河流健康评价的尺度转换问题初探

金小娟，陈 进

（长江科学院水资源综合利用研究所，武汉 430010）

河流健康评价的尺度转换问题初探

金小娟，陈 进

（长江科学院水资源综合利用研究所，武汉 430010）

河流健康评价是一种兼顾合理开发利用和生态保护的综合评估体系，影响河流健康的主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与河段空间尺度有关。河流健康评价首先要明确的关键问题就是尺度的问题。介绍了河流生物斑点、工程河段、景观河段和全河长4个尺度划分，对各尺度健康评价之间的关系进行了描述，并通过对汉江上游河段的分析与计算，说明尺度转化关系的合理性，也表明汉江上游河段河流健康程度总体是好的。

河流；健康；评价；尺度；生境

1 概 述

河流健康概念是河流管理的一种评估工具，其目的是建立一套河流生态系统健康评估体系，评估河流在自然力与人类活动双重作用下，在长期演变过程中河流生态状态的变化趋势［1］。

作为河流评价本身来讲，一个完整的河流评价应该涵盖各个尺度，而对于不同决策者与管理者来说，他们需要的评价尺度也是不同的，国家层面需要的是宏观大尺度的评价结果；流域管理机构需要的是防洪、水土保持、水环境、输沙采砂、水库调度、水库及水电站建设及生态环境保护的指标；生态与环境保护部门关心的是河流环境与生态；而对于特定生态学者来说，可能重点关心的是河流断面或小生境、微生境的情况。因此，影响河流健康的主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关，而且对河流的评价、开发利用和管理行为都是在一定的尺度范围内进行的，所以河流健康评价首先要明确的关键问题就是尺度的问题［2］。但是，当前对河流尺度研究得少，分尺度评价的方法更少，不便于对河流进行分尺度的开发和管理。另外我国幅员辽阔，河流众多，类型各异，建立不同尺度河流健康评价对应的评估参数选择和指标体系的建立是很有必要的。

2 河流健康评价尺度划分

河流健康综合评价离不开评价的尺度，Ward（1989）［3］将河流生态环境用四维空间来描述：河流纵向、横向、深度和时间。由于河流纵向尺度与横向和深度方向相差很大，所以，分析河流生境时，可以将河流纵向再分成3个尺度，即整条河长、与陆地生态区尺度相当的景观河段（几十公里到上百公里）和工程河段（一般涉河工程影响范围，几公里到几十公里），水生生物的正常生存及循环可以证明水环境处在良好的状态，水生生物的健康是河流健康的基本属性。例如，对于长江这样的大河，生境完整性评价应该包括全河、景观河段、工程河段和微生境等不同尺度［4］。

2.1 生物斑点（微生境）

从河流生态系统来看，河道中天然“障碍物”（如倒木、卵石、漂石、树支、礁石、矶头等）虽然影响航运和行洪，但这些“障碍物”可以增加水体的溶解氧，是水生植物的栖息地，水生动物的避难场，具有重要的生态价值，称为河流的生态斑点。河中生态斑点越多，河流栖息地越具有多样性，物种也越丰富；反之，生态斑点越少，生物多样性就越不丰富。

生物斑点评价包括底质特性、河水垂直方面物理化学变化，需要统计块石、砾石、倒木数量、岸边植被规模和结构的多样性等。

2.2 工程河段（小生境）

工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，河长从几公里到几十公里。工程河段一般包括弯道、直道、主泓、分汊等河道特征，与河流横向和深度方向共同构成河流小生境。工程河段生境特点与河流横向生境密切相关，是涉水工程对生态影响研究的基本范围。当有大型工程所影响的河段跨越景观河段时，就将它在景观河段的界线处划分开来，分别进行评价。把在不同景观河段上的工程河段分开讨论，这样不仅有利于各尺度清楚有序，更有助于提高河段评价的精确性。

工程河段生境评价包括河道横向尺寸变化、局部河势变化、洲滩变化、涉水工程影响、生物斑点数等。

2.3 景观河段（中生境）

景观是自然地理的概念，一般指包括特定地质和地貌特征的景观。与陆地生态区尺度相当，从河长方面可以从几十公里到几百公里，包括同一地貌特征的河段。例如长江三峡景观、上荆江河段等，从河道特征来看，一个景观河段，其地质、河形和地貌特征基本相同，构成了中间尺度的河流生境。由于河势和地貌特征类似，其岸边植被特征和生物栖息地条件也类似，构成河道中尺度生境。研究陆地生物与河流生物关系，或研究江湖连通关系可以在景观河段尺度上进行。

