河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃與設(shè)計方法研究

河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃與設(shè)計方法研究摘要：本文闡述了河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)、任務(wù)以及時空尺度等基本問題，并對河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃原則、設(shè)計方法和規(guī)劃技術(shù)工具進(jìn)行了總結(jié)和發(fā)展，同時提出了河流結(jié)構(gòu)功能整體模型作為河流生態(tài)修復(fù)的科學(xué)基礎(chǔ)，最后介紹了河流生態(tài)關(guān)鍵詞：河流生態(tài)修復(fù)，規(guī)劃，設(shè)計人們對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫效應(yīng)反思和總結(jié)以后，認(rèn)為應(yīng)試圖緩解對河流生態(tài)系統(tǒng)的壓力，對于各種脅迫因素給這樣一種環(huán)境保護(hù)行動，其目的是促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，河流系統(tǒng)具有可持續(xù)特征，并西方發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷一百多年對于河流大規(guī)模開發(fā)利用發(fā)利用轉(zhuǎn)向?qū)恿鞯谋Ｗo(hù)。從50年代開始以水質(zhì)恢復(fù)為第一階段，到80年代初期轉(zhuǎn)入第二階段即河流生態(tài)恢復(fù)階段。80年代初期的特點是建設(shè)小型河流的生態(tài)恢復(fù)工程，到80年代開始規(guī)劃流域尺度的河流生態(tài)整體恢復(fù)工程并開始若干示范工程建設(shè)。目前發(fā)達(dá)國家的河流生態(tài)恢復(fù)建設(shè)正處于部門開始探索通過應(yīng)急調(diào)水的方法恢復(fù)急劇退化的河流生態(tài)系統(tǒng)并取得初步成功，這些試點包括塔里木河、黑河和扎龍濕地等。應(yīng)急輸水緩解生態(tài)系統(tǒng)急劇退化是修復(fù)河流生態(tài)的一次有益的嘗試。到21世紀(jì)初水利部門開展了水域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃編制的試點，這些試點包括海河流域生態(tài)環(huán)境修復(fù)與此同時，一些中小型河流的生態(tài)修復(fù)試點工程陸續(xù)開展，包括北京市、浙江省、重慶市等。2.1河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)系統(tǒng)的完整性的過程，這種完整性包括生物多樣性的臨界變在“河流生態(tài)恢復(fù)”的目標(biāo)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(biāo)到相關(guān)措施都有很大的差異。對于河流生態(tài)恢復(fù)定義有以下主要“完全復(fù)原”(Fullrestoration)，定義為“使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)原首先是河流地貌學(xué)意義上的恢復(fù)，這就意味著拆除大壩和大部分人工設(shè)施以及恢復(fù)原有的河流蜿蜒性形態(tài)。然后，在物理系統(tǒng)恢復(fù)的基礎(chǔ)上促進(jìn)生物系統(tǒng)的恢復(fù)。大多數(shù)情況下，具有重要功能的可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)和棲息地施包括改變具體的水域、河道和河漫灘特征以補(bǔ)償人類活動這些增強(qiáng)措施雖能提供改善棲息地條件的機(jī)遇，但缺乏生態(tài)“創(chuàng)造”Creation定義為“開發(fā)一個原來不存在的新的河流生態(tài)系統(tǒng)，形成新的河流地貌和河流生物群落”是一種管理手段，試圖把喪失棲息地的影響降到最低或彌補(bǔ)開發(fā)利用，已經(jīng)形成了一個新的河流生態(tài)系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)與原始的自然動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)是不一致的。在承認(rèn)人類對于水資源利用的必要性同時，強(qiáng)調(diào)要保護(hù)自然環(huán)境質(zhì)量。通過河流地貌及生態(tài)多樣性的恢復(fù)，達(dá)到建設(shè)一個具有河流地貌多樣性和生物群落多樣性的動態(tài)穩(wěn)定的、可以自我調(diào)節(jié)的河流2.2河流生態(tài)修復(fù)的任務(wù)文條件的改善，二是河流地貌特征的改善，三是生物物種的恢復(fù)?？