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浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 摘要 本论文的主题是城市河流生态恢复研究。目前，河流退化已被公认为一个全球性的 生态环境问题，受到国际社会的普遍关注。随着环境意识、生态观念的增强以及生活水 平的提高，对恢复严重受损的城市河流生态系统的要求越来越迫切。从些发达国家的 实践来看，水利工程与生态紧密结合是未来重要的发展趋势。我国的水利发展也正从传 统的“工程水利”走向“生态水利”、“环境水利”的新阶段。 本论文通过对国内外城市河流所面临的共性问题进行分析和对国外先进的城市河 流生态恢复方法进行总结，在阐述城市河流生态恢复的概念、原则和分析其目标的基础 上，创新性地构建出基于多指标综合评价方法的城市河流健康评价的指标体系，包括6 个一级指标、2 3 个二级指标。 本论文系统地详细论述了城市河流生态恢复应包括的5 个主要方面的方法与技术， 创新性地将城市河流生态需水的保障纳入城市河流生态恢复体系当中，提出科学地进行 城市河流生态恢复必须重视保障城市河流生态需水，并阐述城市河流生态需水量的组成 及主要计算方法，从而指导城市河流生态恢复的规划与设计。 运用本论文提出的城市河流生态恢复的理论与方法分析浙江省绍兴市城市河流生 态恢复的实例。 关键词：城市河流生态恢复，城市河流健康评价指标体系，生态系统，城市河流生态需 水量 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 a b s t r a c t t h et h e m eo ft h i sp a p e ri sr e s e a r c ho fu r b a nr i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n a tp r e s e n t , r i v e rd e t e r i o r a t i o nh a sb e e na l r e a d ya c c e p t e da sag l o b a le n v i r o n m e n tp r o b l e ma n db e e n w i d e l yc o n c e r n e db yt h ei n t e r n a t i o n a ls o c i e t y a l o n gw i t ht h ee n h a n c e m e n to fe n v i r o n m e n t c o n s c i o u s n e s s ，e c o l o g i c a la w 3 1 e n e s sa n dt h ei m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s , t h es o c i e t y s r e q u e s tt or e s t o r et h eu r b a nr i v e r sd i s t u r b e de c o s y s t e m sh a sb e c o m em o r ea n dm o r eu r g e n t m a n yp r a c t i c ei nc o u n t r i e st e l lu st h a tt h ec o m b i n a t i o no ft h eh y d r a u l i ce n g i n e e r i n ga n d z o o l o g yi st h ei m p o r t a n td e v e l o p m e n tt r e n df o rf u t u r er i v e rt r a i n i n gw o r k t h ew a t e r r e s o u r c e sd e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r yi sa l s om a k i n gf o rt h en e w s t a g ef r o mt r a d i t i o n a l t h e e n g i n e e r i n gw a t e rr e s o u r c e s t o t h ee c o s y s t e mw a t e rr e s o u r c c s ”a n d t h ee n v k o n m e n tw a t e r r c s o u l e s ” t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s e sa n ds t u d i e st h ec o m m o n p r o b l e m st h a td o m e s t i ca n do v e r s e a s u r b a nr i v e r sa l ef a c i n g , a n ds u m m a r i z e st h ef o r e i g ne x p e r i e