài)和環(huán)境狀況惡化，影響河流的功能和永續(xù)利用。人們在享受水利工程帶來的巨大效益時，也開始認識到水利工程給生態(tài)和環(huán)境造成的影響。如何結(jié)合我國國情、對受損河流進行修復(fù)成為當今重要課題。

河流修復(fù)工作在我國還處于初級階段，有關(guān)的許多問題還處在嘗試和探討過程中，在實際工作中，既要借鑒西方國家的先進研究成果和經(jīng)驗，又要結(jié)合我國國情，針對不同河流健康存在的實際問題，有針對性地采取相應(yīng)的修復(fù)措施。

考慮到我國目前經(jīng)濟發(fā)展階段，在我國多數(shù)地區(qū)還難以按照西方國家的高標準進行河流修復(fù)建設(shè)。值得提倡的經(jīng)濟可行的技術(shù)路線是充分利用生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自組織的功能，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)。減輕人為對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，包括強化治污和污水排放控制，保持最低生態(tài)需水量等基礎(chǔ)上研究河流修復(fù)問題。

比較現(xiàn)實的方法是結(jié)合河流整治、防洪工程等，開展河流生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)。在實際河流修復(fù)工作中，初期投入少量資金，主要是河流自然形態(tài)的修復(fù)和生物棲息地的構(gòu)筑，最大限度地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)功能。在具體進行河流修復(fù)時，應(yīng)根據(jù)自然河流特點來進行修復(fù)，主要措施包括：重建河流的許多通道、深潭和淺灘，增加河流蜿蜒性，以增加河流生境的多樣性和抗逆性；充分利用河岸或河濱水分和養(yǎng)分充分的特點，先在此區(qū)恢復(fù)植被，吸引各種動物在此棲息，進而以此為植物源，向周圍傳播和擴展；從流域尺度來對河流進行恢復(fù)。

針對我國目前河流健康存在的普遍問題，目前我國河流修復(fù)的重點任務(wù)有二個：一是通過創(chuàng)建多樣性的河流形態(tài)，改善河道水力條件，創(chuàng)建適應(yīng)生物生長的多樣性的生境，并提高河道自凈能力；二是改善河流水文條件，保證下游河道和河口生態(tài)和環(huán)境所需基本需水量，維持下游河道主河槽形態(tài)，盡力恢復(fù)下游河道自然水文模式，為水生生物正常生長、產(chǎn)卵和覓食提供適宜場所。

工人在南京秦淮河上放置用于吸收污染物、凈化水質(zhì)的水生植物。攝影/楊多多/CFP

2011年5月2日，由于降水減少，位于杭州九溪十八澗上游的龍井村出現(xiàn)溪水斷流，裸露出干涸的河床。當?shù)卮迕穹Q，近百年來，村里的這條小溪從未斷流過。攝影/董旭明/CFP

2、我國河流修復(fù)的內(nèi)容和目標

我國人口眾多，河流兩岸往往分布有重要的城市和工業(yè)園區(qū)，是人類密集區(qū)域。因此，完全讓洪水自由泛濫是不可能的也是不現(xiàn)實的，我國河流形態(tài)多樣性的修復(fù)只能建立在河流安全行洪能力要求的前提下，盡可能創(chuàng)建、修復(fù)多樣性的河流形態(tài)。河流形態(tài)多樣性修復(fù)的內(nèi)容和目標見表3-2：

表3-2 河流形態(tài)修復(fù)與重建的內(nèi)容

河道斷流后，原有的水生環(huán)境遭受到嚴重破壞，水生生物賴以生存的環(huán)境消失，水生生物也隨之消亡。長時間斷流后，即使再次復(fù)水，系統(tǒng)也難以恢復(fù)成類似的水生生態(tài)系統(tǒng)。因此，如果一條河流常年斷流，河流生命也將終結(jié)。而如果它的流量不能滿足河流基本的生態(tài)和環(huán)境功能要求，那么河流將出現(xiàn)萎縮、水體污染、水生態(tài)惡化等不良后果，那么也不能稱之為健康的河流。由此，為了防止河道萎縮或功能性斷流，維持河流基本生態(tài)和環(huán)境功能，河道應(yīng)保持一定比例的基本流量，使之滿足河流健康生命的最基本需要。

