（环境科学专业论文）城市河流生态区划理论与方法研究——以淮安市为例.pdf

a b s t r a c t r i v e rw a t e rs y s t e mi sas c a 】他es o u r c ew i 1 i nu r b a ne c o l o 西c a ls y s t e m ，a n di ti s m eo r i g i no fl i f ea n de n e r g y a 1 0 n gw i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to f u r b a n i z a t i o n ，p r o b l e m sl i k ew a t e rp o l l u t i o na 1 1 de c o l o g i c a l d e t e r i o r a t i o nw i d e l y e m e r g e do no u ru r b a nr i v e r s u r b a nr i v e rm a n a g e m e n tw e n to v e rac h a n g ef r o m s i m p l ep r e v e n t i o no fw a t e rp o l l u t i o n t ot r e a t m e n to fw a t e re n v i r o n m e n ta n d r e s t o r a t i o no fw a t e re c o l o g i c a ls y s t e m an u m b e ro fc i t i e sw i t h i nc h i n ah a v e p e r f l o m e dr i v e re c o l o g i c a lr e s t o m t i o nt oi i l l l e ru r b a nr i v e r si no r d e rt om a i n t a i nt h e r i v e re c o l o g i c a lf u n c t i o n s b u tt h e s ep r o je c t sa r en o tc o m m o n l ya v a i l a b l e ，b e c a u s e m o s to ft h e ma r ec 刮曙i e do u tb a s e do nd e s i g n e r sp e r s o n a lu n d e r s t a n d i n gw h i c hl a c k s c e n a i ns t a l l d a r d sa n dr u l e s t h i sp a p e ri sp a i dt oc o n d u c tf i u n c t i o n a lr e 西o n a l i z a t i o n t ou r b a nr i v e r su s i n gu r b a ne c o l o g i c a lt h e o r i e sa c c o r d i n gt of e a t u r e so fu r b a n e c o l o g i c a ls y s t e m ，s ot h a tw a t e rs u p e r v i s o r sc o u l dp e r f o r n lu n i f o n nm a n a g e m e n to n u r b a nr i v e r sw i t hs 锄ee c o l o g i c a lc h a r a c t e r sa i l dr e s o u r c ep r o p e n i e s ，m a k eu pc e r t a i n m a n a g i n gs t a n d a r d s ，c o n f i r mr e f e r e n c ec o n d i t i o n sa j l dr e s t o r a t i o ng o a l so fm o n i t o r i n g ， t a k ea p p l i c a b l em 锄a g i n gs o l u t i o n sa n dr e s t o r a t i o nm e a s u r e m e n t s a t t e n t i o ni sp a i dt os e tu pa na s s e s s m e n ts y s t e mo fw a t e re c o l o g i c a lf h n c t i o n a l r e g i o n a l i z a t i o nw i t has u b s y s t e mo fr i v e rw a t e re c o l o g i c a lh e a l t hs t a t u s ，w a t e r r e s o u r c e行a n g i b i i i t ya n di m p o r t a n c eo fw a t e re