n c e si nu r b a nr i v e r se c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n a tt h es a m et i m e , i te l a b o r a t e st h ec o n c e p ta n d t a r g e to fu r b a nf i v e r se c o l o g i c a l r e s t o m t i o mb a s e do nt h e s e ，a ni n d i c a t o rs y s t e mf o ru r b a nr i v e rh e a l t ha s s e s s m e n t , w h i c h p r o v i d e s6s u b i n d i c a sa n d2 3i n d i c a t o r s ，i se s t a b l i s h e d ne x p a t i a t e st h e5a s p e c t so ft h e o r e t i c sa n dm e t h o d so fu r b a nr i v e r se c o l o g i c a l r e s t o r a t i o ns e p a r a t e l y , a n di t e x p a t i a t e st h a tt h er e s e a r c ht oe c o l o p 吾i c a lw a t e rd e m a n dh a s i m p o r t a n tm e a n i n gf o ru r b a nf i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n de l a b o r a t e st h ec o m p o n e n ta n d m a j o ra c c o u n tm e t h o do fe c o l o g i c a lw a t e rd e m a n df o ru r b a nf i v e r c o n s e q u e n t l y , i tg u i d e s p r o g r a m m i n ga n dd e s i g no f u r b a nr i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o np r o j e c t s t h ea p p r o a c ho f u r b a nr i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no f s h a o x i nc i t yi sa n a l y z e db a s e do n t h e o r e t i e sa n dm e t h o d so f u r b a nf i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n k e y w o r d s ：u r b a nr i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o l l ，i n d i c a t o rs y s t e mf o ru r b a nr i v e rh e a l t h a s s e s s m e n t ，e c o s y s t e m ，e c o l o g i c a lw a t e rd e m a n df o rt h eu r b a nr i v e r 玎 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：耋盛盛日期：2 嫂生旦l g 旦 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研 究生部办理。 研究生签名：查盥导师签名：弛 浙江大学硕士学位论文城市河流生态恢复研究 1 1 问题的提出 第一章绪论 河流生态系统受到河道平直化和河漫滩农垦、修筑水坝、拦沙坝及其它河网改造、 岸边工程等影响后，季节性淹没区减少，天然湿地大量丧失，鱼类等洄游通道不畅，各 类水生生物的栖息地被大量减少，甚至有的食物链中断。现在，许多河流已由生物多样 性及其丰富的生态系统逐渐退化为不适于生物生存之地。由于人类对河流水文状态的过 度干扰，原有的自然水生态系统逐步退化、生态环境的协调性变差、水生态系统对区域 水热平衡的调节能力减弱。水利工程常使河流生物栖息地成为不连续的缀块，除了河流 地貌与生态系统结构改变外，孤离的栖息地缀块不利于河流上下游间的生物基因交流， 影响河流生物族群的迁移与生态演替，因而导致生物多样性丧失。而地球上河流的生物 多样性及其它自然资源提供了人类社会生存的物质基础，有效地保护好它们对促进人类 社会的持续发展具有重要意义。因此有必要对河流进行生态恢复。 