辽河河流健康与环境流量试点研究

汇报人：张远

中国环境科学研究院 CRAES

Lecture schedule

1、辽河河流健康项目背景

2、监测与研究开展情况；

3、辽河健康评估结果

4、太子河环境流量研究成果

1、辽河河流健康项目背景

国际背景：流域生态系统管理的需求——以生态系

统健康为目标，关注河流生态系统的各个方面

我国：江河湖泊修养生息衡量标准：河流健康

选择典型地区开展河流健康的方法研究，目的是构建

中国河流健康评估技术导则。

如何有效监测和评价河流生态系统状态？对于恢复具

有指导意义；

辽河河流健康与环境流量项目背景

澳发署-商务部

澳大利亚环境发展项目ACEDP: RH & EF

澳大利亚水资源

中心IWC环境保护部对外

合作中心

水利部国际合

作中心

黄河 辽河桂江

中国环科院 CRAES

Griffith University

河流健康评估概念

用 “健康”一词来反映河流的状况，是一个很形象的

比喻，容易被公众接收和认识，并能得到广泛的关

注（Boulton, 1999）。

对河流来讲，健康－即“保持好的状态”，其来源于人的健康，但与人的健康概念并不相同（Karr

1999）。

What is river health?

“维持水体的物理、化学和生物的完整性－具有自身的组织（self-organization），具有生产力

（productive）和抗性（resilient） (Karr and

Chu, 1999)。

河流健康评价的发展

传统方法使用单一化学、物理或者生物评价河流的水

质（如我国的水质监测系统），其或多或少的反映了

河流健康的某一部分，并取得了一定的评价结果，但

往往很难应用于大尺度的流域管理（Norris &

Thoms, 1999）。

利用多参数(multimetrics)或者多变量 (multivariates)的方

法开展的一系列的河流健康评价（Karr 1999；Norris

and Hawkins, 2000）。

基于生物完整性思想，强调河流的物理、化学和生物

完整性，构建综合评价因子，评价结果与社会、经济

和流域管理建立联系，研究与管理密切联系(Bunn et

al., 2010)。

2、监测与研究开展情况

澳大利亚处于国际领先水平的河流健康评价经验

成功治理墨累-达令流域，形成水资源综合、可持续性管理战略方案

成功治理案例-东南昆士兰州治理布里斯班河，综合水资源管

理策略

学习交流

开展能力培训，提升科研水平；先后近20人次前往澳大利亚学习、培训

两次参加澳大利亚的河流论坛（伯斯、布里斯班）

监测开展情况

中、澳专家共同开展野外调查与监测，获取生态数

据；

澳方3次先后派10余名河流生态学者共

同开展辽河河流监测

中方也参加了澳大利亚的河流监测工作

128°0'E

126°0'E

126°0'E

124°0'E

124°0'E

122°0'E

122°0'E

120°0'E

120°0'E

118°0'E

118°0'E

44

°0'N

44

°0'N

42

°0'N

42

°0'N

40

°0'N

0 100 20050 km

底栖动物香农多样性指数

0 - 1.00

1.01 - 2.00

2.01 - 3.00

3.01 - 4.00

4.01 - 4.39

±

完成全流域水生态监

测样点近400个；完成水质、河流物理

形态、水生生物样品

收集

中、澳专家共同开展河流健康评估方法，

形成辽河流域健康报告卡；

提出国家河流健康评估导则

---2012年2月，形成国家河流健康评估技

术导则；

---提出河流物理、化学和水生生物监测的

监测方法、技术指标和方法；

3、辽河河流健康评估结果

河流分类

概念模型开发，确定主要干扰因素；

选择合适的评估因子；

评估因子测试；

参照评估标准的确定；

河流健康评价

河流分类 River classification

Compare apples with apples

太子河河流分区结果

DEM, A-R

