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水资源在人类社会经济发展中具有不可替代的作用,它不仅能维持整个水生态系统的自然结构和功能,更能通过发挥其社会服务功能给人类带来便利。然而,我国社会经济的快速发展,给水资源带来巨大的压力,水污染、水生态系统退化等一系列问题严重影响水生态系统的健康。为了改善我国水生态系统的状况,合理、有效利用水资源,使其在服务于人类的同时又能维持其自然功能,即水生态系统的可持续性。因此,对水资源的开发利用不仅需要关注其自然生态功能和服务功能,还需要关注水体质量和水生态系统的综合利用。 本文在确定水生态系统综合管理的基础上,以水生态系统作为整体的流域管理方式,注重水生态系统不同成分间的互动环境效应的管理。对于退化水生态系统的修复,通过控制流域范围内土地利用和其他社会经济活动,以及水生态系统内部要素的调整来实现。因此,评价水生态系统健康,需要通过分析水生态系统的组成结构,确定水生态系统健康的评价单元,找到影响水生态系统健康的要素,建立表征水生态系统健康的指标、评价方法和评价标准;基于水生态系统健康评价的结果,再识别受损水生态系统的驱动因子,建立受损水生态系统问题识别的评价指标、评价方法和评价标准。 本文的研究结果主要为以下几点: (1)通过分析水生态系统的组成要素和结构过程,确定了水生态系统的水生物和不同尺度的水环境对水生态系统的重要影响作用。即研究河流水生态系统时,河岸带以1km作为其监测范围;河流内,统一评价单元没有分流工程或坝等设施时,布点密度应尽量均匀,山区和丘陵地区的评价单元取1～3km为布点原则,最短可以取500m,平原河流最长可以取4km;有分流工程、坝或桥等设施的河段就在工程地布点。 (2)基于环境与生态系统关系模型(“压力-状态-影响-响应”PSIR),得到水生态系统与环境要素的相关关系,确定以环境受体“水生物”的状态(S)作为水生态系统健康评价的指标,选择指标如生物多样性、生物完整性等建立水生态系统健康评价的指标体系。水生态系统健康的胁迫因子(P),是人类干扰直接作用于生境的各个因子,如水文状况、河床、河岸带和水质等。这些因子是人类可调控的因子,亦是生态修复的对象。 (3)水生态系统健康评价,以水生物如鱼类、底栖动物、浮游生物和微生物等作为水生态系统健康的表征指标,采用层次分析法(Analytic HierarchyProcess,简称AHP),以shannon-weavor多样性指数、margalef丰富度指数、pielou均匀度指数和生物完整性指数IBI等作为水生物的指标层,不同的水生物作为准则层,分析描述不同水生物不同指标的权重,确定水生物评价水生态系统健康的指标体系结构,计算水生态系统健康指数的值,得到水生态系统健康的四个等级,即0～20为极差,20～40为差,40～70为好,70～100为极好。其中,等级为‘极差’的区域作为优先修复区,健康等级为‘差’的区域作为次级修复区,修复顺序的优先级为:次级修复区<优先修复区。同样位于优先修复区或次级修复区内的多个评价单元,其优先修复顺序以水生态系统健康指数值大小来确定。即,水生态系统健康指数值越小越优先。 (4)对于需要修复区域的问题甄别,以水生物生境中的水量、水质、水域空间和陆地景观四方面的表征指标为基础,采用AHP评价方法,建立水文波动状况、河道稳定状态、河岸带稳定状况和水质安全状况四方面的指标层次结构,确定生境四要素安全指数模型并计算其值,得到生境四要素的5个安全等级:Ⅰ(0～20分)、Ⅱ(20～40分)、Ⅲ(40～60分)、Ⅳ(60～80分)、Ⅴ(80～100分),安全等级为Ⅴ级最安全,Ⅰ级为最不安全。建立生境四要素的坐标雷达图,生境安全因子值小于40分以下为需要修复的因子。 (5)以辽宁太子河流域本溪段的河流为研究示范对象,采用以上研究结果,建立示范区的水生态系统健康评价体系。将示范区分为5个评价单元,即观音阁水库坝区、老官砬子—观音阁水库坝区、小夹河区、大峪沟入河口—老官砬子区和兴安市界—大峪沟入河口区。水生态健康的评价结果是:老官砬子—观音阁水库坝区为优先修复区,大峪沟入河口—老官砬子区为次级修复区;前者的主要受损生境因子是河道的河床和河堤,后者的受损生境因子是河道的人工构筑物。针对该问题进行生态修复,能使该区域的水生态系统健康平衡的发展。