偰康氖歉纳坪恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，主要標(biāo)志是生物群落多樣性的提高。水質(zhì)條件、水文條件的改善包括：水量、水質(zhì)條件的改善，水文情勢的改善，水力學(xué)條件的改善。通過水資源的合理配置以維持河流河道最小生態(tài)需水量。通過污水處理、控制污水排放、生態(tài)技術(shù)治污、提倡源頭清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)在滿足社會經(jīng)濟(jì)需求的基礎(chǔ)上，模擬自然河流的豐枯變化的水文模式，以恢復(fù)下游的生境。河流湖泊地貌學(xué)特征的改善包括：恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性和橫向聯(lián)通性；保持河流縱向蜿蜒性和橫向形態(tài)的多樣性；外移堤防給洪水以空間并擴(kuò)大灘地；退耕還湖和退漁還湖；采用生態(tài)型護(hù)坡以防止河床材料的硬質(zhì)化。生物物種的恢復(fù)包括：瀕危、珍稀、特有生物物種的保護(hù)；河湖水庫水陸交錯帶植被恢復(fù)；包括魚類在內(nèi)從水生生2.3河流生態(tài)修復(fù)的時空尺度態(tài)現(xiàn)象時所采用的空間和時間單位，同時又可以指某一生態(tài)現(xiàn)象或生態(tài)過程在空間和時間上所涉及的范圍和發(fā)生的頻應(yīng)努力使主觀認(rèn)識與客觀的自然現(xiàn)象相符合，盡可能使研究尺度與客觀時空尺度相一致。地貌和氣候變化，其時間尺度往往在數(shù)千年到數(shù)百萬年，因此如果要追溯河流的演進(jìn)歷史，其時間尺度起碼要跨越數(shù)千年?？咳斯みm度干預(yù)的河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的時間尺度往往需同一種過程也會有不同的時間尺度，比如對于河流變化產(chǎn)生重要影響的土地利用方式改變的時間尺度就有多種：農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)變化的尺度要幾年、城市化進(jìn)程要數(shù)十年、森林植被變化數(shù)百年，如此等等。總之，要基于不同的研究目標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)臅r間尺度設(shè)定河流生態(tài)系統(tǒng)空間尺度的目的是為了體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的整體性原則，不可能孤立地研究單一尺度的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的完整性包括生命支持系統(tǒng)的完整性和生物完整性。不同尺度的河流生態(tài)系統(tǒng)之間是相互作用的，生態(tài)系統(tǒng)的諸多功能比如物質(zhì)運動（徑流、泥沙、營養(yǎng)物質(zhì)等）、能量運動（食物網(wǎng)）、生物遷徙等都是在不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)之間進(jìn)行的。這可以解釋為某一尺度的生態(tài)系統(tǒng)的外部環(huán)境該系統(tǒng)與較大尺度的系統(tǒng)存在著輸入/輸出關(guān)系。比如河流廊道尺度被流域尺度所環(huán)繞，在流域尺度發(fā)生的物質(zhì)運動、能量運動、物種遷徙等，對于河流廊道來說是一種外部環(huán)境。同時物質(zhì)、能量是在河流廊道與流域之間進(jìn)行交換和相互作用，生物體也在二者間進(jìn)行遷徙運動。在景觀生態(tài)學(xué)中用3種基本元素定義特定尺度下的空間道(corridor)。每一級尺度在其層次內(nèi)都具有自身的空間格局。不同尺度對應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)要素具有不同定義和不同的空間格局，因此需要考察尺度與空間結(jié)構(gòu)元素之間的相關(guān)關(guān)河流生態(tài)系統(tǒng)的空間尺度有多種劃分，筆者認(rèn)為可以大致劃分為景觀、流域、河流廊道和河段等4種。生態(tài)學(xué)把生物圈劃分為11個層次，依次是生物圈、生上的尺度，可見景觀是相當(dāng)大的一種尺度。在實際應(yīng)用時，流流域，如長江、黃河、珠江流域等，或者定義為跨流域的荒漠等）和人工構(gòu)筑物（城市、道路、村鎮(zhèn)等反映自然地域和人類活動地域。景觀的空間結(jié)構(gòu)中的基底，通常是占嚴(yán)格說，采用流域作為一種尺度不很確切，因為不同的流域尺度在幾何意義上相距甚遠(yuǎn)。但是大小不同的流域卻有類似的生態(tài)結(jié)構(gòu)特征，所以流域尺度常被采用。在本文中，流域尺度主要指中小型河流流域和特大型河流的支流流域。