c o l o 画c a ls e i c e如n c t i o n i t e s t a b l i s h e sam e t h o do fe c o l o g i c a lf u n c t i o n a lr e g i o n a l i z a t i o no fu r b a i lr i v e r sa l s oo n b a s e so fa h p ( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) a n dg i st e c h n o l o g y t h eu r b a nr i v e r sa r e d i v i d e di n t o3c a t e g o r i e s ，i n c l u d e s ：w a t e re c o l o 西c a lr e s o u r c ec o n s e r v a t i o na 代a ，w a t e r r e s o u r c eu t i l i z a t i o n a lp r o t e c t i o na r e aa j l ds c e n i ce c o l o g i c a lc o o r d i n a t i o na r e a c a s ei ss e l e c t e da sw a t e re c o l o g i c a l 如n c t i o n a lr e g i o n a l i z a t i o no nh u a i a nu r b a l l r i v e r su s i n gt h er i v e re c o l o g i c a l 向n c t i o n a lr e g i o n a l i z a t i o nm e t h o de s t a b l i s h e di nt h i s a n i c l e o nb a s i so fr e s u l t so fu r t ) a nr i v e rh e a l t ha s s e s s m e m ， w a t e rr e s o u l c e f a n g i b i l i t va s s e s s m e n ta n dr i v e re c o l o g i c a ls y s t e ms e r v i c em n c t i o na s s e s s m e n t ，r i v e r s i nh u a i a nc i t va r ed e v i d e di n t o3r e g i o n sa n d7a r e a s a n a l y s i si st a k e no ns t a t u s ， m a i o re x s i s t i n gp r o b l e m sa n dc a u s e so fe c o l o g i c a le n v i r o 眦l e n to fd i f r e r e n ta r e a s ，a n d p u tf o r u w dc o r r e s p o n d i n gp r o t e c t i o ns o l u t i o n sa n ds u g g e s t i o n so nr i v e re c 0 1 0 9 i c a l e n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o n k e yw o r d s ： u r b a nr i v e r ，r i v e re c o l o g i c a if h n c t i o n r e g i o n a l i z a t i o n ， a s s e s s m e n tm e t h o d ， a p p l i c a t i o n 2 学位论文独创性声明： 本人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。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：查鱼基 。s 月f 2 日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志杜有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 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。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 河流是流水作用形成的主要地貌类型，汇集和接纳地面径流和地下径流，沟 通内陆和大海，是自然界物质循环和能量流动的一个重要通途，人们常常把河流 看作地球动脉( 1 】。我国是一个河流众多，径流资源十分丰富的国家。据统计，我 国大小河流总长度约4 2 万公里，其中流域面积在l o o 平方公里以上的河流达 5 0 0 0 0 多条，1 0 0 0 平方公里以上的河流有1 5 8 0 多条，超过1 0 0 0 0 平方公里的 河流有7 9 条。