过去几十年里，传统水利工程概念上的河流整治工程建设中，工程技术人员更多关 注的只是如何采用工程措施来抵御水流对陆土的冲蚀，保证河道的畅通和稳定，很少考 虑生态问题，以至于现在突出表现出很多问题，水系污染、鱼和野生动物栖息地丧失、 江河断流、生态环境恶化、美丽的自然特征消失、自然景观被人工化等问题相继发生。 如目前普遍存在的河流堤防采用人工材料，两岸湿地消失，沿河修建公路，边坡岩石裸 露，植被破坏等问题。这种人工环境使河流失去了自身的美学价值，失去了在自然环境 中生机勃勃的河流的生命。同时，由于河道水质的污染，城市的河道用混凝土衬砌，许 多城市河道变成暗渠，原有的河道空间变成了道路和其它建筑，自然景观彻底消失。 随着经济的发展和物质文化生活水平的提高，对生态环境的认识日益提高，很多人 已经对目前的河流整治工程提出了很多批评，认为那种专一的工程性河流整治的做法应 被抛弃，取而代之的是建立水与陆土之间的和谐过渡。在保证洪水安全下泄的前提下， 对城市河流进行恢复，使其确保生物及生境的多样性。通过城市河流生态恢复，创造出 大自然中富有情趣的水边空间，恢复以城市河流为中心的区域联通，确保流域内完善的 水循环系统，以保证人类活动的正常持续进行，实现人与河流的和谐。 鉴于以上我国河流的现状，迫切需要对生态系统严重退化的城市河流实施生态恢 复。本论文系统地详细论述了城市河流生态恢复应包括的5 个主要方面的方法与技术， 从而指导城市河流生态恢复的规划与设计。 浙江大学硕上学位论文城市河流生态恢复研究 1 2 国内外城市河流生态恢复研究的发展状况 1 2 1 国外研究状况 国外很多国家都在对破坏河流自然环境进行反思，在实施将河流回归自然的改造， 并已取得了良好的效果。下面分别简要介绍一下欧洲、美国以及日本等发达国家的城市 河流生态恢复方面的情况： ( 1 ) 欧洲国家 出于对工业革命以来大肆破坏河流生态、污染河流水质的反省，欧洲各国十分重视 对河流系统的生态恢复和保护。从2 0 世纪6 0 年代起，随着实施有效的污染控制措施， 欧洲河流的水质明显改善，但河流的栖息地质量、生物多样性状况依然不容乐观。自2 0 世纪8 0 年代开始，面对河流治理中出现的水利工程对生态系统的某些负面影响问题， 欧洲的工程界对水利工程的规划设计理念进行了深刻的反思，认识到河流治理不但要符 合工程设计原理，也要符合自然( 水文和地貌学) 原理。 特别随着现代生态学的发展，他们进一步认识到河流治理工程还要符合生态学的原 理，也就是说把河流当作生态系统的一个重要组成部分对待，不能把河流系统从自然系 统中割裂开来进行人工化设计。在欧洲陆续有一批河流生态治理工程获得成功，相应出 现了一些相关的理论和技术，主要成功的措施有：恢复缓冲带、重建植被、修建人工湿 地、降低河道边坡、重塑浅滩和深渊、修复水边湿地、沼泽地森林、修复池塘( p e t e rk c 等，1 9 9 7 ) 。 德国、瑞士等国家提出了“重新自然化”概念和“自然型护岸”技术，主要内容包 括： 除去河道硬化层，允许水流自然侵蚀； 保持优美的流态； 采用鱼类能上溯的落差，设置鱼虾产卵场； 甚至还专门为老人和儿童修改河滩，以保证他们能安全地接近水洪。 利用“重新自然化”概念和“自然型护岸”技术，阿尔卑斯山山脚的阿勒河、著名 的塞纳河、多瑙河、莱茵河已恢复到了接近自然的程度。 英国采用的“近自然化”河道设计技术强调在恢复和保护河流生态系统时，必须优 先考虑河流的生态功能。英国国家河流管理局则正在制定一项旨在改善和恢复河道及洪 泛区自然生态环境的行动计划，包括恢复河道特征和行洪滩地；保护沿河岸的城市、道 路和农田；减轻径流影响的缓冲区等内容。 丹麦于1 9 4 9 年提出河道直线化方案，使丹麦9 5 的河流逐渐改造成直线形。1 9 8 5 年丹麦开始实施的河流复原工程从目标上可分为3 种类型( 钟春欣等，2 0 0 4 ) ： 类型i ：滩地、深潭的创出、鱼类产卵环境的改善等小规模、局部性的环境改善； 类型：恢复河道的连续性，包括设置鱼道，河道内跌水改为陡坡急流等； 2 浙江大学硕士学位论文城市河流生态恢复研究 类型l n ：恢复河道以及平原地带的生态、水理功能，即恢复到原来的弯曲河道形 式，在冲积平原地带进行湿地再造等。 荷兰强调河流生态恢复要与防洪结合，提出“给河流以空间”的理念( d e w a l l l e t a 1 1 9 9 5 ) 。 在工程实践方面，欧洲国家重视河流生态恢复示范工程建设，如尼塔河“再现蜿蜒 河流”恢复工程。欧洲实施“莱茵河行动计划”不仅改善了河流水质，而且提高了河 流栖息地质量，使鲑鱼重回莱茵河。 ( 2 ) 美国 美国非常重视河流生态恢复工作中河流的分类、评估和监测工作，注重恢复的科学 性。如美国环境保护局启动了“环境监测和评价计划”，监测国家生物资源( 包括河流) 的状况和趋势。 佛罗里达州修建了很多人工河道，但逐渐发现周围湿地越来越干燥，生物多样性也 急剧减少，于是在2 0 世纪9 0 年代开始改造，目前已恢复曲流河道状态。著名的洛杉矶 河也正在改造拆除衬砌，对河流进行回归自然的改造。美国在其国土内的大小河流上总 共修建了7 5 0 0 0 多座挡水建筑物，在过去的十几年里，拆除废旧坝( 堰) 、恢复生态的 工作空前进展，到目前为止已有约5 0 0 座坝( 堰) 被拆除( 钟春欣等，2 0 0 4 ) 。拆除对 象原则上满足3 个条件：坝( 堰) 的机能丧失、从坝( 堰) 本身可得到的利益可以用其 他方法得到补偿、坝( 堰) 的修复费用太高。 