流域的自然地理、氣候、地質(zhì)和土地利用等要素決定著河流的徑流、河道、基底類型、水沙特性等物理及水化學(xué)特征，這些因素對河流生態(tài)系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)影響。在流域內(nèi)進(jìn)行著水文循環(huán)的動態(tài)過程，包括植被截留、積雪融化、地表產(chǎn)流、河道匯流、地表水與地下水交換、蒸散發(fā)等。河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、景觀異質(zhì)性、斑塊性、植被、生物量等因子與水文過程密切相關(guān)，生態(tài)過程所發(fā)生及涉及的范圍，與水文過程的范圍往往在流域尺度中重合。換言之，水文過程與生態(tài)過程在流域這種空間單元內(nèi)實現(xiàn)一定程度的耦合。流域集水區(qū)的土壤水滋潤著大部分陸生植被，無數(shù)溪流和支流成為陸生生物與水生生物匯集的紐上中下游、河口三角洲、洪泛灘地、河床結(jié)構(gòu)等這些空間基方面，河流廊道是河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流、信息流的重要通道，又是連接流域的上中下游以及洪泛平原的紐帶。另一方面，河流本身又是大量水生動植物、鳥類、水禽和無脊椎動物的棲息地，有其自身的空間結(jié)構(gòu)元素組合。兩岸森林和灌叢是河流廊道的主要基底?？臻g格局中的斑塊包括自然部分如濕地、草灌、牛軛湖、江心島等；人工部分包括居民區(qū)、開發(fā)區(qū)、游覽休閑區(qū)等?？梢岳斫夂佣?reach)是相對較小的棲息地與生物群落的比如河流縱坡、蜿蜒性、河流斷面材質(zhì)和幾何形狀等所相應(yīng)的流速、水深、脈動壓力等水力學(xué)條件，由此產(chǎn)生不同的棲息地空間異質(zhì)性。而生物群落多樣性則與空間異質(zhì)性條件具等描述。結(jié)構(gòu)元素中斑塊包括深潭、淺灘、池塘、河灘水生屬性劃分河段，如水功能區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等。工作對象的空間尺度可能是不同的。監(jiān)測工作應(yīng)該在盡可能或者更長的時間均告失敗。這就需要考慮是否有質(zhì)量更好的生境吸引了候鳥而改變了它們的遷徙路線，監(jiān)測工作可能在大陸的范圍內(nèi)開展。評估工作可能在流域或跨流域的尺度上進(jìn)行。河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃工作的尺度應(yīng)該是流域。河流生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃可以在河流廊道范圍內(nèi)進(jìn)行。所謂“河流廊道”地，也有定義其范圍為河流與對應(yīng)某一洪水頻率的洪泛區(qū)。3河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃原則、設(shè)計方法和規(guī)劃技術(shù)工具河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的指導(dǎo)思想是：以可持續(xù)發(fā)展理念為指導(dǎo)，評估河流的生態(tài)狀況，確定河流開發(fā)與保護(hù)的適宜程度，提出改善河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的工程措施和管理對河流修復(fù)與社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展原則；社會經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益相結(jié)合原則；增強(qiáng)空間異質(zhì)性的景觀格局原則；流域尺度性原則；負(fù)反饋調(diào)節(jié)設(shè)計原則；生態(tài)工程與資源環(huán)境管理相任何修復(fù)工程的設(shè)計首先應(yīng)確定工程的目標(biāo)，并按照生態(tài)修復(fù)工程評價準(zhǔn)則進(jìn)行整個工程建設(shè)過程及效果的評估。一旦明確了工程目標(biāo)，也就確定了資料調(diào)查的內(nèi)容與范圍、分析和設(shè)計方法以及設(shè)計條件。通過資料分析，提出初步設(shè)計構(gòu)想，明確所采用的方案。根據(jù)河道、岸坡、堤防和防洪分析、生態(tài)分析及經(jīng)濟(jì)分析等。設(shè)計流程如圖3-2-1所示。表3-1修復(fù)河道環(huán)境特征的措施修復(fù)工程的目可能采用的方案的控制河床和河岸侵蝕避免河床淤積恢復(fù)河流蜿蜒性，控制河道坡降，進(jìn)行岸坡防護(hù)或河道襯砌(混凝土或塊石),種植植被，修建枯水和常規(guī)河道，攔截泥沙，恢復(fù)受干擾區(qū)域的植被，有選擇性地清淤，建設(shè)植被防止地下水位維持枯水期水流深度和速度保護(hù)水質(zhì)保護(hù)水域棲息地避免減少河岸帶植被創(chuàng)建或維持坡地的多樣性創(chuàng)建濕地提高或保護(hù)河修建水位控導(dǎo)工程，植樹造林，發(fā)揮牛軛湖修建枯水和常規(guī)河道，建設(shè)分洪道，建設(shè)深潭和淺灘，加強(qiáng)河流內(nèi)棲息地結(jié)構(gòu)，修建水位控導(dǎo)工程，攔截泥沙。