河流健康評(píng)價(jià)的尺度轉(zhuǎn)換問題初探

金小娟，陳 進(jìn)

（長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010）

河流健康評(píng)價(jià)的尺度轉(zhuǎn)換問題初探

金小娟，陳 進(jìn)

（長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010）

河流健康評(píng)價(jià)是一種兼顧合理開發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)的綜合評(píng)估體系，影響河流健康的主要因素、決策者的總體目標(biāo)、管理行為都與河段空間尺度有關(guān)。河流健康評(píng)價(jià)首先要明確的關(guān)鍵問題就是尺度的問題。介紹了河流生物斑點(diǎn)、工程河段、景觀河段和全河長(zhǎng)4個(gè)尺度劃分，對(duì)各尺度健康評(píng)價(jià)之間的關(guān)系進(jìn)行了描述，并通過對(duì)漢江上游河段的分析與計(jì)算，說明尺度轉(zhuǎn)化關(guān)系的合理性，也表明漢江上游河段河流健康程度總體是好的。

河流；健康；評(píng)價(jià)；尺度；生境

1 概 述

河流健康概念是河流管理的一種評(píng)估工具，其目的是建立一套河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估體系，評(píng)估河流在自然力與人類活動(dòng)雙重作用下，在長(zhǎng)期演變過程中河流生態(tài)狀態(tài)的變化趨勢(shì)［1］。

作為河流評(píng)價(jià)本身來講，一個(gè)完整的河流評(píng)價(jià)應(yīng)該涵蓋各個(gè)尺度，而對(duì)于不同決策者與管理者來說，他們需要的評(píng)價(jià)尺度也是不同的，國(guó)家層面需要的是宏觀大尺度的評(píng)價(jià)結(jié)果；流域管理機(jī)構(gòu)需要的是防洪、水土保持、水環(huán)境、輸沙采砂、水庫(kù)調(diào)度、水庫(kù)及水電站建設(shè)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的指標(biāo)；生態(tài)與環(huán)境保護(hù)部門關(guān)心的是河流環(huán)境與生態(tài)；而對(duì)于特定生態(tài)學(xué)者來說，可能重點(diǎn)關(guān)心的是河流斷面或小生境、微生境的情況。因此，影響河流健康的主要因素、決策者的總體目標(biāo)、管理行為都與空間尺度有關(guān)，而且對(duì)河流的評(píng)價(jià)、開發(fā)利用和管理行為都是在一定的尺度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以河流健康評(píng)價(jià)首先要明確的關(guān)鍵問題就是尺度的問題［2］。但是，當(dāng)前對(duì)河流尺度研究得少，分尺度評(píng)價(jià)的方法更少，不便于對(duì)河流進(jìn)行分尺度的開發(fā)和管理。另外我國(guó)幅員遼闊，河流眾多，類型各異，建立不同尺度河流健康評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)的評(píng)估參數(shù)選擇和指標(biāo)體系的建立是很有必要的。

2 河流健康評(píng)價(jià)尺度劃分

河流健康綜合評(píng)價(jià)離不開評(píng)價(jià)的尺度，Ward（1989）［3］將河流生態(tài)環(huán)境用四維空間來描述：河流縱向、橫向、深度和時(shí)間。由于河流縱向尺度與橫向和深度方向相差很大，所以，分析河流生境時(shí)，可以將河流縱向再分成3個(gè)尺度，即整條河長(zhǎng)、與陸地生態(tài)區(qū)尺度相當(dāng)?shù)木坝^河段（幾十公里到上百公里）和工程河段（一般涉河工程影響范圍，幾公里到幾十公里），水生生物的正常生存及循環(huán)可以證明水環(huán)境處在良好的狀態(tài)，水生生物的健康是河流健康的基本屬性。例如，對(duì)于長(zhǎng)江這樣的大河，生境完整性評(píng)價(jià)應(yīng)該包括全河、景觀河段、工程河段和微生境等不同尺度［4］。