g e r a l d 和g a l l o w a y ( 1 9 9 7 ) 对1 9 9 3 年m i s s i s s i p p i 河流域洪水进行了反思，提出了 与经济、生态、文化可持续性相融合的河流管理新模式；在实践方面，美国各州正在大 力推行综合性的“流域保护方法”，它具有以下几个特点： 重视河流整体生态功能的恢复，而不仅把重点放在污染源控制上： 管理决策中除了考虑传统的污染因子之外，还考虑到大量的生态因子； 强调多个政府部门、非政府组织、民间团体、企业和公众的协商与合作； 重视河流管理情报的公开及分享。 ( 3 ) 日本 日本在1 9 6 5 年以后针对因城市化急剧发展，围绕河流引起的问题开展了新的城市 河流治理。2 0 世纪9 0 年代，日本提出了面向2 1 世纪的城市河流治理方略，提出要确保 一般河流的水量，恢复洁净水流，保护水质，形成良好的城市河流景观与滨水环境，建 设城市水网并加强绿化，水边空地要具有舒适开阔的空间，为各种娱乐活动提供适宜的 场所，并重视生物多样性。 在河道工程方面，日本对“多自然型河流治理法”进行了大量的研究，强调用生态 工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观和生物多样性，强调用当地材料、传统工 艺治理河道。1 5 1 本自2 0 世纪9 0 年代初实施“创造多自然型河川计划”( p r o j e c tf o r c r e a t i o no f r i c hi nn a m m ) ，已实施1 0 0 0 多处河道恢复工程。此计划提倡利用木桩、竹 笼、卵石等天然材料来修建生态型河堤。为挽救城市河流生态，堤坝不再用水泥板修造， 浙江大学硕e 学位论文 城市河流生态恢复研究 而是改用天然石块铺陈，还给草木自然生长的空间。 国外的城市河流生态恢复实践丰富发展了河流生态恢复技术，为城市河流生态恢复 提供了科学方法和行动指导。 1 2 2 国内研究状况 王薇、李传奇等( 2 0 0 3 ) 介绍了我国河流生态恢复的现状，认为我国河流生态恢复 的研究与实践多偏重于河流受污染水体的恢复，注重水质的改善，而不强调河流生态系 统结构、功能的恢复。我国学者董哲仁从河流形态、断面材料以及断面型式等方面，系 统地分析了传统治水工程对生态不利的一些因素；提出从工程建设角度看，水利工程设 施首先要保证结构物的安全，达到强度、稳定和耐久性的技术要求，具备完善的功能， 在此基础上，吸收生态学原理，为维持生物多样性创造条件：结合传统水工和生态，提 出了“生态水工学”的工程理念( 董哲仁，2 0 0 3 ) ，对于指导我国的城市河流恢复具有 重大的指导意义。 近些年来，我国对城市河流生态日益重视，关于河流生态恢复方面的研究和应用已 经展开，一些河道的河段也进行了生态护岸工程的尝试，主要有植草护坡、防浪林建设 等，开发或引进了一些不同的生态型护岸技术，如土工网植草护坡技术、三维植被网、 生态混凝土砖等，均取得了满意的效果。 国内的在河道整治研究刚刚起步，尚处于摸索阶段。北京市于2 0 0 3 年实施的城市水 系综合治理中，提出了“清、流、绿、通”的水系治理目标。浙江省平原河网水质普遍 恶化，河汉普遍堵塞，丧失了江南水乡、田园风光昔日的景观( 梁国钱等，2 0 0 2 ) ，2 0 0 3 年浙江省开始实施“万里清水河道建设”，总投资2 0 0 多亿元整治重要河道1 万k m ，实现 “水清、流畅、岸绿、景美”，恢复和强化河道功能( 吴加宁等，2 0 0 4 ) 。 与国外城市河流生态恢复相比，目前国内在河流生态恢复方面的研究与实践多偏重 于采取加大河流的枯水流量、人工增氧、修建净水湖、底泥疏浚、生态化工程等措施恢 复河流受污染水体、改善水质，而不强调河流生态系统结构、功能的复原或恢复到原有 的生态系统状态。目前，有关城市河流生态恢复的实验研究尚鲜见报道，因此我国河流 生态系统的生态恢复缺乏理论和技术支撑( 何松云等，2 0 0 5 ) 。 1 3 主要研究内容与创新、研究方法 本论文介绍了我国城市河流生态系统的现状，阐述了城市河流生态恢复的意义并对 国内外城市河流生态恢复的理念、方法与技术进行了总结，指出了本课题研究的必要性。 阐述了城市河流生态恢复的概念。 详细阐述了城市河流生态恢复的概念、原则与目标，并针对城市河流生态恢复的目 标，创新性地构建出对城市河流生态系统进行评价的基于多指标综合评价方法的城市河 流健康评价指标体系，初步构建了6 个一级指标、2 3 个二级指标。 4 多浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 本论文主体部分系统地详细论述了城市河流生态恢复应包括的5 个主要方面的方法 与技术，创新性地将城市河流生态需水的保障纳入城市河流生态恢复体系当中，提出科 学地进行城市河流生态恢复必须重视保障城市河流生态需水，并阐述城市河流生态需水 量的组成及其主要计算方法，从而指导城市河流生态恢复的规划与设计。 最后，运用本论文提出的城市河流生态恢复的理论与方法分析浙江省绍兴市城市城 市河流生态恢复的实例。 针对河流生态恢复这个前沿课题，本论文的研究涉及到自然地理学、恢复生态学、 水资源学、水工学、景观学等多方面的知识。本论文运用理论研究和实证分析相结合、 定性分析和定量分析相结合的研究方法。 