單側(cè)施工，建設(shè)植被緩沖帶，建設(shè)分洪道，修建枯水和常規(guī)河道，采取導(dǎo)流措施排水后進(jìn)行開挖，有選擇性地疏浚清淤加強(qiáng)河流內(nèi)棲息地結(jié)構(gòu)，僅改變河道單側(cè)的岸坡結(jié)構(gòu)，恢復(fù)河流蜿蜒性，建設(shè)深潭和淺灘，改善河道底質(zhì)，設(shè)置魚道，修建水位控導(dǎo)工程，發(fā)揮牛軛湖功能，有選擇性地疏浚清淤改變河道單側(cè)的岸坡結(jié)構(gòu)，植樹造林，種植植被，恢復(fù)受干擾區(qū)域的植被，保護(hù)裁彎取直后形成的森林區(qū)河流廊道管理，種植植被，合理堆放疏浚和開挖的土料植樹造林，發(fā)揮牛軛湖功能，合理堆放疏浚和開挖的土料恢復(fù)河流蜿蜒性，建設(shè)深槽和淺灘，改變河流內(nèi)區(qū)域的美道單側(cè)的岸坡結(jié)構(gòu)，修建水位控導(dǎo)工程，建學(xué)價值設(shè)水面景觀，河岸應(yīng)用特殊材料并進(jìn)行修整僅改變河道單側(cè)的岸坡結(jié)構(gòu)，種植植被，對提高或保護(hù)河疏浚開挖土料堆積體進(jìn)行修正以形成一定的邊區(qū)域的美學(xué)造型，保護(hù)植被緩沖帶，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行價值修整，建設(shè)水面景觀，有選擇性地疏浚清淤提高或保護(hù)河修建枯水和常規(guī)河道，修建水位控導(dǎo)工程，流內(nèi)的娛樂價值表3-2修復(fù)河道岸坡環(huán)境特征的措施修復(fù)工程的目可能采用的方案的維持或提高河應(yīng)用加筋護(hù)坡結(jié)構(gòu)，護(hù)腳措施，削坡后植被，岸帶陸地環(huán)境種植樹木和灌木等植物，進(jìn)行河流廊道管的棲息地價值理，修建隔離和緩沖帶，浮水植物為水底大型無脊椎動物提供拋石或毛石，石籠，或其它特殊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的底質(zhì)提供或維持魚增加或維持審坡，開挖的臺地，土質(zhì)堤防以及拋石區(qū)再植美資源被),建設(shè)隔離或緩沖帶，進(jìn)行河流廊道管為人類和野生復(fù)合護(hù)坡，近岸平臺的建設(shè)和保護(hù)，削坡后動物提供親水再植被，河道重新布置，拋石區(qū)再植被，河設(shè)施流廊道管理修復(fù)工程的目可能采用的方案的提供魚類棲息對取土坑塘進(jìn)行特殊設(shè)計，控水結(jié)構(gòu)，取土坑保護(hù)或創(chuàng)建濕地在取土坑塘內(nèi)修建人工島，植樹保護(hù)或創(chuàng)建坡被，建設(shè)"超級堤防",植樹，通過插枝加速灌場所增加或維持審美資源置宣傳欄、觀察區(qū)等，舟船碼頭，釣魚設(shè)施，游泳池，沙灘場種植觀賞植物，對取土坑塘和池塘進(jìn)行特殊化設(shè)計，應(yīng)用可拆裝防洪墻，對防洪墻、泵站和其它建筑物進(jìn)行建筑藝術(shù)處理。經(jīng)濟(jì)分析等的細(xì)部設(shè)計評估監(jiān)測維護(hù)等圖3-2-1河流生態(tài)修復(fù)設(shè)計流程一般來說，河流生態(tài)修復(fù)工程措施可以歸納為三類：水文恢復(fù)措施、地貌多樣性修復(fù)措施及棲息地恢復(fù)措施。水文水文氣象調(diào)查社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查生態(tài)調(diào)查措施的實施主要是為了調(diào)節(jié)徑流模式，如改變水庫運行調(diào)度方案、調(diào)整河流取水方式、調(diào)水工程等。地貌多樣性修復(fù)措施包括多項技術(shù)，其目的在于使河道具有一定的自然地貌特征，主要措施包括：河岸帶廊道的修復(fù)；河流蜿蜒性特征的道內(nèi)局部地貌特征的改善；生態(tài)型岸坡防護(hù)技術(shù)。棲息地措施包括在河床、河岸、河岸帶上設(shè)置一些結(jié)構(gòu)物，改善河流的生態(tài)功能，以及在河流內(nèi)設(shè)置遮蔽物、開挖枯水河道、進(jìn)行岸邊帶植被和改善河床底質(zhì)等。特征的基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行細(xì)部設(shè)計，比如序列的修復(fù)和重建必須建立在對河道歷史情況進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，并應(yīng)根據(jù)河流地貌學(xué)分類，與同一流域內(nèi)其它具有同類地貌特征的未受干擾河段進(jìn)行類比分析。除此之外，也可以按照水力學(xué)和泥沙輸移理論的一些經(jīng)驗公式確定相關(guān)特征參數(shù)。