相似的河流类型和河流级别

The main disturbances in the Taizi River

生活污染

工业污染

挖沙活动

河流健康问题诊断－概念模型开发

太子河中游的概念模型

18

太子河河流健康评价指标

1. 鱼类 Fish

2. 底栖无脊椎动物 Macroinvertebrate

3. 硅藻 Diatom

4.水质 Water Quality

5.营养条件

主要使用的鱼类评价因子

• 鱼类总分类单元数

• 指示物种个体数量比例（鲤科比例、本地特有

鱼种比例、经济鱼类种类比例等）

• 反映营养结构（肉食性鱼类数量比例、植食性

鱼类数量比例、杂食性物种比例）

• 耐污能力（敏感性物种比力、耐污物种比例）

• 个体条件（异常个体比例、非本地鱼种比例、

怀卵鱼种比例）

• 反映生境特征（底层鱼比例、冷水鱼比例、有

护卵行为玉垒数量）

• 反映环境质量（广布种）

水化学指标

EC、SS、TDS、Phenols、DO、BOD5、CODMn、PO4、TP、NH4、TN、Alkalinity、Ca、Na、Mg、Cl、SO4、E. coli

Disturbance gradient 干扰变化

Low低 High高

Ecolo

gic

al health indic

ato

r

生态

健康

参数

指标

Reference values 参数值

评价因子筛选

0 5 10 15 20

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

%Urban land in catchment

TP

干扰强度

参数的响

应

参照评估标准的确定

表3. 辽河河流健康评估中使用的健康评价因子，参照值设定及其依据

2/15

2/15

3/15

4/15

4/15

水化：溶氧，电导，悬浮物，pH，

藻类：物种数，IBI指数，BP多样性指数，香农多样性指数

大型底栖动物：物种数，EPT物种数，BMWP指数，BP丰富度指数，香农多样性指数，IBI指数

营养盐：氨氮,总氮,总磷,挥发酚，BOD5,CODCr, CODMn,粪大肠杆菌数

鱼类：个体数，IBI指数，BP 丰富度指数，物种数，香农多样性指数

评价参数体系的构建：评价参数体系的构建：

辽河流域太子河河流健康报告卡

藻 类

辽河流域太子河不同季节河流健康报告卡

辽河河流健康报告卡

研究的成果价值 在中澳专家的共同努力下，形成了适用于我国河流健康评估的《河流健康评价技术导则》；

提升了我院科研能力，达到国际领先水平-参与建立中澳河流健康研究合作中心；

形成了辽河常规监测、常规健康评价能力，可定期发布辽河健康白皮书；

自2009年开展辽河定期生态监测，积累大量鱼类标本，建立了辽河生态调查数据库。

4、太子河环境流量计算

• 流量是河流健康的决定性因素

• 流量不仅指流量的大小，还包括其过程性。

流量过程是指流量的整体模式，包括季节

性、可预测性、以及特定流量事件的频率、

发生时间、持续时间和变化率。

• 环境流量可定义为：在用水矛盾突出、且用

水量可以进行调度的河流、湿地和沿海区

域，用以维持其生态系统健康和保证从中持

续性获得利益的一系列流量（及过程）。

中国已有的环境流量评估方法:

水文学方法-Tennant

水力学方法-Wetted perimeter method, R2CROSS(Focus on one or a few key species)

栖息地模拟法-IFIM (focus on one or a few key species)

整体方法

--考虑整个河流生态系统

--布局限于某一种分析方法

--考虑河流其它用水单元

--复杂、繁琐、代价高

通用环境流量评估方法

Gippel(2010)提出了一种基于生态资产保护的通用环境流量评估框架，可应用于在水资源相对缺乏因而具有很高实用价值的流域，以及河流管理问题十分复杂并且有争议的时候评估具体河流的流量需求。该法是基于澳大利亚的维多利亚流域所应用的FLOWS法做出的，它是由构建模块法(BBM)派生而来的。