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 第二章城市河流生态恢复的目标和评估方法 2 1 城市河流生态恢复的概念 恢复生态学( r e s t o r a t i o ne c o l o g y ) 是2 0 世纪8 0 年代迅速发展起来的现代生态科学 的应用性分支学科。 作为科学术语提出恢复生态学一词的是美国学者a b e t 和j o r d a n ，但把生态恢复作 为一种新思想并进行试验的却是美国人l e p p o l d 。 c a i r n s ( 1 9 9 1 ，1 9 9 5 ) ，m a 蛐u s o n ( 1 9 9 0 ) ，l e 晰s ( 1 9 8 9 ) 等认为河流的生态恢复是 指将受人类干扰而退化的河流恢复至原来没有受干扰的状态，或者恢复到某种合适的状 态，即通过一定的方法与措施将河流恢复到干扰前的功能及恢复河流相应的物理、化学 和生物特征。 s c h l u e t e r ( 1 9 7 1 ) 认为“近自然治理”( n e a rn a t u r ec o n t r 0 1 ) 在满足人类对河流利用 的要求同时，又要维护或创造河流的生态多样性。 b i d n e r ( 1 9 8 3 ) 提出河道整治首先要考虑河道的水利学特性、地貌学特点与河流的 自然状况，并将之作为衡量河道整治与人为活动干预程度的标准。 h o h m a n n ( 1 9 9 2 ) 从维护河流生态系平衡的观点出发，认为河流生态治理要维持河 流生态环境多样性、物种多样性及其河流生态系统平衡。 c a i r n s ( 1 9 9 2 ) 认为，进行河流生态系统恢复时应考虑的一个重要问题是系统恢复 的优先性。首先应该考虑对河流生态系统基本功能的恢复，然后再进一步完善河流生态 系统的物种组成及结构，这样有利于恢复河流生态系统的可持续性，所以“优先性”是 恢复受损河流生态系统时应该首先考虑的一个重要问题。 应该指出的是，城市河流生态恢复与河道工程整治不同，城市河流生态恢复不能只 限定在河岸之间的范围，它必须包括整个流域范围。因此对于城市河流生态恢复来说， 其根本目的是按照自然生态系统多样性的要求，为城市河流内部及沿岸的生物重新建立 各种栖息场所，通过把城市河流生态系统恢复到更自然的状态来达到恢复城市河流多种 功能的目的。 城市河流生态恢复并不意味着在所有场合下恢复原有的城市河流生态系统，这既没 有必要，也没有可能。城市河流生态恢复中最本质的是恢复系统的必要功能以使城市河 流生态系统能够自我维持。因此，在实际的生态恢复工程中，一般只是适当恢复，做到 既恢复城市河流的生态功能，又能满足人类的相关需要。 6 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 2 2 城市河流生态恢复的原则 分析河流生态恢复的原则必须首先明确河流的生态恢复要求是在遵循自然规律的 基础上，通过人类的作用，根据技术上适当，经济上可行，社会能够接受的原则，使退 化的河流生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程。 宏观上说，城市河流生态恢复的原则一般包含有自然法则、社会经济技术原则、美 学原则3 个方面： 自然法则是一切生态恢复的基本原则，也就是说，只有遵循自然规律的恢复才是真 正意义上的恢复，否则只能是背道而驰。 社会经济技术条件是城市河流生态恢复的后盾和支柱，并在一定尺度上制约着恢复 的可能性、水平与深度。 美学原则是指退化的城市河流生态系统的恢复应给人以美的享受。 根据以上的城市河流生态恢复的基本原则，可总结出城市河流生态恢复的6 项具体 的原则，分述如下： 2 2 1 尊重自然的原则 尊重自然的原则是城市河流生态恢复的基本原则，城市河流在进行生态恢复之前必 须进行深入详细的调查研究，综合研究当地城市河流的水文、地质、气候等因素，在恢 复过程中注重尽量恢复城市河流的自然形态。 城市河流生态恢复是在人为干扰作用下进行的主动恢复，同时也要考虑采用自然演 替的被动恢复，在城市河流生态恢复过程中要注意结合生态学的相关知识，充分发挥城 市河流生态系统自净能力和自我调节能力，这样不但可以节省大量的经济开支，而且可 以让恢复后的生态系统与当地的自然环境相互协调，并朝着生态系统顺向演替的方向发 展( 于智勇，2 0 0 5 ) 。 2 2 2 植物合理配置的原则 生态系统结构的恢复是功能恢复的关键，在城市河流生态恢复过程中对于城市河流 生态系统结构的恢复就显得十分重要。植物合理配置原则是指在植物的恢复过程中注重 植物的合理配置，这样在恢复后才能更好地发挥城市河流的作用，使城市河流的自净能 力和自我恢复能力得到很好的恢复。 植物的配置包括水生植物的合理配置、湿生植物的合理配置和陆生植物的合理配置 三个方面( 于智勇，2 0 0 5 ) 。水生植物的配置包括大型水生植物( 包括挺水植物、浮叶 植物、漂浮植物和沉水植物) 、浮游植物和附着植物的配置；湿生植物的配置及陆生植 物的配置方面在结合生态学的有关知识的同时，还要注意使配置后的植物群落协调地融 入到景观之中。 