景观河段生境评价包括区域地质和地貌特征；陆地生态与河流关系，如江湖关系；河势演变，包括洲滩、分汊河段数量及演变，弯曲河段及江中岛数目；河流横向变化，如洪泛区或分洪区；支流汇入数；岸边植被变化；大型水库及水利工程影响等。

2.4 全河尺度（大生境）

由于河流的特点，其纵向尺寸远远大于横向与深度方面，以整条河来分析，可以称为大生境。由于河流水流、物质流（营养物和泥沙）和生物流（鱼类等）源源不断，整条河构成了一个大生境，即河流生物走廊，一些洄游性的鱼和哺乳动物需要全河长的大生境才能满足其正常的生存要求。例如，相当多的江海洄游性鱼类都要上溯到河流的上游地区产卵，如长江的中华鲟、北美和北欧的鲑鱼等，研究洄游鱼类需要从全河尺度来进行。维持河流连续性是保持河流生态系统完整性的基本条件。

3 不同尺度之间的关系

从河道特征来看，一个景观河段，其地质、河形和地貌特征基本相同，构成了中间尺度的河流生境。由于河势和地貌特征类似，其岸边植被特征和生物栖息地条件也类似，构成河道中尺度生境。景观河段一般是由若干工程河段组合而成的，如果对一个景观河段中主要的工程河段进行了健康评价，综合其成果，可以上升到景观河段的评价，所以，河流断面是工程河段评价的基础，工程河段评价是景观河段的评价基础。同样，景观河段是整条河健康评价的基础，通过建立一定的关系，可以将不同尺度河流健康评价联系起来。

工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，河长从几公里到几十公里，一般包括弯道、直道、主泓、分汊等河道特征，这些多样的河道不仅构成了河流自然的美丽，而且产生了水生生物的栖息地，与河流横向和深度方向共同构成河流小生境。弯曲的河道高滩和岸边湿地是树木、灌木、鸟和两栖动物的栖息地；浅滩、水位变动区和浅水区是水生植物、两栖动物、无脊椎动物、幼鱼栖息地；缓流区是净水鱼类和无脊椎动物栖息地；主泓是急流鱼类洄游和活动的通道。所以每个小生境中都包含若干生物斑点。

由上述可以看出，生物斑点、工程河段、景观河段、全河长几个尺度是由小到大，后者包含前者的关系，各个尺度的河流健康评价之间必定有着密不可分的关系。一般来说，若干相对小尺度的评价完成后，可以相互综合，再加入相对大尺度评价需要的其它补充资料，加以融合分析，就可以得出相对大尺度的河流健康评价，其关系大致如图1。

图1 各尺度河流评价关联图Fig.1 Relationship of assessment about

different criterions

下面我们在每个尺度上选择最重要的5个指标，来说明这个关系问题，所选指标如表1。

表1 各尺度河流特征指标选取Table 1 Indicators selection for different criterions

在这里，我们采用健康评价中最常用的综合评价法来对评价中各尺度之间的关系进行阐释，即先选取指标，对其赋值，再对每个指标值加权求和得到河段的综合健康指数，通过比较综合健康指数来判断各尺度河流健康程度的方法。

全河长是一个比较特殊的尺度，它本身视规模和特点而定，也可以是一个包含若干景观河段。假设A是一个景观河段，由m个工程河段（B1，B2，…Bm）组成，其中的第i个工程河段Bi中存在k个生态斑点，其关系如图2。

图2 各级河段关系图Fig.2 Relationship of different criterions in every stretch

另设景观河段的各顺序指标的权重为X，X＝（α1，α2，…，α5）；设工程河段的各顺序指标的权重为Y，Y＝（β1，β2，…，β5）；生物斑点的各顺序指标的权重为Z，Z＝（γ1，γ2，…，γ5）。再设景观河段A的各顺序指标的取值为A，AT＝（a1，a2，…，a5）；设包含于A的第i个工程河段Bi各顺序指标的取值为Bi，Bi

T＝（bi1，bi2，…，bi5）；Bi中第j个生物斑点的各顺序指标的取值为Cij，CijT＝（cij1，cij2，…，cij5）。Q为河段的综合健康指数。

3.1 由生态斑点推导工程河段

若第i个工程河段包含k个生物斑点，由生物斑点的生物完整性、河岸状况2项指标推导出工程河段的生物完整性、河岸状况2项指标值，即

3.2 由工程河段推导景观河段

若景观河段包含m个工程河段，则由工程河段的水质状况、生物完整性2项指标推导出景观河段的水质状况、水生生物多样性2项指标，即

这样就建立了3个尺度相同指标之间的联系，为分尺度的河流健康评价提供了方便。

4 举例（以汉江上段为例）

汉江是长江中游最大的支流，发源于秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，于武汉市汇入长江。全长1 577 km，落差1 964 m。支流展延至四川、甘肃、重庆、河南等4省（市），流域面积15.90万km2。丹江口以上为上游段，长925 km，位于秦岭、大巴山之间，占汉江总长的59%，落差占汉江总落差的90%；河床坡降大，水能资源丰富。汉江规模太大，本文将汉江的上段作为一个完整的河长来考虑。