表3-4為深潭-淺灘序列結(jié)構(gòu)、功能和特征的一些占到河流棲息地的50%以上；斷面流速不對稱，即使在順直河段也是如此；深潭河床底質(zhì)為松散混合砂礫石；在水深大于0.3m的所有流量條件下，比相關(guān)聯(lián)的淺灘斷面窄25%;位于彎曲段的頂點；在枯水流量條件下，與出露的砂礫石沙洲/邊灘相關(guān)供給的情況下(如河岸侵蝕崩塌)。洪水過后和深潭占到河流棲息地的30-40%;在各種流量條件下，比相關(guān)聯(lián)的深槽斷面寬25%;位于兩個彎曲段之間的過渡段，間距為3到10倍的河寬(河床越陡，間距越短)。外貌特征，即河相。在設(shè)計步驟中的初步構(gòu)想階段，應(yīng)對河道穩(wěn)定狀況進(jìn)行分析，可采用指標(biāo)法、河流分類方法或河道演變模型進(jìn)行分析，以確定修復(fù)措施實施前的河道穩(wěn)定狀況及修復(fù)措施對河道穩(wěn)定狀況的影響?？捎靡韵聨讉€指標(biāo)判別：河床縱向穩(wěn)定性指標(biāo)；橫向穩(wěn)定指標(biāo)；綜合穩(wěn)定指標(biāo)。每個指標(biāo)可采用相應(yīng)的經(jīng)驗公式進(jìn)行河道穩(wěn)定性的判別，這方面的公式相對較多，所涉及的因河流分類法的用途是對河流和流域之間的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行簡化?？捎糜诮涣髌脚_、前期規(guī)劃的一部分，但不建議用幫助修復(fù)人員對河道的形成和占優(yōu)勢的河道過程進(jìn)行說，為修復(fù)設(shè)計奠定基礎(chǔ)；5）可將分類的參考河段作為修復(fù)河段的穩(wěn)定狀態(tài)模板；6）可幫助進(jìn)行對照分析，以確定寬深確定修復(fù)行為的類型、位置和目的。在美國的河流生態(tài)修復(fù)工作中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，由于上述的種種缺點，其廣受批評，但其也因易操作性而得到從業(yè)者的廣泛采用，特別是在河流規(guī)劃設(shè)計中具有重要作用。它主要針對具體河型和狀態(tài)建立水流條件與泥沙的關(guān)系，把某一河段的數(shù)據(jù)外插到具有類似特征的河段，如水流阻力分析，水有助于設(shè)計人員從河流的外在表征預(yù)測它的性態(tài)，如河流類型的演變，魚類棲息地質(zhì)量評價等。此外還有助于不同專業(yè)不同分類方法的綜合，它綜合了河流地貌特征與其它河流特征，所涉及的一些主要特征參數(shù)包括寬窄率（始研究，并于1985年形成目前分類方法的雛形。它分為四個河道演變模型是通過考慮河道演變過程來確定河道目前所處的河道演變階段，從而判斷河道穩(wěn)定性狀況，其中測；比如，如果河段位于第四階段，則其上游河段河段不穩(wěn)施的實施進(jìn)行排序，比如，如果河段處于第三階段早期，可采取級配控制措施防止此河段及以上河段發(fā)生進(jìn)一步刷深現(xiàn)象。處于第五或第六階段的河段比處于第三或第四階段的取不同的修復(fù)措施。處于第三階段，則主要采用級配控制減小下切侵蝕，處于第四或第五階段，則主要采取岸坡防護(hù)措施解決側(cè)向侵蝕問題，處于第一或第六階段，主要是進(jìn)行維圖3-2-3為SIMON河道演變模型的示"A"到"G"第Ⅱ個層次第Ⅲ個層次第IV個層次穩(wěn)定性：泥沙：(*蜿蜒帶寬度與平灘流量下水面寬度的比值)三者相結(jié)合，即所謂“3S技術(shù)”。對于生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)本來是相互獨立發(fā)展起來的技術(shù)體系，它們是在應(yīng)用領(lǐng)域拓展和自身技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)上，促使了三者的密切結(jié)合。特別是在各種相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，需求質(zhì)量要求不斷提高，即由定性到定量，由靜態(tài)到動態(tài)，由現(xiàn)狀分析到未來預(yù)測，更進(jìn)一步促使三者的結(jié)合從初級到高級階段發(fā)展。最早的結(jié)合工作是航空遙感照片用目視判讀，然后處理后編制成專業(yè)地圖，然后進(jìn)行數(shù)字化并數(shù)據(jù)以及各種圖象分析系統(tǒng)所形成的各類專業(yè)信息可以直在3S技術(shù)的技術(shù)整合中，遙感作為一種獲取和更新空間數(shù)據(jù)的進(jìn)行采集、管理和分析，用于環(huán)境管理、監(jiān)測以及環(huán)境預(yù)測等諸多方面。在河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃編制的各個階段，即河流生態(tài)狀況調(diào)查分析、規(guī)劃生態(tài)修復(fù)對策和預(yù)測規(guī)劃效果、規(guī)劃實施后生態(tài)監(jiān)測等三方面，在遙感與GPS支持下的GIS系統(tǒng)(以下僅稱GIS)都是極有用的技術(shù)工具。