城市化背景下河流健康评价研究

发布时间：2020-10-10 13:27

　　 城市化的快速推进在促进社会经济发展的同时也对流域内河流生态系统健康构成了严重的威胁,导致河流水质恶化、水文规律紊乱以及生物多样性锐减等。如何在城市化背景下有效地保护和改善河流水环境是当前急需研究和解决的重大问题。河流健康评价从水生态系统安全的角度出发,对河流的物理、化学以及生物完整性进行系统的分析与评价,可以为河流管理与整治提供决策支持。因此,建立一套针对城市化背景下的河流健康评价体系对于解决城市发展与环境保护之间的矛盾具有重要的意义。论文以城市化背景下的河流为研究对象,在辨析了前人研究的基础上,结合城市化流域的河流特征,构建了针对城市化背景下的河流健康内涵和评价指标体系,并以重庆两江新区为案例区域,揭示了流域城市化对河流健康要素的影响机制,开展了城市化背景下的河流健康评价实证研究。论文主要研究成果如下:(1)定义了针对城市化背景下的河流健康内涵。论文运用内容分析法对中外文献中近30a内有影响力的37个健康概念进行分析和解构,提取了4个河流健康最基本组成要素(‘满足人类社会价值需求’、‘维持系统结构完整’‘稳定’以及‘可持续’),结合城市化流域河流在水文结构、水质、生物群落以及社会功能的特征,将城市化背景下的河流健康内涵定义为:在城市化背景下,河流在保持生态系统结构完整和稳定的同时能够可持续地提供相应的社会服务功能。具体表现为:(1)河道形态与结构的变化不影响水系的流通和生物栖息地的质量;(2)水生生物群落的变化不影响本地优势种群的丰度与多样性,并具备自然水体中完整的生态要素与生态过程;(3)水质与水量的变化不影响其对河流生态完整性的持续支持;(4)河流功能定位的变化不影响其对社会经济的持续支持。(2)构建了针对城市化背景下的河流健康评价体系。论文基于流域城市化对河流健康要素影响的空间过程,从流域整体的角度考虑,构建了涵盖流域尺度(流域土地利用格局)、河岸尺度(河岸带状况、河道结构)、生境尺度(水体状况、生物群落、生境质量)以及社会功能的河流健康评价指标体系。并在此基础上,结合模糊综合评价模型,基于MATLAB开发了城市化背景下的河流健康评价软件。(3)分析了流域城市化对河流健康要素的影响机制。论文以处于快速城市化进程的重庆两江新区为研究区域,分别探究了流域城市化对河流水质、生物群落(底栖动物和浮游生物)以及物理生境的影响机制。结果表明:1)城市化流域主要面临营养物和微生物污染风险,并且不同城市化水平流域内河流营养负荷和粪大肠杆菌含量具有显著差异(p0.05),城市建设用地的扩张是河流营养因子和病原菌含量增加的主要原因;2)流域内底栖动物分别隶属于7纲14目46科,而且不同城市化水平流域内河流底栖动物群落组成和结构具有显著差异(p0.05)。其中,环境敏感种(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)主要集中在低城市化水平流域,而颤蚓科、摇蚊科以及膀胱螺科等耐污种则为高度城市化流域内绝对优势种。群落丰富度指数、Shannon-Wiener指数以及BMWP和FBI指数在不同城市化水平流域内也具有显著差异(p0.05)。生境尺度环境因子(营养因子、底质粒径以及流速)是影响底栖动物群落组成变化的主要因素,对群落组成变化的解释量达30.7%,而河岸尺度和流域尺度环境因子则分别解释了22.6%和10.6%的群落组成变化量。通过分析城市建设用地与生境尺度环境因子的相关关系,发现城市化对底栖动物群落影响的主要途径包括增加河流营养物污染和减小底质粒径;3)浮游植物检出5门32属,以硅藻门和绿藻门居多,分别占43.75%和34.5%;浮游动物由5纲33属组成,以轮虫纲和原生动物种属居多,分别占36.4%和42.4%。不同城市化水平流域内河流浮游生物群落丰度与多样性指数均较低,且没有显著差异(p0.05);4)流域城市化对河流物理生境影响主要体现在河流底质组成和河道结构变化等方面,不同城市化水平流域内河流综合生境得分具有显著差异(p0.05)。(4)开展了城市化背景下的河流健康状况评价实践。论文对两江新区18个子流域河流健康状况分别进行了单项指标和综合评价。结果显示:1)高、中和低城市化水平流域内河流的主要健康状况等级分别对应“不健康”、“基本健康”和“健康”,健康状况的差异主要体现在流域土地利用状况、河道结构、河流水质、营养化水平以及底栖动物群落状况等方面;2)流域城市化水平(不透水地面比例)对河流综合健康度产生显著影响的阈值为25%左右;3)在不同空间尺度的健康表征因子中,流域土地利用状况、河岸植被质量以及河道变化与河流水质、营养化水平、水面率、生物群落以及生境质量具有显著相关关系(p0.05);4)从流域整体出发,从流域土地利用规划、河岸生态修复、河道自然结构保护、河流水体修复(水质修复、生物群落构建、底质及流态改善)等方面提出了健康管理对策。论文识别了流域城市化对河流健康要要素的影响机制,并构建了相应的河流健康评价体系,为城市化背景下河流整治和修复措施的提出提供了理论与技术支持。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X824
【部分图文】：