2.1 生物斑點(diǎn)（微生境）

從河流生態(tài)系統(tǒng)來看，河道中天然“障礙物”（如倒木、卵石、漂石、樹支、礁石、磯頭等）雖然影響航運(yùn)和行洪，但這些“障礙物”可以增加水體的溶解氧，是水生植物的棲息地，水生動(dòng)物的避難場(chǎng)，具有重要的生態(tài)價(jià)值，稱為河流的生態(tài)斑點(diǎn)。河中生態(tài)斑點(diǎn)越多，河流棲息地越具有多樣性，物種也越豐富；反之，生態(tài)斑點(diǎn)越少，生物多樣性就越不豐富。

生物斑點(diǎn)評(píng)價(jià)包括底質(zhì)特性、河水垂直方面物理化學(xué)變化，需要統(tǒng)計(jì)塊石、礫石、倒木數(shù)量、岸邊植被規(guī)模和結(jié)構(gòu)的多樣性等。

2.2 工程河段（小生境）

工程河段一般指涉水工程（閘涵、橋梁、碼頭、采砂、堤防加固）可能影響的范圍，河長(zhǎng)從幾公里到幾十公里。工程河段一般包括彎道、直道、主泓、分汊等河道特征，與河流橫向和深度方向共同構(gòu)成河流小生境。工程河段生境特點(diǎn)與河流橫向生境密切相關(guān)，是涉水工程對(duì)生態(tài)影響研究的基本范圍。當(dāng)有大型工程所影響的河段跨越景觀河段時(shí)，就將它在景觀河段的界線處劃分開來，分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。把在不同景觀河段上的工程河段分開討論，這樣不僅有利于各尺度清楚有序，更有助于提高河段評(píng)價(jià)的精確性。

工程河段生境評(píng)價(jià)包括河道橫向尺寸變化、局部河勢(shì)變化、洲灘變化、涉水工程影響、生物斑點(diǎn)數(shù)等。

2.3 景觀河段（中生境）

景觀是自然地理的概念，一般指包括特定地質(zhì)和地貌特征的景觀。與陸地生態(tài)區(qū)尺度相當(dāng)，從河長(zhǎng)方面可以從幾十公里到幾百公里，包括同一地貌特征的河段。例如長(zhǎng)江三峽景觀、上荊江河段等，從河道特征來看，一個(gè)景觀河段，其地質(zhì)、河形和地貌特征基本相同，構(gòu)成了中間尺度的河流生境。由于河勢(shì)和地貌特征類似，其岸邊植被特征和生物棲息地條件也類似，構(gòu)成河道中尺度生境。研究陸地生物與河流生物關(guān)系，或研究江湖連通關(guān)系可以在景觀河段尺度上進(jìn)行。

景觀河段生境評(píng)價(jià)包括區(qū)域地質(zhì)和地貌特征；陸地生態(tài)與河流關(guān)系，如江湖關(guān)系；河勢(shì)演變，包括洲灘、分汊河段數(shù)量及演變，彎曲河段及江中島數(shù)目；河流橫向變化，如洪泛區(qū)或分洪區(qū)；支流匯入數(shù)；岸邊植被變化；大型水庫(kù)及水利工程影響等。

2.4 全河尺度（大生境）

由于河流的特點(diǎn)，其縱向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向與深度方面，以整條河來分析，可以稱為大生境。由于河流水流、物質(zhì)流（營(yíng)養(yǎng)物和泥沙）和生物流（魚類等）源源不斷，整條河構(gòu)成了一個(gè)大生境，即河流生物走廊，一些洄游性的魚和哺乳動(dòng)物需要全河長(zhǎng)的大生境才能滿足其正常的生存要求。例如，相當(dāng)多的江海洄游性魚類都要上溯到河流的上游地區(qū)產(chǎn)卵，如長(zhǎng)江的中華鱘、北美和北歐的鮭魚等，研究洄游魚類需要從全河尺度來進(jìn)行。維持河流連續(xù)性是保持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性的基本條件。

3 不同尺度之間的關(guān)系

從河道特征來看，一個(gè)景觀河段，其地質(zhì)、河形和地貌特征基本相同，構(gòu)成了中間尺度的河流生境。由于河勢(shì)和地貌特征類似，其岸邊植被特征和生物棲息地條件也類似，構(gòu)成河道中尺度生境。景觀河段一般是由若干工程河段組合而成的，如果對(duì)一個(gè)景觀河段中主要的工程河段進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)，綜合其成果，可以上升到景觀河段的評(píng)價(jià)，所以，河流斷面是工程河段評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，工程河段評(píng)價(jià)是景觀河段的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。同樣，景觀河段是整條河健康評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，通過建立一定的關(guān)系，可以將不同尺度河流健康評(píng)價(jià)聯(lián)系起來。