另外，河流生命是一個極具社會屬性的概念，它的健康狀況在很大程度上取決于人類對其社會和經(jīng)濟價值的取向，如河流水量過大，因洪水泛濫而影響人類的生存和發(fā)展時，這樣的河流對人類社會來說也是不健康的。

因此，河流健康生命流量應(yīng)涵蓋河流生態(tài)系統(tǒng)和人類的不同需求，是一個閾值，其下限為生態(tài)基流量，上限為河道安全行洪流量，此外還有平灘流量、河流合理流量。河流水文條件改善的內(nèi)容和目標見表3-3。

表3-3 河流水文條件修復(fù)的內(nèi)容和目標

河流水文修復(fù)的特征流量有河流生態(tài)基流量、江河合理流量、平灘流量、河道安全行洪流量等。

河流生態(tài)基流量(River ecological basic flow)是基于河流生態(tài)保護角度而提出的，它是指為保證河流生態(tài)服務(wù)功能，用以維持或恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與功能所需的最小流量。它是維持河流健康生命的最小流量，當河流流量小于此值時，河流健康生命將受到影響，如果長期小于該流量，河流的結(jié)構(gòu)和功能可能會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。其研究和確定的目的在于遏止由河道斷流和流量減少造成的生態(tài)環(huán)境惡化，最終實現(xiàn)流域河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

江河合理流量是保證水資源可持續(xù)發(fā)展的重要流量，是基于河流生態(tài)保護和人類可持續(xù)發(fā)展需求提出的?！吨腥A人民共和國水法》第三十條規(guī)定：“縣級以上人民政府水行政主管部門、流域管理機構(gòu)以及其他有關(guān)部門在制定水資源開發(fā)、利用規(guī)劃和調(diào)度水資源時，應(yīng)當注意維持江河的合理流量和湖泊、水庫以及地下水的合理水位，維護水體的自然凈化能力?！庇纱丝芍S護江河合理流量是我國水利工作者的重要任務(wù)，是保障我國江河水資源可持續(xù)利用規(guī)劃的重要依據(jù)，同時又是維護河流健康生命的總體指標。

但對于一條被大量引水的河流，維持多大流量才比較合理，對此研究較少，沒有準確的定義和計算方法。國際上公認水資源合理開發(fā)限度為40%，如果長時間開采量超過此值，河流健康生命將受到影響。董福平等通過計算認為江河合理流量大小相當于年平均流量的15%左右，約相當于270天保證流量。福建省選用河川年徑流量設(shè)計保證率95%作為保護水的生態(tài)與環(huán)境及河道水動力的基本條件，求出全省河川徑流量資源的合理開發(fā)限量為479億m3，占全省水資源總量的41%。目前，我國華北平原、遼河平原、甘肅省的河西走廊和其他省、自治區(qū)的一些地方，水資源的開發(fā)已呈現(xiàn)過度，其中淮海中下游、海河中下游和黃河以及一些內(nèi)陸河流中下游開發(fā)利用程度達70%以上，導(dǎo)致河流功能萎縮，生態(tài)環(huán)境惡化。

平灘流量是指河道達到平灘水位時所對應(yīng)的流量，它是維持河道形態(tài)最有效的流量，其值是一個瞬時最大流量值，一般情況下，重現(xiàn)期大約是1.5年，可通過洪水頻率曲線分析求得。作為粗略的近似，在無實測資料的情況下，可暫取此值作為平灘流量。