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 2 2 3 避免生物入侵的原则 生物入侵现象较为普遍，对于城市河流的生态恢复一定要避免外来物种的生物入 侵。在恢复中应使用本地种，避免使用非本地种，因为非本地种会和本地种发生竞争， 严重地影响本地种的生存，进而影响整个生态系统结构和功能的稳定性，使恢复的生态 系统遭到破坏，所以一定要慎重地使用非本地种，防止外来物种的入侵，保障城市河流 生态恢复后的生态系统拥有原来的生态功能。 2 2 4 可持续发展的原则 由于城市河流的生态恢复是影响面广、影响深远的一项任务，其主要目的是改善整 个流域的自然生态环境，进一步地达到经济、社会和环境等全方位的协调，所以在河流 生态恢复中必须坚持可持续发展的原则。 2 2 5 协调统一的原则 发挥城市河流生态系统在景观中的作用，将景观生态学的知识融入到城市河流生态 恢复之中。使恢复后的城市河流生态系统与周围环境协调统一，从视觉的角度及美学的 角度都成为景观中的一道亮点。 不同的生境配置不同的生物群落，生境的多样性是生物群落多样性的基础，二者不 可分割，生物群落越多生态系统就越复杂，生态系统的自我调节能力就越强( 徐祖信， 2 0 0 3 ) 。 2 2 6 发挥城市河流休闲娱乐、景观功能的原则 生态系统服务功能的重要组成包括休闲娱乐和文化服务( 包括生态系统的美学、艺 术、教育、精神及科学价值) 两部分( 鲁春霞，2 0 0 1 ) 。城市河流生态系统应该能够为 人们提供可亲水的休闲娱乐的空间，如：对城市河流景观的体验和享受，划船、钓鱼、 游泳、露营、野餐等。 2 3 城市河流生态恢复的目标 河流生态恢复的基本内涵是在遵循自然规律的前提下，根据群落演替理论，通过物 理、化学的和生物的手段，控制待恢复生态系统的演替方向和演替过程，把生态系统恢 复或重建到既可以最大限度地为人类所利用，又保持了系统的必要功能，并使系统达到 自维持的状态( b e t h h u g h e se t a l ，2 0 0 2 ) 。 恢复的根本目的，就是重建受损或退化的生态系统，维持流域水资源的可再生循环 能力，促进水生态系统的稳定和良性循环。 城市河流生态恢复的目标不可能是返回到某种本来不清楚的原始状态，也不是创造 铆浙江大学硕士学位论文城市河流生态恢复研究 一个全新的生态系统，而是立足河流生态系统现状，积极创造条件，发挥生态系统自我 恢复功能，使河流生态系统逐步得到恢复( 董哲仁，2 0 0 4 ) 。 河流生态恢复的最终目标是得到健康、具备丰富的栖息地环境、有生命力的和能够 充分发挥自然生态功能的河流( b e t hh u g h e sda 1 ，2 0 0 2 ) 。构造多样化的天然河流能创 造出丰富的多样性环境条件，从而形成丰富稳定的生态系统。天然河流的特性主要包括 以下三个方面( 郭一羽，2 0 0 3 ) ： ( 1 ) 河岸线不规则，有宽有窄； ( 2 ) 有堆积处和被淘刷处； ( 3 ) 纵、横坡度有缓有急，形成潍和潭。 因此，河流生态恢复的目标主要包括： 实现河流生态系统的地表基底稳定性，因为地表基底( 地质地貌) 是河流生态系统 发育与存在的载体，地表基底不稳定就不可能保证河流生态系统的朝着可持续演替的方 向发展； 恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力； 增加河流生态系统的种类组成和生物多样性，恢复生物多样性对于人类生存和发展 至关重要； 实现河流生态系统生物群落的恢复，从而帮助提高河流生态系统的生产力和自我维 持能力； 减少或控制环境污染； 增加视觉和美学享受。 通过对以上的目标进一步细化，河流生态恢复的目标可概括为下： 2 3 1 恢复目标任务方面 充足和适时的水量以支持主要生态过程； 增加鱼类的量和分布区域； 增加大型无脊椎动物的数量； 增加河岸植被的数量和多样性； 改善河流水质； 河床变化趋于自然，促进生境多样性； 增加岸边植被多样性、连续性； 增加河流生态系统附属湿地的面积数量。 2 3 2 整治目标定位方面 满足防洪、排污等水利工程的功能要求； 营造一个水域、水边和水陆交错带生物栖息地的多样性环境： 营造一个适于居民休闲、娱乐，体现人文精神的生态景观； 9 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 提高水体的自然净化能力。 2 4 城市河流生态恢复的评估方法 由于城市河流生态恢复的最终日标是得到健康、具备丰富的栖息地环境、有生命力 的和能够充分发挥自然生态功能的河流。城市河流生态系统健康与人类的生存和社会需 求有十分密切的关系，因此，我们对生态恢复后的城市河流生态系统进行评价的一个最 基本的指标就是此城市河流生态系统的健康性。 2 4 1 河流健康理论 “健康”是指系统在各种不良环境影响中，结构和功能保持相对稳定状态，并具 有可持续发展或不断完善的特性。生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可 持续性，即随时间的进程具有维持其结构组织、自我协调和对外界胁迫恢复的能力。必 有指出的一点是，河流健康不是一个严格意义上的科学概念，而是一种用于管理评估河 流的工具。 生态系统健康的概念涵盖了6 个方面内容，即自我平衡、没有病征、多样性、有恢 复力、有活力和能够保持系统组分间的平衡。