以径流资源来说，全国径流总量约2 6 0 0 0 亿立方米，占世界河川 径流总量的6 8 ，为亚洲全部径流量的2 0 1 。仅次于巴西和前苏联，居世界 第三位。如此众多的河流，丰富的径流资源，为灌溉、航运、发电、城市供水等 提供了有利条件【2 】。河流生态系统的形成和演变，是经过漫长的岁月才比较稳定 的，水生生态伴随着湿地生态并极大地影响到两岸的陆地生态。 河网水系是城市生态系统和景观体系的稀缺资源，同时又是城市的生命之 源、活力之源。在现代城市规划中，河网是城市生态系统的绿色生命线，是城市 生态平衡的重要因素。城市河流具有供应水源、提供绿地、保护环境、自然保护、 旅游娱乐、交通运输、文化教育等各项生态功能，对城市生态建设有重要意义。 城市河流作为城市系统中的一种自然地理要素，对城市生态建设意义多种多样： 包括为城市生活和生产提供就近水源，可以减弱城市热岛效应和洪涝灾害，为城 市绿地的建设提供基地，丰富城市景观多样性和城市物种多样性，为市民创造文 体娱乐、亲近自然的空间。目前城市河流作为城市生态系统的重要要素，已经和 正在被城市建设者所关注，其生态功能的应用，也逐渐被引入到生态城市的建设 中。 但是随着人口增长、工业进步和社会发展，土地利用需求快速增加，河流流 域亦受到过度开发，破坏了自然生态景观，导致河流水质污染日趋严重，水土流 失日益加剧，河流断流频繁发生( 有些河流乃至枯萎) ，河流生态环境严重破坏， 甚至出现毁灭性的破坏。据中科院1 9 9 6 年发布的一份国情研究报告，全国5 3 2 条 主要河流中，有4 3 6 条受到不同程度的污染，七大江河流经的1 5 个主要城市河 段中，有1 3 个河段水质污染严重【3 j 。 由此可见，河流生态问题己不容忽视，所以保护河流生态是目前人们非常关 河海大学硕士学位论文 注的问题。河流生态系统自身内部具有一套完整的信息、物质、能量循环机制， 同时它也不是独立于周围环境的，而是与其它生态系统之间也存在着物质、能量、 信息交换。其中与陆地生态系统的相互作用最为显著，水体的很多生物的物质和 能量源都来之于陆地生态系统，陆地生态系统的变化发展也对水体产生明显的影 响。 目前，河流生态系统的功能及其重要性已经逐渐为人们所认识，有关学者已 经开始研究河流生态系统的一些问题，并取得了一定进展。在理论上，主要集中 在水功能区划的提出、水功能区的管理及水质控制等方面的研究。在实践上，主 要集中在河流生态修复技术的研究。在进行河道整治工程中，一些河流的生态治 理以及生态修复等工程相继实施，如上海市大富浜、横港河道整治工程【4 j ，扬州 市二道河整治工程【5 】，成都市府河整治工程【6 1 。这些工程在一定程度上改善了生 态，美化了景观。但是但对于城市河流的环境修复而言，城市河流应理解为一个 流域的或区域的概念，在随着区域的城市化与土地利用改变，河流的基本形态、 水动力、补给来源与方式、水功能、水质量以及水生态均会发生变化，因此在研 究城市河流环境时，应当考虑地区性与整体性，以及综合性。在对城市河流水污 染研究及生态修复的讨论中，认为河流不仅指水体本身，也包括河岸环境、河道 周边环境、河流水体的循环空间、补给区的城市化建设；同时，由于城市河流所 处位置的特殊性，对城市河流的研究必须与城市社会经济、生产力的发展以及人 类活动及干扰等综合起来一并进行，才能比较准确的把握其真蒂与内在规律。 而且就这些工程而言，城市河流生态修复的目标及定位大多是根据设计人员 自己对生态河流的理解来进行的，缺乏一定的规范标准，因此不具有普遍性。为 了全面评价城市河流生态功能，为河流生态修复提供一定的理论依据和修复标 准，必须对城市河流进行生态功能分区，而这方面的研究尚处于真空状态。鉴于 此，本文将从城市河流生态功能区划的内涵出发，对城市河流生态功能区划理论 与方法进行研究分析。 1 2 城市河流生态功能区划研究背景 1 2 1 城市河流生态功能区划研究现状 国内外对城市河流生态功能区划的研究较少，目前与河流生态区划有关的研 究主要集中在城市生态功能区划、水环境区划、河流沿线土地生态功能分区以及 2 第一章绪论 水功能区划研究等方面。过去人们大多从水污染控制、水环境治理的角度来研究 城市河流，所以对城市河流水功能区划已有相当多的研究，许多城市都进行了城 市的水功能区划。 1 2 1 1 城市生态功能区划 城市生态功能区划是针对区域环境综合体，通过对生态服务功能、生态敏感 性、生态承载力等生态要素综合进行评价，将区域空间划分为不同生态功能区， 明确各区域生态环境保护与管理的主要内容。 生态区划是在自然区划的基础上发展而来的。1 9 3 5 年，英国生态学家坦斯 利( s l e y ) 提出生态系统( e c o s y s t e m ) 的概念，指出生态系统是各个环境因 子综合作用的表现。此后各国许多生态学家相继对生态系统展开了大量的研究， 对生态系统的形成、演化、结构和功能以及影响生态系统的各种环境因子有了初 步的认识。在此基础上，以植被( 生态系统) 为主体的自然生态区划研究取得长 足的进展，但也出现把植被区划等同于生态分区、忽视系统整体特征的倾向，所 采取的区划指标往往比较单一。