工程河段一般指涉水工程（閘涵、橋梁、碼頭、采砂、堤防加固）可能影響的范圍，河長(zhǎng)從幾公里到幾十公里，一般包括彎道、直道、主泓、分汊等河道特征，這些多樣的河道不僅構(gòu)成了河流自然的美麗，而且產(chǎn)生了水生生物的棲息地，與河流橫向和深度方向共同構(gòu)成河流小生境。彎曲的河道高灘和岸邊濕地是樹木、灌木、鳥和兩棲動(dòng)物的棲息地；淺灘、水位變動(dòng)區(qū)和淺水區(qū)是水生植物、兩棲動(dòng)物、無脊椎動(dòng)物、幼魚棲息地；緩流區(qū)是凈水魚類和無脊椎動(dòng)物棲息地；主泓是急流魚類洄游和活動(dòng)的通道。所以每個(gè)小生境中都包含若干生物斑點(diǎn)。

由上述可以看出，生物斑點(diǎn)、工程河段、景觀河段、全河長(zhǎng)幾個(gè)尺度是由小到大，后者包含前者的關(guān)系，各個(gè)尺度的河流健康評(píng)價(jià)之間必定有著密不可分的關(guān)系。一般來說，若干相對(duì)小尺度的評(píng)價(jià)完成后，可以相互綜合，再加入相對(duì)大尺度評(píng)價(jià)需要的其它補(bǔ)充資料，加以融合分析，就可以得出相對(duì)大尺度的河流健康評(píng)價(jià)，其關(guān)系大致如圖1。

圖1 各尺度河流評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)圖Fig.1 Relationship of assessment about

different criterions

下面我們?cè)诿總€(gè)尺度上選擇最重要的5個(gè)指標(biāo)，來說明這個(gè)關(guān)系問題，所選指標(biāo)如表1。

表1 各尺度河流特征指標(biāo)選取Table 1 Indicators selection for different criterions

在這里，我們采用健康評(píng)價(jià)中最常用的綜合評(píng)價(jià)法來對(duì)評(píng)價(jià)中各尺度之間的關(guān)系進(jìn)行闡釋，即先選取指標(biāo)，對(duì)其賦值，再對(duì)每個(gè)指標(biāo)值加權(quán)求和得到河段的綜合健康指數(shù)，通過比較綜合健康指數(shù)來判斷各尺度河流健康程度的方法。

全河長(zhǎng)是一個(gè)比較特殊的尺度，它本身視規(guī)模和特點(diǎn)而定，也可以是一個(gè)包含若干景觀河段。假設(shè)A是一個(gè)景觀河段，由m個(gè)工程河段（B1，B2，…Bm）組成，其中的第i個(gè)工程河段Bi中存在k個(gè)生態(tài)斑點(diǎn)，其關(guān)系如圖2。

圖2 各級(jí)河段關(guān)系圖Fig.2 Relationship of different criterions in every stretch

另設(shè)景觀河段的各順序指標(biāo)的權(quán)重為X，X＝（α1，α2，…，α5）；設(shè)工程河段的各順序指標(biāo)的權(quán)重為Y，Y＝（β1，β2，…，β5）；生物斑點(diǎn)的各順序指標(biāo)的權(quán)重為Z，Z＝（γ1，γ2，…，γ5）。再設(shè)景觀河段A的各順序指標(biāo)的取值為A，AT＝（a1，a2，…，a5）；設(shè)包含于A的第i個(gè)工程河段Bi各順序指標(biāo)的取值為Bi，Bi

T＝（bi1，bi2，…，bi5）；Bi中第j個(gè)生物斑點(diǎn)的各順序指標(biāo)的取值為Cij，CijT＝（cij1，cij2，…，cij5）。Q為河段的綜合健康指數(shù)。