也就是说，一个健康的生态系统能保持其 化学、物理及生物完整性，即在不受人为干扰下，生态系统经生物进化和生物地理过程 维持生物群落正常结构和功能。 健康的生态系统具有以下6 个基本特征：不存在失调症状、具有很好的恢复能力和 自我维持能力、对邻近的其他生态系统没有危害、对社会经济的发展和人类的健康有支 持推动作用。 s i m p s o n 等( 1 9 9 9 ) 把河流受干扰前的原始状态当作健康状态，认为河流健康是指 河流生态系统支持与维持主要生态过程，以及具有一定种类组成、多样性和功能组织的 生物群落尽可能地接近受干扰前状态的能力。 n o r r i s 等( 1 9 9 9 ) 则认为，河流生态系统健康依赖于社会系统的判断，应考虑人类 福利要求。 m e y e r ( 1 9 9 7 ) 理解的较为全面，认为健康的河流生态系统不但要维持生态系统的 结构与功能，且应包括其人类与社会价值，在河流生态系统健康的概念中涵盖了生态完 整性与人类价值。 城市河流处于生态健康状态指城市河流生态系统不仅能保持化学、生物及物理上的 完整性，而且能维持其对人类社会提供的各种服务功能，具体地，城市河流生态系统健 康主要包含2 个方面的内涵： ( 1 ) 自我维持与更新、满足社会合理要求的能力 自我维持与更新的能力指健康的城市河流生态系统应该具有良好的营养结构和生 产水平，物质流和能量流能在生产者、消费者和分解者之间正常进行，拥有藻类、水生 浙江大学硕士学位论文城市河流生态恢复研究 植物、大型无脊椎动物、鱼类及微生物的多样生物结构，具备生态自我调节和水体质量 自我净化的功能。 在此基础上，健康的城市河流生态系统应能向人类社会提供各种功能，主要包括服 务功能、环境功能、生态功能、防洪功能及开发利用功能5 个方面。 ( 2 ) 社会方面的涵义 城市河流生态系统应该具有社会方面的涵义主要有：健康的城市河流生态系统应维 持供应淡水的水质安全和水量条件，维持提供水能的正常流量和流态，维持供给人类生 产和生活的物质生产； 健康的城市河流生态系统应维持丰富多彩的景观生态以满足人类休闲娱乐和文化 的需要( 董哲仁，2 0 0 5 ) 。 下表列出了城市河流生态系统的生态功能中的几个主要方面( 表2 1 ) 。 健康的城市河流生态系统应具备以下特征： 健康的城市河流生态系统应具有良好的恢复能力和自我维持能力，即能够对污染稀 释和降解，对干扰能够化解并排除； 健康的城市河流生态系统应能满足原生生态系统基本的水量需求，如能满足城市河 流生态系统生物、河岸生态系统生物生存的基本需要； 表2 1 城市河流的生态功能 生态功能城市河流的生态功能 栖息地功能为植物和动物( 包括人类) 的正常生命活动提供空间及必需的要素，维持生 命系统和生态结构的稳定与平衡 通道功能作为能量、物质和生物流动的通路，为收集、转运河水和沉积物服务，实现 城市水循环及相关的物质能量流动 调节水量功能城市河流由于两岸植被和土壤的调蓄作用，雨季涵养雨水( 洪水) ，旱季逐 步利用，可以缓解城市的旱涝灾害 调节气候功能城市河流水的高热容性、流动性以及河道风的流畅性，对减弱城市热岛效应 具有明显的促进作用 自净和屏障功能河流水体具有净化环境或同化污染物质的功效，水生植物可对污染物进行吸 收或分解，最大程度地减少污染物转移、减少水体污染 休闲娱乐和景观功能河流水体与沿岸景观在时空上的动态结合，为人们带来视觉及精神上的享受 与满足；城市河流的自然特性提高了城市景观多样性和居民生活适宜度，提 供居民休闲娱乐、亲近自然的场所 健康的城市河流生态系统应具有相对稳定性，河流特征不出现重大改变，对邻近的 生态系统和人类没有大的危害； 健康的城市河流生态系统应能够发挥正常的生态功能、景观功能、旅游休闲功能、 体现一定的水文化内涵( 栾建国等，2 0 0 4 ) 。 生态系统健康是生态系统特征的综合反映，由于生态系统是多变量的，所以其健康 性标准也是多尺度的、动态的。生态系统健康标准主要包括活力、恢复力、组织、生态 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响8 个方面。它们分别属于生物物理范畴、社会经济范畴及人类健康范畴及一定的时空范畴。 其中，前三个方面标准最为重要，综合这三方面就可反映出系统健康的基本状况，可见 生态健康指数( h e a l t hi n d e x ，h i ) 可表达为： 月= p p d + r 式中，v 代表系统活力，是系统活力、新陈代谢和初级生产力的主要标准； o 为系统组织指数，表示生态系统组成及途径的多样性，可根据生态系统组分间相 互作用的多样性及其数量来评价； r 代表恢复力，可根据结构和功能的维持程度和时间来测度。 城市河流作为生态系统的一个类别，其健康程度同样可用上述3 项指标来衡量。鉴 于城市河流具有强大的服务功能，可单独作为一项指标。 其系统健康指数( 砌! h i ) 可表达为： r e h 卜p 伊r s 式中，r e h i 代表城市河流生态系统健康指标；s 代表城市河流生态系统的服务功能。 从理论上讲，根据上述指标进行综合运算就可确定一个城市河流生态系统的健康状 况，但在实际操作中是相当复杂的。原因主要为：每个城市河流生态系统都有许多独特 的组分、结构和功能，许多功能、指标难以匹配；系体具有动态性，当条件发生变化， 系统内敏感物种也将发生变化。 