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)在河流生態(tài)現(xiàn)狀與歷史調(diào)查分析方面，利用GIS將圖象等各種形式的信息加以綜合并存儲在一起。這些資料包土壤、植被、標(biāo)志性物種等和社會經(jīng)濟(jì)方面的數(shù)據(jù)資料諸如經(jīng)濟(jì)社會狀況、市鎮(zhèn)、人口分布、土地利用方式、水資源利長期的信息積累，這就為河流環(huán)境管理工作提供了一個強(qiáng)大（2）將各類地圖（空間位置信息）與相關(guān)的文字、數(shù)規(guī)劃人員可以在GIS系統(tǒng)支持下提取系統(tǒng)的不同側(cè)面、不同層次的空間和時間特征，對于河流生態(tài)系統(tǒng)狀況的歷史、現(xiàn)狀進(jìn)行分析，識別生態(tài)脅迫的主要因子，掌握河流生態(tài)系統(tǒng)演變趨勢，進(jìn)一步分析河流生態(tài)系統(tǒng)退化的背景和原因。具體任務(wù)可以是：分析空間景觀格局及其變化；確定不同生境和生物學(xué)特征在空間上的相關(guān)性；確定綴塊大小、形狀、毗鄰性和連接度；分析景觀中能量、物質(zhì)和生物流的方向和通工程等按照不同圖層制作，也可以疊加在一起顯示。這樣就可以把河流修復(fù)項目與自然狀況和現(xiàn)有各種工程設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)矛盾和技術(shù)失誤。圖2表示了一個利用GIS系統(tǒng)將標(biāo)志性物復(fù)規(guī)劃等專題地圖分層制作，然后進(jìn)行整合而形成河流生態(tài)環(huán)境總圖。另外，還可以利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)各河網(wǎng)以及河汊、溝叉等多層嵌套的自相似結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)可以直觀地為規(guī)劃的管理和決策服務(wù)。圖3-3-1利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)信息的整合(引自ITO生態(tài)過程是一種在大尺度空間內(nèi)發(fā)生的復(fù)雜的演進(jìn)過程，表現(xiàn)為較為隱含的形式，包括物種多樣性、種群動態(tài)及動物行為等。如果在較小尺度的河段或區(qū)域內(nèi)，僅僅靠地面調(diào)查、測量工作，難以掌握流域尺度的生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)規(guī)律。因此需要流域尺度的景觀格局信息，然后通過建立景觀格局與生態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步識別和分析生態(tài)過程，為河流生態(tài)系統(tǒng)狀況評估和預(yù)測服務(wù)。之所以重視景觀格局問題，就是試圖通過對于景觀格局的識別來分析生態(tài)過程?，F(xiàn)代科技的發(fā)展特別是3S技術(shù)的應(yīng)用，使得人們可以通過遙感等技術(shù)獲得大尺度的生態(tài)空間信息，對這些信息數(shù)字化以后，通過景觀格局與生態(tài)過程之間的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而識別河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程并進(jìn)行評價。另外，也可以利用這種模型進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃，通過適度改變景觀格局某些因子，通過演算，模擬河流生態(tài)過程的變化，取得優(yōu)化的規(guī)劃景觀格局與生態(tài)過程之間的關(guān)系是十分復(fù)雜的，往往是非線性的、復(fù)雜的、耦合與反饋關(guān)系。建立格局－過程模型是景觀生態(tài)學(xué)的重要研究領(lǐng)域。景觀格局涉及系統(tǒng)的生物、擇對于生態(tài)過程具有重要影響的關(guān)鍵因子以及對于人類社空間數(shù)據(jù)提出一種合理的模型結(jié)構(gòu)和方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立空間異質(zhì)性與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對于景觀格局－生態(tài)過程模型有不同模型，盡管具有精確解，但是僅有少數(shù)幾個變量，難以模擬生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜過程，所以有很大的局限性。景觀模型的發(fā)展趨勢是利用信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)模擬復(fù)雜生態(tài)演進(jìn)過程，處理大量數(shù)據(jù)并且演算求解，即采用數(shù)值分析模型。