3.1 由生態(tài)斑點(diǎn)推導(dǎo)工程河段

若第i個(gè)工程河段包含k個(gè)生物斑點(diǎn)，由生物斑點(diǎn)的生物完整性、河岸狀況2項(xiàng)指標(biāo)推導(dǎo)出工程河段的生物完整性、河岸狀況2項(xiàng)指標(biāo)值，即

3.2 由工程河段推導(dǎo)景觀河段

若景觀河段包含m個(gè)工程河段，則由工程河段的水質(zhì)狀況、生物完整性2項(xiàng)指標(biāo)推導(dǎo)出景觀河段的水質(zhì)狀況、水生生物多樣性2項(xiàng)指標(biāo)，即

這樣就建立了3個(gè)尺度相同指標(biāo)之間的聯(lián)系，為分尺度的河流健康評(píng)價(jià)提供了方便。

4 舉例（以漢江上段為例）

漢江是長(zhǎng)江中游最大的支流，發(fā)源于秦嶺南麓，干流流經(jīng)陜西、湖北兩省，于武漢市匯入長(zhǎng)江。全長(zhǎng)1 577 km，落差1 964 m。支流展延至四川、甘肅、重慶、河南等4省（市），流域面積15.90萬km2。丹江口以上為上游段，長(zhǎng)925 km，位于秦嶺、大巴山之間，占漢江總長(zhǎng)的59%，落差占漢江總落差的90%；河床坡降大，水能資源豐富。漢江規(guī)模太大，本文將漢江的上段作為一個(gè)完整的河長(zhǎng)來考慮。

4.1 景觀河段與工程河段劃分

圖3中，按照地質(zhì)地貌特征將漢江上游劃分成5個(gè)景觀河段：

（1）源頭－勉縣段，為中低山－丘陵，兩岸山嶺地形高差100～300 m，河道窄淺，支流眾多。

（2）勉縣－洋縣段，為漢中盆地，東西長(zhǎng)約100 km，南北寬5～25 km，四周為丘陵，高差40～100 m，盆地內(nèi)發(fā)育有寬廣的沖積漫灘和Ⅰ－Ⅳ級(jí)階地，河道水流平穩(wěn)，寬300～500 m，并有褒河、胥水河等支流匯入。

（3）洋縣－安康段，西段為中低山峽谷區(qū)，河道寬度130～300 m，最窄僅50余m，兩岸峰脊高出河床150～500 m，局部高出1 000 m以上。兩岸零星分布Ⅰ－Ⅲ級(jí)階地。左岸有子午河、池河，右岸有牧馬河、任河、嵐河等支流匯入。

圖3 漢江上游景觀河段與工程河段劃分Fig.3 Project stretch and landscape stretch in upstream Hanjiang River

（4）安康－白河段，安康段為斷陷盆地，長(zhǎng)約16 km，河道展寬并發(fā)育有較寬的沖積漫灘和Ⅰ－Ⅳ級(jí)階地，安康東至白河段為中山峽谷區(qū)，河床高程240～170 m，河床寬150～300 m，兩岸峰巒高程500～1 000 m，個(gè)別可達(dá)1 200 m，地形高差250～600 m。

（5）白河－丹江口段，以峽谷為主間有寬谷，河道寬200～300 m，兩岸見有Ⅰ－Ⅳ級(jí)階地，兩岸山地高程200～500 m。大部分為丹江口水庫(kù)區(qū)，左岸有丹江、右岸有堵河等支流匯入。

按照涉水工程（閘涵、橋梁、碼頭、堤防加固、城市等）對(duì)漢江的影響狀況，找出了13個(gè)工程河段：①九冶治江大橋工程段；②橋閘工程三橋工程段；③漢中市工程段；④洋縣工程段；⑤黃金峽水利樞紐工程段；⑥石泉水利樞紐工程段；⑦紫陽縣城工程段；⑧安康水利樞紐工程段；⑨漢江大橋工程段；⑩安康市工程段；○11漢江大橋工程段；○12云縣工程段；○13丹江口水利樞紐工程段。

4.2 健康指數(shù)計(jì)算

為了便于表示，在下面的計(jì)算中我們直接用上面的編號(hào)來表示相應(yīng)的河段，并只對(duì)能夠在工程河段與景觀河段之間互相推導(dǎo)的指標(biāo)來進(jìn)行計(jì)算。