4.1 景观河段与工程河段划分

图3中，按照地质地貌特征将汉江上游划分成5个景观河段：

（1）源头－勉县段，为中低山－丘陵，两岸山岭地形高差100～300 m，河道窄浅，支流众多。

（2）勉县－洋县段，为汉中盆地，东西长约100 km，南北宽5～25 km，四周为丘陵，高差40～100 m，盆地内发育有宽广的冲积漫滩和Ⅰ－Ⅳ级阶地，河道水流平稳，宽300～500 m，并有褒河、胥水河等支流汇入。

（3）洋县－安康段，西段为中低山峡谷区，河道宽度130～300 m，最窄仅50余m，两岸峰脊高出河床150～500 m，局部高出1 000 m以上。两岸零星分布Ⅰ－Ⅲ级阶地。左岸有子午河、池河，右岸有牧马河、任河、岚河等支流汇入。

图3 汉江上游景观河段与工程河段划分Fig.3 Project stretch and landscape stretch in upstream Hanjiang River

（4）安康－白河段，安康段为断陷盆地，长约16 km，河道展宽并发育有较宽的冲积漫滩和Ⅰ－Ⅳ级阶地，安康东至白河段为中山峡谷区，河床高程240～170 m，河床宽150～300 m，两岸峰峦高程500～1 000 m，个别可达1 200 m，地形高差250～600 m。

（5）白河－丹江口段，以峡谷为主间有宽谷，河道宽200～300 m，两岸见有Ⅰ－Ⅳ级阶地，两岸山地高程200～500 m。大部分为丹江口水库区，左岸有丹江、右岸有堵河等支流汇入。

按照涉水工程（闸涵、桥梁、码头、堤防加固、城市等）对汉江的影响状况，找出了13个工程河段：①九冶治江大桥工程段；②桥闸工程三桥工程段；③汉中市工程段；④洋县工程段；⑤黄金峡水利枢纽工程段；⑥石泉水利枢纽工程段；⑦紫阳县城工程段；⑧安康水利枢纽工程段；⑨汉江大桥工程段；⑩安康市工程段；○11汉江大桥工程段；○12云县工程段；○13丹江口水利枢纽工程段。

4.2 健康指数计算

为了便于表示，在下面的计算中我们直接用上面的编号来表示相应的河段，并只对能够在工程河段与景观河段之间互相推导的指标来进行计算。

在下面的计算中，赋值区间暂定为1～5。1为最差；2为比较差；3为一般；4为较好；5为好。各指标视为等权重的，即每个指标的权重都定为0.2，最终河段的综合指数在1～2之间为不健康；2～3之间为一般；3～4之间为亚健康；4～5之间为健康（表2至表4）。

表2 汉江上游景观河段生物多样性计算Table 2 Calculation of the index of biological diversity in landscape stretches of upstream Hanjiang River

由此可见，在汉江上游源头－勉县段和白河－丹江口段健康，勉县－洋县段和安康－白河段亚健康，洋县－安康段一般，说明汉江上游河流健康程度总体来说较好。

表3 汉江上游景观河段水质状况计算Table 3 Calculation of the index of water quality in landscape stretches of upstream of Hanjiang River

表4 汉江上游景观河段综合指数计算Table 4 Calculation of the integrated health index in landscape stretches of upstream Hanjiang River

5 结 语

河流健康概念是河流管理的一种评估工具，由于影响河流健康的主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关，而且对河流的评价、开发利用和管理行为都是在一定的尺度范围内进行的，

所以河流健康评价首先要明确的关键问题就是尺度问题。不同尺度河段对应不同的评估参数和指标体系，本文初选了各尺度对应的评价指标，分析了各尺度之间的联系和区别，并依据这些异同点得出了评价过程中各尺度相同指标之间的关系，建立了线性的公式。

［1］ 董哲仁.河流健康评估的原则和方法［J］.中国水利，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］ 赵进勇，董哲仁，孙东亚.河流生物栖息地评估研究进展［J］.科技导报，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］ 陈 进，黄 薇.水资源与长江的生态环境［M］.北京：中国水利水电出版社，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））

（编辑：周晓雁）

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

水利部公益性行业科研专项“健康长江指标体系研究”（200701010）

金小娟（1985-），女，甘肃兰州市人，硕士，主要从事流域水资源与环境研究，（电话）15171509186（电子信箱）cumtzd＠126.com。