求解過程中對于現(xiàn)實的生態(tài)空間信息的數(shù)學(xué)處理方法，可以采用連續(xù)型模型，也可以采取離散型模型。一般認(rèn)為，離散型污染場等。離散型模型是把連續(xù)問題離散化，即劃分為若干細(xì)小單元，在地理信息系統(tǒng)中稱為“柵格”，每個柵格都包含種群密度、養(yǎng)分含量等每個柵格又具有精確的空間定位，的柵格網(wǎng)。這種柵格網(wǎng)可以反映生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性，也可以反映各個柵格之間的相互耦合及反饋關(guān)系。有了這種離散型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過建立基本方程，進(jìn)而可以模擬生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的動態(tài)演進(jìn)過程。所謂離散型模型都存在著應(yīng)，空間景觀模型，按照處理空間信息的方式可以分為柵格4河流結(jié)構(gòu)功能整體模型河流結(jié)構(gòu)功能整體模型抽象概括了河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的主要特征，既包括河流生態(tài)系統(tǒng)各個組分之間以及與環(huán)境之間相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的結(jié)構(gòu)關(guān)系，也包括與結(jié)構(gòu)關(guān)系相對應(yīng)的生物生產(chǎn)、物質(zhì)循環(huán)、信息流動等生態(tài)系統(tǒng)功能特征。所謂“整體模型”(Integratedmodel)意在發(fā)展和整合業(yè)已存在的若干模型，建立河流流態(tài)、水文情勢和地貌景觀這3大類生境因子與河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能相關(guān)關(guān)系，以期涵蓋河流生態(tài)系統(tǒng)的主要特征。河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能整體模型由以下3種模型構(gòu)成：河流流態(tài)－生態(tài)結(jié)構(gòu)功能4維連續(xù)體模型；水文情勢－河流生態(tài)過程耦合模型；地貌景觀空間異質(zhì)性－生物群落多樣性耦合模型。構(gòu)建河流的自然規(guī)律，二是提供流域可持續(xù)管理等實踐活動的科學(xué)基所謂“河流流態(tài)－生態(tài)結(jié)構(gòu)功能4維連續(xù)體模型”是基于對河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能特征的認(rèn)識。這個模型強(qiáng)調(diào)了生物向存在著連續(xù)性，由此產(chǎn)生了生物群落沿河流3維連續(xù)分布特征以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的3維連續(xù)性特征。河流流態(tài)-生態(tài)結(jié)構(gòu)功能4維連續(xù)體模型是由以下四種連續(xù)性概念組成的：河流流態(tài)的3維連續(xù)性；生物群落結(jié)構(gòu)3維連續(xù)性；物質(zhì)流、能量流和信息流的3維連續(xù)性；河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和在河流廊道尺度上討論的“水文情勢”（regime）的內(nèi)涵，既包括流量、水量，也包括水文過程文情勢是河流生物群落重要的生境條件之一，特定的河流生物群落的生物過程與特定的水文情勢具有明顯的一致性，河流系統(tǒng)的生物過程對于水文情勢的變化呈現(xiàn)明顯動態(tài)響應(yīng)，反之，生物過程對水文循環(huán)要素也產(chǎn)生重要的影響，包括涵養(yǎng)水份、局地氣候等，二者形成了一種耦合關(guān)系。由于人類社會對水資源的需求增加，社會經(jīng)濟(jì)需求與生態(tài)需求的矛盾日趨尖銳，導(dǎo)致對河流徑流人工控制的加強(qiáng)，改變了河流自會經(jīng)濟(jì)需求和生態(tài)保護(hù)之間尋求某種平衡點，因此環(huán)境流量化以及洪水脈沖作用，對于河流生物過程產(chǎn)生了重大影響。過程的變化。水文情勢－河流生態(tài)過程耦合模型包括兩個概念：環(huán)境流量概念和洪水脈沖概念。是指系統(tǒng)特征在空間分布上的復(fù)雜性和變異性。在景觀生態(tài)學(xué)中景觀格局是用綴塊、廊道和基底的組合描述的。廣義的景觀格局包括生境格局和生物格局。河流生態(tài)系統(tǒng)生境格局因子包括水文、氣象、地貌等。