1 9 7 6 年，美国生态学家贝利( r o b e r tb a i l e y ，1 9 7 6 ) 首次提出真正意义上的生态区划方案，他以不同尺度上森林、牧场和有关土地的 管理为目标，从生态系统的观点提出了美国生态区域的等级系统，认为区划是按 照其空间关系来组分自然单元的过程，并编制了美国生态区域图，按地域 ( d o m a i n ) 、区( d i v i s i o n ) 、省( p r o v i n c e ) 和地段( s e c t i o n ) 4 个等级进行划分。 其后在大量实际调查研究的基础上，贝利于1 9 8 5 年编制了北美和美国范围内的 陆地生态区域图和海洋生态区域图，并在研究北美和美国生态区域的基础上于 1 9 8 9 年编制了世界各大陆的生态区域图( b a i l e y 1 9 8 6 ，1 9 8 9 ) 。 在加拿大，从1 9 8 0 年代开始也进行了一系列的全国和区域尺度的生态区划 工作，如w i k e n ( 1 9 8 2 ) 于1 9 8 2 年提出了第一个加拿大全国生态区划方案，按 生态地带( e c o z o n e ) 、生态省( e c o p r o v i n c e ) 、生态地区( e c o r e g i o n 或e c o l a n d s c a p e r e 西o n ) 、生态区( e c o d i s t r i c t ) 四个等级进行划分。1 9 9 6 年w i k e n 等人进一步完 成了加拿大陆地和海洋的生态区域划分( w i k e ne ta 1 ，1 9 9 6 ) ，该方案以生态地 带( e c o z o n e ) 、生态地区( e c o r e g i o n ) 、生态区( e c o d i s t r i c t ) 、生态地段( e c o s e c t i o n ) 、 生态地点( e c o s i t e ) 和生态元素( e c o e l e m e n t ) 等六个等级进行划分【7 1 ，将加拿大 3 河海大学硕士学位论文 划分为5 个海洋生态地带、1 5 个陆地生态地带，并对每一地带的动植物、气候、 地形、土壤等进行了详细描述。1 9 9 2 1 9 9 5 年俄罗斯生态学家与美国生态学家合 作，共同对世界生态区域图进行了修订。在此期间，全球在生态系统区划研究方 面有了长足进展。生态学家们对生态地域区划的原则、依据以及区划指标、等级 和方法等进行了深入的探讨，相继提出了一批以生物群区( b i o m e ) 为单位的全 球分类方案。如赫德利奇( h o l d r i d g e ，1 9 6 7 ) 的生命地带分类系统、马休斯 ( m a t t h e w s ，1 9 8 3 ) 的世界主要生态系统类型、斯托兹等( s t o l z ，e ta 1 ，1 9 8 9 ) 的 陆地生物群区系统、帕雷梯斯等( p r e n t i c e ，e ta 1 ，1 9 9 2 ) 的全球生物群区类型、波 克斯( b o x 1 9 9 5 ) 的全球潜在优势植被类型、斯库兹( s c h u l t z 1 9 9 5 ) 的世界生 态区划，在1 9 9 6 年美国生态学大会上展示了一系列生态分区的研究成果，范围 包括大、中、小不同尺度，大至北美大陆，小至一个州或一个县。 我国在2 0 世纪五六十年代，也在全国范围内对自然资源进行了全面的调查， 在调查分析的基础上对我国各自然要素和综合自然地理进行了大量的区划工作， 并提出了一系列符合中国自然地域的区划原则和指标体系( 林超等，1 9 5 4 ；黄秉 维，1 9 5 9 ；任美愕等，1 9 6 1 ) ，其中最具影响和最为完整的是中国科学院自然区 划工作委员会于1 9 5 9 年编写出版的中国综合自然区划( 初稿) 。8 0 年代初， 我国自然工作者开始在区划中引进生态系统的观点，应用生态学的原理和方法， 对生态区划进行一般性的讨论，并开展了一些区域性的生态区划工作( 熊毅，1 9 8 0 ， 1 9 8 l ；傅伯杰，1 9 8 5 ) 【引。1 9 8 8 年侯学煌先生发表了中国自然生态区划与大 农业发展战略一书，这是中国最早冠以生态区划的全国性研究成果。这些主要 从自然因素出发，但又不同于单项自然要素的区划，它是以生物为主要区划标志 的单项生态要素区划的综合。以后随着人们对全球及区域生态系统类型及其生态 过程认识的深入，开始重视生态因素和生态系统的整体特征，并分析区域生态问 题产生的原因与机制，但较少考虑人类活动对生态系统的影响，研究缺乏对人类 活动在资源开发和环境保护中的作用和影响的系统分析。 9 0 年代中后期，我国的生态形势己十分严峻，以土地退化、水生态失调、 植被破坏和生物多样性锐减为主要特征的生态问题，呈加速发展的趋势。因此很 多学者在在深入研究区域环境问题的形成机制与生态环境敏感性、生态系统服务 功能分布规律的基础上进行了生态环境综合区划。 4 第一章绪论 1 9 9 9 年傅伯杰等提出在充分认识区域生态系统特征的基础上，研究生态系 统服务、生态资产的分布，生态胁迫过程和生态环境敏感性，考虑人类活动对生 态系统的影响，进行生态地域划分、生态资产区划、生态胁迫过程区划、生态敏 感性区划等生态要素区划，在此基础上建立我国生态环境综合区划的原则、方法 和指标体系，制定全国生态环境综合区划方案。