选择代表性河段与点位

识别关键生态资产

构建流量过程概念模型

为各种生态资产和过程设

立流量管理目标

应用分析工具进行水力模

拟和水文分析

提出环境流量初步方案

模拟所有情景下：①供水

安全；②目标所需的环境

流量组分

监测与评估：①环境流量规则

的实施情况；②不同流量规则

下的河流健康水平

实施最终环境流量方案

基于生态资产保护的环境流量计算思路An ecological asset-based E-flows framework

太子河流域面积13883km2，河长413km；

年均降水量761mm，年均径流量37.7×108m3。

3座水库年均供水量之和占流域年均径流量的58.9% 。

研究区概况 Study Area

流量组分 关键生态功能

断流生态干扰/栖息地和河床干枯/促进有机质和碳

处理

低流量 河道纵向连接/栖息地维持

脉冲流 生物扩散刺激因素/有机质输入/物理化学改变

高流量淹没河道内栖息地/河道连接/提供洄游条件/泛滥有机质/泥沙迁移

平滩流 河道和栖息地形成/泥沙迁移

漫滩流连接河漫滩

有机质输入

流量组分描述及其生态学功能

选取水文站附近河道断面资料，结合从Google Earth上获取的航空照片可以看

出，本溪断面和辽阳断面附近处于城市地区的拦河堰河段，河道很少连接着泛

滥平原，靠近河道边缘的地方就有堤防，堤防之后则是高密度的城市建筑用地。

（1）典型河道断面调查

Typical channel cross-sections survey

根据4个水文测站的1985~2007年流量与水位实测数据，建立流量与水位的

关系曲线。 结合河道比降和横断面数据，建立各个河段的水力学关系曲线。

在本次分析中所用的最高日均流量为4,000m3/s。在太子河各测站

1951~2007年的系列流量记录中，等于或高于此流量值的事件很少发生。

本溪断面和辽阳断面由于处于拦河堰河段，所以进行了两种不同条件下的水

力学模拟。第一种假设在堰塘的条件下，第二种假设在自由流动的条件下。

假定当拦河堰没有泄流时比降为零，泄流流量为4,000m3/s时的比降等于从

DEM中得到的值。

（2）太子河水文数据获取与水力模拟设定

Hydrological and hydraulic data acquisition

(5)仸一水位所对应的剪应力可利

用公式τb=γRS 计算得到。

(4)仸一水位所对应的河宽可以从

河道横断面图中量取；

(3)仸一水位所对应的流速可以通过计算平均速

度，或利用流量除以过流面积得到；

(1)按起点距-高程的方式测绘河道横断面图；

(2)通过频繁测量河流的水位并同时测量相应的

流量，来绘制流量-水位标定曲线；

河床处的剪应力(τb)可用下式来表达：

τb=γRS

式中，γ=单位体积水的重量；

R=水力半径，等于过水面积除以湿周；

S=能量比降(沿管渠流向单位长度总水头的降低)。

（3）关键栖息地指标与流量关系曲线的建立The steps to establish hydraulic relationships

（4）不同河流生态资产下的环境流量计算

河流地貌保护

河岸带水生植物保护

鱼类生境维持

大型底栖动物生境维持

太子河的河流生态资产类

型：

环境流量计算

在2009年5月和10月两个时期对太子河流域的鱼类群落进行

了采样调查，发现了总计42种分属于12科。其中主要的是

鲤科、虎鱼科、鳅科，分别占总物种的53%、13%、11%。

其中鲤科拉氏鱥属鲦鱼是优势种。

本研究中把太子河的鱼类分成三大类来描述：即典型优势种，

濒危物种和珍稀保护物种。结合历史文献资料的调查，并依

据鱼的经济价值和保护价值，选择太子河主要经济鱼类和濒

危珍稀鱼类作为保护目标。

基于鱼类保护目标的采样调查

The sampling survey for fish conservation objective

太子河重要鱼类及其适宜性生境要求Conservation object for fish and its habitat

鱼类 栖息地 产卵生境 洄游特性 食性 产卵期 河段

鲤鱼河流、湖泊的缓流水

域底层

回水区、洪水草滩，流速＜0.3m/s浅水区

淡水洄游 杂食性 4~6月 所有

草鱼河流、湖泊的近岸多水草区域

在 水 位 上 升 且 流 速0.7~1.8m/s时产卵

淡水洄游 草食性 4~7月 所有

黄鱼 浅海水域 浅海水域 近海洄游 昆虫、藻类 5~6月 所有

长颌鲚河口区、河流中下游，附属湖泊水域

在 河 流 水 位 上 升 且 流 速0.7~1.4m/s、水深1~时产卵

于芦苇水域之中

溯河洄游流速≤1m/s

浮游生物等 6~8月辽阳

小林子唐马寨

鲈塘鳢湖泊、池塘、回水区、沼泽区

缓流水域 淡水洄游 食肉性 5~6月 所有

杜父鱼山地或丘陵河湖，沿海河流中

产卵在滨海水域

粒径在10~的卵石上近海洄游 藻类，昆虫 2~4月 所有

稻田鱼稻田、沟渠的静水或缓流表层

缓流水域

流速要求≤0.11m/s淡水洄游 杂食性 4~7月 所有

哲罗鲑山区高溶氧的冷水河流中

缓流水域 淡水洄游 食肉性 4~5月辽阳

小林子唐马寨

池沼公鱼

沿海、低地和山麓河流、湖泊中

砂砾底质的水域 溯河洄游 昆虫，藻类 4~6月小林子唐马寨

综合考虑的鱼类生境保护目标及其需水分析

Analysis of e-flows requirement for fish conservation

维持深潭，淹没浅滩，保持河流鱼类栖息地一定的水面宽

度，保证河流深潭、浅滩栖息地有可供鱼类利用的最小生存

水域。

提供鱼类在1~5月份溯河洄游所需流量，维持河流横纵向连

接以及涨水以刺激一些鱼类洄游；提供鱼类在6~8月份产卵

所需流量，为需要进入远离主河槽的浅水区域产卵的鱼类提

供便利，并满足鱼类洄游和产卵对流速的要求。

提供进入主河槽内外堤防间河漫滩栖息地的水流，为需要进

入河漫滩产卵和育幼的鱼类提供条件；同时也从河漫滩冲刷

有机质，为鱼类提供食物来源。

基于鱼类保护目标的太子河环境流量

E-flows for fish conservation in the Taizi River

Catherine Leigh, Australian Rivers

Institute, Griffith University

Xiaodong Qu, CRAES

Stuart Bunn, Australian Rivers Institute, Griffith

University

Yuan Zhang, CRAES

Chris Gippel, Fluvial Systems Pty Ltd

Weijing Kong, CRAES

Peter Hanington, University of Queensland

Nick Bond, Griffith University

Jane Catford, University of Melbourne

Paul Close, University of Western Australia

Robert Speed, Independent consultant

谢谢！敬请指正