大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性存在著正相關(guān)關(guān)系，這種關(guān)系反映了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的依存與耦合關(guān)系。實樣的小生境，允許更多的物種共存。對于河流結(jié)構(gòu)功能整體（1）河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能整體模型是對現(xiàn)存的相關(guān)態(tài)、水文情勢和地貌景觀是河流生境的三大要素，并且強(qiáng)調(diào)了三者對于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能作用的綜合性和整體性；二是突出生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的重要地位；三是克服原有模型程設(shè)施的干擾因素。（2）河流流態(tài)、水文情勢和地貌景觀三者相互作用，互為因果。1）河流地貌景觀既是生物棲息地條件也是河流水力學(xué)過程的約束條件。2）河流的動力學(xué)作用，包括泥沙情勢的年周期變化，一方面使河流流態(tài)出現(xiàn)時間異質(zhì)性特征，另一方面也使河流地貌景觀呈現(xiàn)淹沒－干燥，動水－靜水的空間異質(zhì)性特征。總之，三類因子是相互關(guān)聯(lián)的，不可割裂。三類生境因子引起的生態(tài)響也是綜合的，不可進(jìn)行線性迭加。正因為如此，在進(jìn)行生態(tài)評估、分析和規(guī)劃時，三種模型應(yīng)該作為一個整體綜合應(yīng)用。除了這三類生境因子以外，對河流生態(tài)系統(tǒng)的重要干擾因子還有因環(huán)境污染引起的水質(zhì)變化以及生物入侵，這些屬于系統(tǒng)外部影響因素。（3）河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能模型屬于概念性模型，進(jìn)一步的研究工作似聚焦于模型的定量化或半定量化方面。生態(tài)水力學(xué)、生態(tài)水文學(xué)和景觀格局分析等可能作為技術(shù)工具對于模型的完善和發(fā)展發(fā)揮作用。（4）對河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的理解是流域可持續(xù)管理的基礎(chǔ)。圖4-1表示了整體模型在河流生態(tài)修復(fù)方面的應(yīng)用。在我國當(dāng)前有關(guān)水電梯級開發(fā)布局生態(tài)影響論證，河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃評估以及水庫生態(tài)調(diào)度等方面，河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能整體模型都將具有廣闊的應(yīng)用前景。三維空間河流演變恢復(fù)河流一湖泊連通性水庫空間異質(zhì)性蜿蜒性寬27.0m,河道總寬度42.5m。辛江塘河道為平原河網(wǎng)水系，平時水流流速較緩，平均流速0.3m/s,且河道通航功能在逐漸消退。因江塘河道岸坡侵蝕主要原因是水位變動區(qū)以上部分雨水沖刷引起表層土流失和水位變動區(qū)處波浪淘刷造成邊坡坍塌。據(jù)初步統(tǒng)計，河道淤積中約60%為邊坡崩塌，約30%為表層土流失、約10%為動植物腐爛物。(1)自然平面形態(tài)(2)斷面多樣性在滿足河道功能的前提下，盡可能保持辛江塘天然斷(3)水域棲息地多樣性秸洪通過引入植被，應(yīng)用生態(tài)工程技術(shù)措施進(jìn)行岸坡侵蝕防護(hù)是辛江塘河道整治的中心環(huán)節(jié)之一。河岸帶植被增加河道兩岸的美學(xué)價值。生態(tài)修復(fù)效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高抗洪、護(hù)堤能力，緩解邊坡水土流失緩船行波的沖刷。固土護(hù)坡，防止河道兩岸土方的坍塌；及野生地被植物組成的復(fù)式植物群落，減弱雨水對堤防的沖(2)水質(zhì)得到改善，水生動物生長良好1)河道整治之前，未發(fā)現(xiàn)魚類等水生動物，采取生態(tài)2)該河道沿線水產(chǎn)養(yǎng)殖戶以往的養(yǎng)殖水，從河里取水之后，需要通過過濾、凈化處理，現(xiàn)在直接從河中取用作為圖5-1-2圖5-1-2辛江塘整治2年后的岸坡植被等降低了暴雨對土層的沖蝕，野草對坡面流水也有過濾作用，提高了排入河道內(nèi)水的質(zhì)量，辛江塘整治2年后的岸坡析及比較，只進(jìn)行清淤措施的河道的使用周期大約為10~20效穩(wěn)定河道形態(tài)，其生命周期預(yù)計約為35~40年，延長近一涇港、綿長港、辛江塘）的工程中，傳統(tǒng)景觀河道的兩個項對于辛江塘整治工程，如按原傳統(tǒng)模式，河道整治費用將超由此可見，生態(tài)河道建設(shè)節(jié)約投資的優(yōu)勢相當(dāng)明顯。5.2重慶市苦溪河生態(tài)治理重慶市苦溪河生態(tài)治理工程的總體定位為人水和諧，生