：绿色—多因素综合评价模型；红色—预测评价模型；蓝色—图 1.4 不同年份 CSCD 中三种模型每在水环境评价实例中1.4 Relative numbers of research cases using single index model, prmulti-index model in CSCD1.5显示了不同水生生物被用于构建生物指数进行水生以看出，底栖动物和鱼类被广泛地用于构建生物指数流物理生境也是一种常用的单因素评价指标。例如，流的特点，从地貌结构、植被群落和景观等三方面构[124]；施展根据平原河网地区的特征，从河岸稳定、河带植被、护岸状况以及景观适宜性等方面完成了对苏州

Fig. 1.4 Relative numbers of research cases using single index model, predictive model andmulti-index model in CSCD图1.5显示了不同水生生物被用于构建生物指数进行水生态健康评价的比例。从图中可以看出，底栖动物和鱼类被广泛地用于构建生物指数指示河流健康状态。此外，河流物理生境也是一种常用的单因素评价指标。例如，王国玉和李湛东针对北方河流的特点，从地貌结构、植被群落和景观等三方面构建了针对河岸带的评价指标[124]；施展根据平原河网地区的特征，从河岸稳定、河岸廊道、滨水带植被、缓冲带植被、护岸状况以及景观适宜性等方面完成了对苏州河的生境评价[125]。图 1.5 不同水生生物在国内水环境评价案例中的应用比例Fig. 1.5 Relative popular of different aquatic organisms used for bioassessment in China此外，预测评价模型在国内的应用较少，一方面由于国内缺少合适的参照河流，另一方面，模型结果缺少能够指导水环境治理的相关信息。目前，仅有张杰根据RIVPACS模型的方法，在漓江流域建立了类似的预测评价模型[126]。

34图 2.3 河道形态随城市化发展的演变过程Fig. 2.3 Channel changes associated with urbanization②水质变化特征城市化对河流水质的影响主要分为点源污染与面源污染两方污染主要由城市污水厂以及偷排、漏排的生活污水组成，而面源于流域内的降雨径流。一方面，在城市化进程中，大量生态用地转变为建筑用地，导致流域内不透水地面面积增加，从而减少降渗和截留比例，造成降雨径流中所携带的大量污染物（包括石油属、有机污染物以及营养因子等）直接进入河流[5]。 而且，由然采用合流制的排水系统，使得暴雨期间未经处理的城市污水与后直接排入河流，对河流水质产生极大的冲击[134]。另一方面，深入，城市人口和资源消耗的增长使得城市污染物的排放规模也
【参考文献】

相关博士学位论文 前1条

1 王备新;大型底栖无脊椎动物水质生物评价研究[D];南京农业大学;2003年

本文编号：2835258