与此同时，中国科学院地理研究 所杨勤业、李双成在综合研究中国自然环境各要素与生态系统的空间分异特征、 结构组合和区域分布的基础上，考虑人类活动对生态系统的影响，对中国大陆进 行了生态地域划分( 杨勤业等，1 9 9 9 ) ，按照现代地势轮廓及生态系统景观差异、 季风彤响程度以及水分差异将中国分为3 个生态大区；按照生态系统类型、土壤 和水分条件以及农作物种植制度分为16 个生态区；再以地质地貌特征和人类开 发利用状况为依据分为5 2 个生态地区。该区划明确了全国生态地域的基本分区， 为进一步开展生态资产区划、生态胁迫过程区划、生态敏感性区划和生态环境综 合区划提供了重要的和必不可少的基础。黄兴文和陈百明( 1 9 9 9 ) 根据中国生态 环境系统地域分异规律和景观差异划分生态景观类型区并对各类型区的生态资 产总价值进行评估，在此基础上进行了全国生态资产区划，明确了全国生态资产 的地域分布特征。 傅伯杰等( 2 0 0 1 ) 在上述研究的基础上进行了生态环境综合区划的研究，提 出了中国生态区划方案，将全国划分为3 个生态大区，1 3 个生态地区，5 4 个生 态区。同年，国家环境保护局在组织完成西部地区生态环境现状调查工作后，以 甘肃省为试点开展了省域生态功能区划。在试点工作的基础上，国家环境保护局 组织中国科学院生态环境研究中心编制了生态功能区划暂行规程，对省域生 态功能区划的一般原则、方法、程序、内容和要求作了规定。该规程充分考虑了 我国生态地域、生态系统服务功能、生态资产、生态敏感性以及人类活动对自然 生态系统的影响和改造等要素，从生态环境现状、生态环境敏感性和区域生态服 务功能等能表达环境生态功能区域性差异的三个方面进行评价。揭示了不同生态 区的生态环境问题及其形成机制，为正确认识我国生态环境特征及不同区域经济 发展和环境保护政策的制订提供了依据，也为各区域进一步开展区域生态功能区 划建立了宏观框架。 5 河海大学硕士学位论文 1 2 1 2 城市水功能区划 水资源危机已成为全球性问题，水资源与水环境保护己成为二十一世纪可持 续发展的重点。水资源保护和水环境管理问题越来越被世界各国所关注，按流域 统一管理水资源，使水资源管理和水污染防治统一起来，成为一种逐步被接受的 水资源管理模式【9 _ 1 0 1 1 】。各国在重视水量水质的统一管理、制定水域水质标准、 实施污染物总量控制等方面有非常成功的经验。 美国通过立法赋予流域机构职责，负责全面规划流域及有关地区自然资源的 保护、开发和合理利用。欧共体国家在二十世纪6 0 7 0 年代纷纷制定或修改了水 法，建立了以流域管理为基础的水资源管理体制，成立了流域水资源管理机构， 加强对水资源数量和质量的管理【l 引。英国重视河流的综合开发和利用，按流域统 一管理，将水资源管理和水污染防治归于流域管理i l 引。法国水资源管理活动以流 域为主体，主要遵循的基本原则之一是按流域进行水质、水量的统一管理【1 4 一引。 在日本，流域管理的目的与欧美基本相同。总体来看，世界各国比较重视水资源 一体化管理；重视水资源量和质保护并重；重视生态环境用水量：强调改进流域 生态系统的整体功能等。 英国水质管理中对地表、地下水源进行2 4 小时监测。每一个河段都有一个 水质标准，排放标准是根据河流水量情况，通过计算机模型分析确定的。法国通 过流域水管理，努力使流域内水质达到法规所确定的质量目标。日本在控制水污 染中通过颁布一系列法规、条例，制定河流湖泊等水体的保护和管理规划，建立 完善的水体监测体系，以使水质得到改善。 德国在水质管理上，按照水体的使用功能划定出不同的保护区，其水质功能 为4 类：第一类，游泳水质；第二类，饮用水源地水质；第三类，渔业养殖水质； 第四类，贝壳养殖水质。不同功能的水质有着不同的严格保护规定。美国等西方 国家通过适生生物纲目或生物体对河流的分类来确定其潜在功能1 1 6 j 。 我国从二十世纪7 0 年代开展系统的江河水质保护工作以来，一直把水质规 划工作放在重要的位置。开始以编制地区污染治理规划为主，着重于污染治理方 案和程序。后来随着总量控制，综合防治思想的确立，陆续开展了河流水质规划， 以局部水域作为对象，考虑水体环境容量对水污染控制提出综合治理方案。这一 时期，要求水体区域反映出不同的环境特征水质状况，以及经济部门对水体功能 6 第一章绪论 的要求，并据此拟定水质目标引。 二十世纪8 0 年代中期各流域机构会同有关地方水利、环保部门开展了七大 水系的流域水资源保护规划，并将确定水体功能与区划作为水资源保护规划工作 的重要内容。区划的重点是根据监测断面布设状况和水体功能要求进行江段划 分，并将各用水功能对水质的要求作为拟定不同水平年的水质目标的一个重要依 据。随着规划的不断发展，水功能区划亦得到发展。水体( 环境) 功能区划在水域 功能分类系统、分区原则、分区技术程序和分区方法等方面都得到进一步完善。 在水域功能的分区方面，由最初以开发利用需求为主而划分出工业用水、生活用 水、渔业用水、景观用水、农业用水等水域功能，发展增加了生态环境保护所需 的自然保护及源头水区和棍合区。在分区原则、程序和方法等方面也更为系统化、 规范化，不同用水部门也曾根据其用水要求进行过局部水域的功能区划。 ( 2 ) 水功能区划 水功能区划是水资源规划和保护的一项基础性工作，水资源对人类社会具有 各种使用功能和用途，不同功能对水质的要求也不同，水功能区划的目的在于按 照水功能区划的目标要求进行水环境质量管理和污染控制，使有限的水资源发挥 最大的经济、社会和环境效益，在合理开发利用水资源的同时，也不破坏水域的 保护目标，以促进我国经济和社会的可持续发展。 水功能区划分采用二级十一类分级分类系统，即一级区划( 分4 类) 和二级 区划( 分7 类) ，如图1 1 。 一、一级区划 一级区划以流域为单元，在流域范围内从宏观上考虑水资源开发、利用、治 理和保护的问题，主要解决地域之间的关系问题，从长远考虑可持续发展的需求。 一级功能共分保护区、缓冲区、开发利用区和保留区四类。 保护区主要是千流及主要支流源头区，重要的调水水源区，重要供水水源地， 以及对自然生态与珍稀濒危物种的保护有重要意义的水域。功能区水质标准根据 具体情况需要，应符合地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i 、i i 类水质标 准或维持水质现状。 保留区主要是目前开发利用程度不高，为今后开发利用和保护水资源而预留 的水域。该区内应维持现状不遭破坏。功能区水质类别标准一般不低于现状水质 7 河海大学硕士学位论文 类别。 开发利用区主要是具有满足工农业生产、城镇生活、渔业和游乐等多种需水 要求的水域。功能区水质标准按二级区划分类相应的水质标准。 缓冲区主要是为协调省际间、矛盾突出的地区间用水关系而划定的水域。 二级区划仅在一级区划中的开发利用区进行，二级功能区包括饮用水域。水 源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排控 制区。其中：饮用水源地指满足城镇生活用水需要的水域。功能区水质标准根据 需要执行地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i 、i i i 类水质标准。 工业用水区指满足城镇工业用水需要的水域。功能区水质标准执行地面水 环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i v 类标准，或不低于现状类别。 农业用水区指满足农业灌溉用水需要的水域。功能区水质标准执行地面水 环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) v 类标准，或不低于现状水质差别。 渔业用水区指具有鱼、虾、蟹、贝类产卵场、索饵场、越冬场及回游通道功 能的水域，养殖鱼虾、贝、藻类等水生动植物的水域。功能区水质标准执行地 面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i 类标准。 景观娱乐用水区指以满足景观、疗养、度假和娱乐需要为目的的江河库等水 域。功能区水质标准执行地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i i 类标准。 过渡区指为使水质要求有差异的相邻功能区顺利衔接而划定的区域。功能区 水质标准以满足出流断面相邻功能区水质要求选用相应控制标准。 图1 1 水功能区划分级分类系统 水功能区划分级分类系统 l lli 保护区保留区开发利用区缓冲区 旦 尿 饮工农渔观排 用业业业娱过污 水用用用乐渡控 源水水水 用 区 制 区区区区水区 区 8 第一章绪论 1 2 2 存在问题及发展趋势 现行水环境功能区划在水资源利用、水环境改善和水生态保护方面起到了关 键性作用。但是现行水功能区划是确定资源管理和污染防治的单元的方法，而且 只是针对水体进行划分，区划结果往往不能直接作为水管理的空间单元，在实施 陆域与水域的统一管理方面，水功能区划显得力所不及。对比分析我国目前水资 源短缺和水环境恶化的势态与社会经济快速发展的要求，以及国际上水环境管理 的趋势和先进理念，现行水功能区划存在以下问题：以行政边界为基础进行功 能区划，缺乏流域上下游、左右岸之间协调的科学基础；以社会( 人类) 需求为 中心，未考虑生物以及生态系统对环境的需求和协调两者关系的措施；多以水 体现状使用功能为基础进行划分，缺乏水生态系统完整性考虑；尚未考虑水体 的区域分异性，难以在水资源和水环境管理中实现因地制宜；以水质标准为管 理目标，尚未考虑生物指标、生态指标。 为了能够充分发挥河岸带生态系统的功能，有效地保护河流生态系统的结构 稳定，城市河流生态区划的研究应该从以下几方面进行研究： l 、在区划体系上，城市河流的生态功能区划体系可以在借鉴国内外水生态 分区理论的基础上，通过对城市河流生态系统特征与影响因素的调查与分析，提 出与城市河流生态系统状况相适应的区划体系。 2 、在区划方法上，城市河流生态功能区划应遵循着体现水生态系统的层次 与等级，实现水陆一体化管理的目的，与河流现有管理单元相衔接，选择与分区 层次体系相一致的影响因素作为指标，应用生态学中的格局与尺度等原理与方 法，对水体及其周围陆地进行的区域分类。 3 、在评价指标及方法上，城市河流生态功能区划不仅要考虑针对河流本身 的指标，如河流生态健康，还要综合考虑水资源脆弱性及水生态服务功能重要性 等河流所在区域的生态指标。 