2 4 2 城市河流健康评价指标筛选的原则 在城市河流健康评价中，应用多指标综合评价法通过对河流的生物、化学以及形态 特征等指标进行打分，最后，将各项得分累计后的总分作为评价城市河流健康的依据。 此类方法已在美国以及澳大利亚得到广泛应用。其中最具代表性的是澳大利亚的溪流状 况指数i s c ，它构建了包括河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5 个方 面的评价指标体系。 建立城市河流健康评价指标体系的根本目的在于通过选择适当的度量指标，用以定 量反映和衡量城市河流所处的状态、识别并诊断出制约城市河流健康的影响因素。然而 城市河流健康评价指标涉及多学科、多领域，指标体系的种类、项目繁多，层次复杂， 因此，在建立城市河流健康评价指标体系时首先需要从众多的原始数据或评价值信息中 筛选出便于度量的、内涵丰富的主导性指标作为评价指标。 城市河流健康评价指标的筛选必须达到以下3 个最基本的目标： ( 1 ) 完整准确性 城市河流健康评价指标体系应能完整准确地反映城市河流生态系统健康状况，必须 能提供有意义的并且是准确的对城市河流状态的描述； ( 2 ) 动态监测性 城市河流健康评价指标体系应能够帮助对城市河流生态系统的生物物理状况和人 锣浙江大学硕士学位论文城市河流生态恢复研究 类胁迫进行监测，从而寻求自然、人为压力与城市河流健康状况变化之阃的联系，并探 求城市河流生态系统健康衰退的原因； ( 3 ) 报告预测性 城市河流健康评价指标体系应定期地为政府决策、科研及公众要求等提供城市河流 健康现状、变化及趋势的统计总结和解释报告。 为此，城市河流健康评价指标的筛选应该遵循以下5 个基本原则： ( 1 ) 代表性原则 城市河流生态系统是一类非常复杂的系统，决定系统特征的因子较多，需要在这些 表征因子中提取最具代表性的指标。必须在充分研究系统结构功能与评价i b 标之间的相 互关系的基础上，提取信息量大、综合性强的指标，所选用的指标应具代表性，能综合 反映系统的主要性状。 ( 2 ) 整体性原则 城市河流健康评价指标的筛选应围绕评价目标，在广泛选择影响因子和指标的基础 上，再进一步从中提取出能全面概括城市河流结构和功能的本质特征和现状、并可衡量 系统中各种生态关系的紧密程度及其整体效应的指标，并通过这些指标剖析系统整体功 能的形成原因和变化机制。 ( 3 ) 定量性原则 为保证城市河流健康评价指标的准确性和完整性，评价指标应该可量化、其数据便 于统计和计算，并能在较长时问和较大范围中适用。 ( 4 ) 可操作性原则 城市河流健康评价指标体系中所选指标必须概念明确，便于采集和测定，可操作性 强。尽量选择那些关键性的、具有综合性的指标，使得建立的指标体系简单明了、有较 强的可比性、参数易于获取以及便于计算和分析等。 ( 5 ) 指标敏感性与稳定性原则 城市河流生态系统健康评价指标体系的选取应具有对生态环境变化的敏感性，但同 时也应具有一定的稳定性。 2 4 3 城市河流健康评价指标体系 本论文在分析国内外河流健康的评价方法及各项表征指标的基础上，构建了基于多 指标综合评价方法的城市河流健康评价的指标体系( 图2 1 ) 。 根据上述城市河流健康指标体系的筛选原则，选择出一系列指标，并将城市河流健 康评价指标体系分为3 个层次，每一层次又分别选择反映其最主要特征的要素作为评价 指标，以免重要指标的遗漏和重复： 最高级( o 级) 综合指标为城市河流健康评价的综合指数，用来反映城市河流健康 状况的总体特征； 其下的一级指标包括城市河流水文指标、水质理化参数指标、河流形态结构指标、 浙江大学硕士学位论文 城市河流生态恢复研究 河岸带状况指标、河流生物指标以及河流功能指标，用以分别反映城市河流健康的6 个 最主要的组成部分： 再下的二级指标是在一级指标下选择若干影响因子所组成的，其中有些因子可以并 且容易定量，但在实施操作中有些因子是难以定量或难以取得定量数据的，因此在一定 程度上存在着不完备的缺陷。 ( 1 ) 河流水文特征( a 1 ) 将描述河流水文特征的参数和指标用于评价河流健康状况，可以更好地了解河流过 程。河流水文特征指标( a 1 ) 又包3 个主要指标： 河流流速状况指标b i l 主要用来表征流速变化对河流生境、生物等的影响； 通过对河道水量状况指标b 1 2 和水深状况指标b 1 3 的比较分析可表征河流是否保持 其自然的状态。 ( 2 ) 水质理化参数( a 2 ) 水质理化参数指标( a 2 ) 包含4 个主要指标：水体的p a 值指标b 2 1 、营养物和污染 物的含量指标b 2 2 、水温指标b 2 3 、溶解氧指标b 2 4 都可能影响河流生态系统各种功能的 正常发挥，这4 个指标又是水污染程度的直接指示，所以水质理化参数指标( a 2 ) 基本 上能较全面地表征河流水质的理化特征。 ( 3 ) 河流形态结构( a 3 ) 河流形态结构指标( a 3 ) 中主要包含5 个指标： 人工渠道化程度指标b 3 1 用以表征人类的各项城市河流整治活动对自然河流形态结 构改造的程度； 蜿蜒度指标b 3 2 用以表征河道的弯曲程度，以评估城市河流的生境状况； 河岸稳定性指标b 3 3 不仅能表征河岸的稳定程度，还能在一定程度上反映人类活动 对河岸环境的影响； 河床稳定性指标b