在下面的計(jì)算中，賦值區(qū)間暫定為1～5。1為最差；2為比較差；3為一般；4為較好；5為好。各指標(biāo)視為等權(quán)重的，即每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重都定為0.2，最終河段的綜合指數(shù)在1～2之間為不健康；2～3之間為一般；3～4之間為亞健康；4～5之間為健康（表2至表4）。

表2 漢江上游景觀河段生物多樣性計(jì)算Table 2 Calculation of the index of biological diversity in landscape stretches of upstream Hanjiang River

由此可見，在漢江上游源頭－勉縣段和白河－丹江口段健康，勉縣－洋縣段和安康－白河段亞健康，洋縣－安康段一般，說明漢江上游河流健康程度總體來說較好。

表3 漢江上游景觀河段水質(zhì)狀況計(jì)算Table 3 Calculation of the index of water quality in landscape stretches of upstream of Hanjiang River

表4 漢江上游景觀河段綜合指數(shù)計(jì)算Table 4 Calculation of the integrated health index in landscape stretches of upstream Hanjiang River

5 結(jié) 語

河流健康概念是河流管理的一種評(píng)估工具，由于影響河流健康的主要因素、決策者的總體目標(biāo)、管理行為都與空間尺度有關(guān)，而且對(duì)河流的評(píng)價(jià)、開發(fā)利用和管理行為都是在一定的尺度范圍內(nèi)進(jìn)行的，

所以河流健康評(píng)價(jià)首先要明確的關(guān)鍵問題就是尺度問題。不同尺度河段對(duì)應(yīng)不同的評(píng)估參數(shù)和指標(biāo)體系，本文初選了各尺度對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析了各尺度之間的聯(lián)系和區(qū)別，并依據(jù)這些異同點(diǎn)得出了評(píng)價(jià)過程中各尺度相同指標(biāo)之間的關(guān)系，建立了線性的公式。

［1］ 董哲仁.河流健康評(píng)估的原則和方法［J］.中國(guó)水利，2005，（10）：17－19.（DONG Ze-ren.Principles and methods of river health assessment［J］.China Water Re-sources，2005，（10）：17－19.（in Chinese））［2］ 趙進(jìn)勇，董哲仁，孫東亞.河流生物棲息地評(píng)估研究進(jìn)展［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2008，26（17）：82－88.（ZHAO Jin-yong，DONG Zhe-ren，SUN Dong-ya.State of the art in the field of river habitat assessment［J］.Science＆Tech-nology Review，2008，26（17）：82－88.（in Chinese））.

［3］ GIULIANO Z，MAURIZIO S，GIOVANNA F.Biological Monitoring of River：Applications and Perspectives［M］.Chichester：John Wiley＆Sons Ltd，2006.［4］ 陳 進(jìn)，黃 薇.水資源與長(zhǎng)江的生態(tài)環(huán)境［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.（CHEN Jin，HUANG Wei.Water Resources and Ecological Environment of the Yangtze River［M］.China Water Conservancy and Hy-dropower Press，2008.（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Conversion of Different Parameter Criterions in River Health Assessment

JIN Xiao-juan，CHEN Jin
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Assessment of river health is a comprehensive assessment system which involves both the rational devel-opment and the ecosystem protection.Because the primary factors of influencing river health，and general goal and management of decision-maker all are related to spatial criterion.The key problem of the assessment is to clarify and apply spatial criterion.A brief introduction of spatial criterion including biological spot，project stretch，land-scape stretch and entire river is given，also the relations among them are described.By the analysis and calculation for upstream Hanjiang River，it is indicated that the conversion of the criterion is rational，the degree of river health of upstream Hanjiang River is better on the whole.

river；health；assessment；spatial criterion；habitat

X171

A

1001－5485（2010）03－0001－04

2009-04-13；

2009-07-10

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“健康長(zhǎng)江指標(biāo)體系研究”（200701010）

金小娟（1985-），女，甘肅蘭州市人，碩士，主要從事流域水資源與環(huán)境研究，（電話）15171509186（電子信箱）cumtzd＠126.com。