1 3 本文研究的主要目标及内容 1 3 1 本文研究的主要目标 在过去几十年，特别是2 0 世纪9 0 年代以来，对水生态系统分区进行了大量 的研究。但由于研究开展的相对较晚，以及水生态系统功能与分区的复杂性，无 9 河海大学硕士学位论文 论是理论上还是研究方法上都很不成熟，存在着一定的局限性。 中国水管理正处在从资源管理、污染控制向生态管理的转变过程中，水资源 的利用与保护都要考虑到水生态系统的基本要求，需要从根本上认识到水生态系 统破坏的成因与机制。而水生态系统具有区域性和层次性，这就需要建立以水生 态区划为基础的管理技术体系，才能保证我国水生态管理的成功实施。水生态区 划方法的提出，使得水管理者可以对具有同样生态特征和资源属性的水体进行统 一管理，并制定相应的管理标准，确定监测的参考条件及恢复目标，采取切实可 行的管理对策和恢复措施。 中国的水生态区划体系应在借鉴国外水生态分区理论的基础上，通过对中国 水生态系统特征与影响因素的调查与分析，提出与中国水生态系统状况相适应的 区划体系。与陆地生态区划不同，水生态区划是以水生态系统为对象，目的是反 映水生态系统的空间分布规律和特征差异，虽说二者在一定尺度上具有相似的影 响因素，如都受到气候、地貌、水文条件的影响，但作用的过程和机理却具有很 大差异。在区划方法上，水生态区划应遵循着体现水生态系统的层次与等级，实 现水陆一体化管理的目的，与河流现有管理单元相衔接，保持生态系统完整性和 流域完整性等原则，选择与分区层次体系相一致的影响因素作为指标，应用生态 学中的格局与尺度等原理与方法，对水体及其周围陆地进行的区域分类。 本项研究即是在水功能分区研究基础上的延伸和应用，其目的是通过分析城 市河流水生态系统的时空分布特点、动态变化特征、开发利用状况和存在的主要 问题，寻求其分布规律，进行城市河流生态功能区划。再根据城市河流生态健康 程度、水资源脆弱性和水生态服务功能重要性程度的评价，综合评价城市河流的 生态系统功能，为有序保护和合理的可持续利用城市水资源和水环境提供科学依 据。 1 3 2 研究内容 通过对城市河流水生态系统构成分析，采用“自上而下”的方法和g i s 技术， 综合运用空间叠置法和定量分析法，将河流生态健康程度、水资源脆弱性和水生 态服务功能等要素结合起来，按照其对城市河流生态综合功能的重要性程度进行 计算，结合城市发展规划得出城市河流生态功能分区。 l o 第一章绪论 图1 2 水生态功能分区示意图 城市河流生态健康评价：城市是一个高度人工化的以人为中心的复合生态系 统，系统的稳定运行更依赖于城市河流生态服务功能的持续发挥。通过综合 考虑河流水文、水质及地貌特征变化对于水域生物群落的影响，分析河流生 态系统在自然力与人类活动双重作用下的变化趋势，得到河流水生态健康程 度。 城市河流水资源脆弱性评价：脆弱性是可持续发展的障碍，水资源脆弱性是 区域水生态系统持续开发利用研究中的一部分内容。脆弱度越大，越不利于 可持续发展。本文从自然脆弱性、人为脆弱性两个方面对水资源脆弱性进行 评价，分析其在空间上的脆弱性分布。 城市水生态系统服务功能重要性评价：是针对城市典型水生态系统类型及其 空间分布的特点，评价区域内不同地区水生态系统提供各项生态服务功能的 能力及其对区域社会经济发展的作用与重要性，明确每一项生态服务功能重 要性的空间分布特征以及各项生态服务功能重要性的总体区域分异规律。 河海大学硕士学位论文 1 3 3 技术路线 1 2 第二章城市河流生态功能区划方法研究 第二章城市河流生态功能区划方法研究 2 1 城市河流生态功能区划的内涵及意义 2 1 1 河流生态功能区划内涵 城市水生态功能分区虽是以水生态功能类型为基础的，但它更突出区域的整 体特征，一个分区单元即代表一个独立的区域，具有主导的水生态功能或水生态 过程，面临相似的水生态问题，其在空间上是唯一的，不重复出现的，从而更有 利于进行统一规划和实施管理i l 7 。 城市水生态区划实质是一定尺度下的水体分类方法，所划定的每个区都被看 作是离散的系统，能够反映地貌、地形、土壤、植被、气候、水文以及人类影响 因子的作用关系。这些因素在不同尺度上相互作用，共同决定着其境内河流的水 文、河道形态、基质类型等物理及水化学特征，从而进一步影响水生生物群落的 分布和结构，最终导致水生态系统的类型差异。因此，通过对这些要素的识别和 分析，可以识别出生态区的范围，但研究表明在不同的生态区这些指标的重要性 并不相同，因此需要针对具体区域进行分析，选择相应地区划指标和标准。 城市水生态功能区划的对象是区域水生态环境综合体。水生态系统内的各种 生物有机体和环境因子相互联系、相互制约，组成不同的水生态系统，进行着纷 繁复杂的生态过程，向人类提供多种多样的服务功能，同时受到人类活动的干扰 和影响，所有水生态系统在空间上的组合构成城市水生态环境综合体。由于区域 内水系自然环境要素的地域分异和人类干扰条件的不同，形成水生态系统结构和 功能的分异，对人类提供不同的生态服务功能，具有不同的生态敏感性，据此可 以划分出不同的水生态功能区。 2 1 2 河流生态功能区划的意义 城市河流生态功能区划的结果是通过对城市河流生态健康状况、水资源脆弱 性、城市水生态服务功能重要性进行评价，获得空间上的分布与分区信息，形成 城市水生态要素图、水资源脆弱性评价图、城市水生态服务功能重要性评价图以 及城市水生态功能区划图等一系列图件。