我國多泥沙河流，由于上游大壩攔截，加之人工超量取水，導(dǎo)致下游河道流量減少，甚至斷流，引起大量泥沙淤于河道主河槽，致使主河槽萎縮，平灘流量下降，河流行洪能力降低，產(chǎn)生小水釀大災(zāi)的局面。因此，如何保證河流平灘流量，維持主河槽基本形態(tài)，保證河道行洪能力和完成輸沙功能要求，在我國多泥沙河流顯得特別重要。我國黃河由于上游水庫的攔截和大量的引水導(dǎo)致下游河道斷流，引起主槽嚴重萎縮，平灘流量減少，例如高村以上主槽較1985年前縮窄40%以上，斷面面積減少50%左右，河槽平均淤高1.73m，2001年汛前，下游平灘流量由五六十年代的5000-8000m3/s下降到1800-3000m3/s，導(dǎo)致水沙輸送能力下降、二級懸河加劇、洪水漫灘幾率增加；寧蒙河段平灘流量由1986年以前的5000m3/s降低為目前500-800m3/s，成為該河段汛期堤防決口的重要因素。對此黃委已提出調(diào)水調(diào)沙措施，自2000年經(jīng)三次調(diào)水調(diào)沙，下游主河槽普遍刷深，最小平灘流量已從1800m3/s恢復(fù)到3500m3/s左右，但距離人們所期望的4000-5000m3/s仍有相當距離。

自古以來河流兩岸就是人類繁衍生息之地，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，河流兩岸已成為工業(yè)、生活密集區(qū)域。人們?yōu)榱吮Ｕ仙敭a(chǎn)安全，在河流兩岸修筑堤防，以限制洪水的自由泛濫。因此，從該意義上講，河流健康的最大生命流量就是堤防最大設(shè)計標準所對應(yīng)的流量，即河道的安全行洪流量，它的確定根據(jù)河流防洪標準確定，多發(fā)生在汛期。超過河道行洪能力的水量，一般不能為生產(chǎn)和生活直接使用，反而會對沿岸人民的生命財產(chǎn)造成威脅。但近幾年研究表明，世界上許多河流80%以上的泥沙是被最高10%的水流輸送的。洪水過后，洪泛區(qū)的農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境往往得到很大改善，如1998年松嫩大水過后，雖其后連續(xù)干旱，但松嫩平原洪泛區(qū)農(nóng)業(yè)仍獲得豐收，許多年不見的候鳥重新返回，日趨減少的魚類種群又重新恢復(fù)；美國對1993年洪水過后魚類的繁衍情況進行了調(diào)查，結(jié)果表明1993年大洪水與魚類的天然繁殖期相吻合，使得水生資源奇跡般迅速增殖。這些案例表明大洪水在帶來損失的同時也會帶來部分經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益，今后對其研究還需從災(zāi)害和效益兩方面進行。

河流形態(tài)多樣性修復(fù)與河流水文條件的修復(fù)緊密聯(lián)系在一起，河流形態(tài)多樣性修復(fù)為河流水文條件的修復(fù)創(chuàng)造了條件，河流水文條件的修復(fù)為維持河流形態(tài)多樣性提供了保障。例如我們在對河流進行修復(fù)時，修復(fù)河流的主河槽和洪泛區(qū)結(jié)構(gòu)，這為洪水期水流的自由擴張?zhí)峁┝艘欢ǔ雎?，而主河槽形態(tài)的維持，需要一定的水流條件。

以上內(nèi)容，根據(jù)我國國情和河流健康面臨的主要問題，指出我國河流修復(fù)的重點任務(wù)是創(chuàng)建多樣性的河流形態(tài)和改善河流水文條件。提出了我國河流形態(tài)多樣性修復(fù)的主要內(nèi)容和目標，構(gòu)建了河流形態(tài)多樣性修復(fù)的概念框架。分析了河流流量在維護河流健康的重要意義，提出河流水文條件修復(fù)的內(nèi)容和目標，概述了維持河流健康生命的生態(tài)基流量、河流合理流量、平灘流量、河道安全行洪流量等特征流量的意義及主要計算方法。