其主要作用是为城市水生态规划和管理 提供地理空间信息和科学根据，为政府决策部门、环境管理部门和规划部门提供 以下服务： 1 3 河海大学硕士学位论文 ( 1 ) 科学认识各城市河流生态功能区的水生态环境特征、主要水生态问题、 水资源脆弱性和主导水生态服务功能，明确各功能区水生态环境保护、建设与管 理的主要内容。 ( 2 ) 以城市水资源脆弱性评价、水生态服务功能重要性评价和水生态功能 区划分结果为基础，进行建设项目和区域开发生态环境影响评价。 对城市水生态服务功能重要性的评价和水生态功能区的划分，可帮助识别不 同区域的主导生态服务功能，明确区域生态环境保护目标，为城市水生态健康评 价提供重要的基础。 ( 3 ) 根据各水生态功能区内的水生态资源和环境特点，对水资源的开发利 用和工农业生产布局进行合理规划，既使城市水资源得到充分的利用，而又不至 于对水生态环境造成很大的影响，持续地发城市水系对经济社会发展的服务支持 功能。 进行城市河流生态功能区划，明确城市河流生态特征、面临的主要水生态问 题以及水生态服务功能重要性，确定重点水生态保护区以及相应的水生态综合整 治对策措施，为制定城市河流生态保护与修复规划、资源合理利用与工农业生产 布局提供科学依据，并为环境管理部门和决策部门提供管理信息与管理手段，对 维护城市水生态安全，增强社会经济发展的水生态环境支撑能力，促进区域的可 持续发展具有重要的现实意义。 2 2 河流生态系统特征分析 城市河流生态系统是城市生态系统的主要组成部分和关键因素。严格意义上 的城市河流生态系统是指在城市这一特定区域内，河流水体中生存着的所有生物 与其环境之间相互作用、相互制约，通过物质循环和能量流动，共同构成具有一定 结构和功能的动态平衡系统【1 8 】。 2 2 1 城市河流生态系统的组成 城市水系是整个流域的一部分，参与整体的水文循环过程。此外，城市强烈 的水资源利用活动给城市水系又加上了人工的循环系统。因此，整个城市水生态 系统由自然循环系统和水资源利用系统人工循环系统组成【1 7 】。 河流包括河槽和在其中流动的水体两个部分。河流属流水型生态系统，是陆 地与水体的联系纽带，在生物圈中起着重要的作用。河流生态系统包括大型水生 1 4 第二章城市河流生态功能区划方法研究 植物、微型植物、动物、真菌和细菌、河岸生态五个部分。其基本特征有以下几 点： ( 1 ) 纵向成带。河流因为是纵向流动的，所以很多特征表现为纵向成带特 性。一直水系从上游到河口，水温和某些化学成分发生明显的变化，影响着生物 群落的结构。但由于城市河流长度有限，这些变化都不太显著： ( 2 ) 生物具有适应急流生境的形态结构。在城市河流中，流速在年季内变 化大，汛期雨水多，上游来水量也较大，故水流较急。所以河流中生物群落中的 一些生物种类，为适应这种生存环境，形成了自身形态结构上有相应的特点； ( 3 ) 自净能力强，受干扰后恢复速度较快。一般由于河流生态系统具有流 动性大，水体更新较快的特点，所以其自净能力较强，在一定限度内，一旦污染 源被切断，系统恢复迅速。当然具体情况还与污染物的种类、河流水文和形态特 征有关； ( 4 ) 相互制约关系复杂。城市河流生态系统受其他系统的制约较大，河段 受城市陆地生态系统的制约，城市内陆的气候、植被，尤其是人为的干扰对河流 生态产生。 2 2 2 城市河流生态系统的营养结构及其特征 由于城市作为高度人工化的复合生态系统，城市人群与河流生态系统间的关 系较自然状态下要密切得多，城市河流生态系统健康状况在很大程度上受到人为 因素影响【1 7 】。 城市河流生态系统的生产者在生态特征上与城市陆生生态系统差别很大。对 生物学的自然系统而言，生产者除一部分水生高等植物外，主要是体型微小但数 量惊人的浮游植物。这类生产者的特征是代谢率高、繁殖速度快，种群更新周期 短，能量的大部分用于新个体的繁殖，因此，生物量低。对城市这样的人工生态 系统，水生态系统中很多营养物质都来自人为因素，如城市污水的排入、固废堆 积、暴雨雨水的汇入等，其生产者的主要来源已不再局限于自然生态系统中的水 生植物。 城市河流生态系统的自然消费者一般也是体型较小，生物学分类地位较低的 变温动物，新陈代谢过程中所需要的热量比常温动物少，热能代谢受外界环境变 化的影响较大。城市水生态的社会消费群体即人类，主要包括居民生活用水、工 1 5 河海大学硕士学位论文 业生产用水、城市市政综合用水等方面。 自然分解者在城市河流生态系统中作用较差，很大程度上只是依赖水体中部 分浮游生物通过自溶来完成物质循环的功能。大量的分解者应该是城市水生态系 统的社会消费者，即人类通过人工作用，对系统内废物进行分解，如污废水治理、 固废的处理等。 城市河流生态系统自然营养结构中物质循环和结构单一，其生产、消费和分 解者均很薄弱。在无人为因素干扰的情况下，可实现生产、消费和分解的动态平 衡。但是城市水生态系统很大程度受到人为因素的影响，人类在生产、消费和分 解三者中均有参与。因此，若系统中生产和消费过量，而分解不足，则使得城市 水生态系统中营养物质过剩，水量变化不定、水体环境恶化，造成城市水生态系 统功能萎缩，甚至枯竭。 2 3 区划的原则与方法 2 3 1 理论基础 ( 1 ) 生态系统区域分异规律 生态系统是