LA专题 | 张益章 周语夏 刘海龙 | 国土尺度河流干扰度评价与空间分布制图研究

全文刊登于《风景园林》2020年第8期 P10-17

张益章，周语夏，刘海龙.国土尺度河流干扰度评价与空间分布制图研究 [J].风景园林，2020，27（8）：10-17

国土尺度河流干扰度评价与空间分布制图研究 

张益章

男 / 清华大学建筑学院景观学系在读博士研究生 / 研究方向为风景园林规划与设计

周语夏

女 / 清华大学建筑学院景观学系在读博士研究生 / 研究方向为自然风景河流保护、国家公园、风景园林规划与设计

刘海龙（通信作者）

男 / 博士 / 清华大学建筑学院景观学系副教授、博士生导师 / 研究方向为景观水文、区域景观规划与生态修复

摘要：自然流淌河流（free-flowing rivers）提供多种生态系统服务，具有重要的自然价值与保护意义。中国处于快速发展的阶段，河流开发与保护的矛盾日益凸显，自然流淌河流尚未得到系统的保护。通过叠加不同的河流干扰数据集进行中国国土尺度的河流干扰度评价，绘制基于河流干扰指数（river disturbance index）的国土尺度空间识别地图来识别自然流淌河流的空间分布。根据结果分为5个级别：潜在的自然流淌河流、低干扰河流、中等干扰河流、强干扰河流、严重干扰河流，分别约占中国河流长度的6.85%、5.37%、24.39%、19.89%、43.5%。希望能为中国的河流保护、流域规划、保护地的生态系统保护评估与国土空间规划等提供参考。

关键词：风景园林；河流干扰指数空间分布；河流干扰度评价；自然流淌河流；流域与河流保护管理；流域生态规划

1 研究背景

1.1 中国河流的保护与开发现状与自然流淌河流概念综述

中国是世界能源消耗大国，水电能源开发正处于大发展时期。在发展的同时，我们也需要认识到水坝的过度建设对河流生态的破坏作用愈加显现，对重要河流生态系统的价值认知与完整性保护也更加紧迫。

从20世纪60年代的西方环境运动开始，河流污染问题开始受到重视。进入21世纪，河流治理进入了流域尺度的生态保护修复阶段，在管理上不再限于河段或河道本身，而转变为对河流生态系统的综合治理。联合国发布的最新的《2020年后全球生物多样性框架草案》，提出全球到2030年至少有30%的大陆和海洋区域应受到保护的战略目标，其中10%被严格保护。由于区域生态连通性也是维持生物多样性的重要基石之一，淡水、陆地及海洋生态系统的连通性、完整性与现存的完整荒野区域应予以保护。

在这个过程中，保护河流自然流淌性的呼声也得到更多国家的响应，多个国家建立了河流保护体系，从各国的河流价值认知来看，自然流淌河流的内在价值可以分为自然价值、文化历史价值、游憩价值与科研价值等。通常认为自然流淌河流的价值在于其原始自然状态的特征，并且能够清楚还原其流域的原始风貌。在全球自然流淌河流空间识别的研究中，对自然流淌河流的共识定义是“河流的生态系统功能与服务基本未受到其水文流动连通性变化的影响，允许水、能量、物质与物种可以在河流生态系统内及周边环境进行没有阻隔的运动与交换”，这里的流动连通性指以下4个维度：1）纵向，上游至下游的连通性；2）横向，河道与河漫滩及滨河区域的连通性；3）竖向，地下水与大气的连通性；4）时间，间歇的基于季节性流量的连通性。也正因如此，维持河流的自然流淌性是保障河流生态系统内能量、物质与物种间有机循环的根本，也是支撑河流生态、历史、文化、地质、科研、教育、游憩等多元价值的基础。

1.2 自然流淌河流制图评价方法综述

河流干扰度评估是识别自然流淌河流的一种途径，当前对自然流淌河流制图评价方法大抵分成2类：1）基于荒野连续谱对河流荒野度进行评价的河流干扰指数（river disturbance index，简称RDI）体系；2）基于河流连通度的连通度（connectivity status index，简称CSI）体系。这里采用第一类方法进行国土尺度河流干扰度评价，将有利于引导流域规划、资源管理与政策制定。同时，流域内人类活动的强度会间接地影响河流流态，数据可以根据不同信息图层来获取，为大尺度河流自然流淌性评估提供了可行性途径。

2 研究目标与方法

2.1 研究目标

基于国际上对自然流淌河流的定义，结合中国目前遇到的河流保护需求，需要思考如下问题：当前中国实际的自然流淌河流还有多少，可能的分布位置在哪里，影响河流自然流淌的因素有哪些？对上述问题的回答，可通过河流干扰指数的方法，展开中国的自然流淌河流识别，这将为中国河流保护提供基本性的参考数据与初步建议。

2.2 研究方法

河流干扰指数是由如下2个方面因素决定：①河流外在干扰：每段河流控制流域的人类干预所引起的河流地貌及生态功能变化；②河道内在干扰：每段河流控制流域内能够改变水量、流态的人工设施等要素。

总体研究过程分为4个步骤：

1）基于中国地形DEM数据在国土尺度上进行子流域划分，并以其子流域作为基本的干扰度计算单元。

2）针对每个河段建立2个指数：①河流外在干扰指数；②河流内在干扰指数。并通过干扰度的叠加得到子流域的综合河流干扰指数。

3）根据子流域在总河段中所贡献的径流比例，对子流域干扰指数进行调整；若子流域对干流的径流贡献量小，则认为该子流域提供较小的子流域干扰指数。

4）通过加总累积子流域干扰指数，形成综合累积河流干扰指数，最终进行河流的空间识别与评价。

1 技术路线

2 一级流域划分

3 次级流域划分

3 结果

3.1 国土尺度河流干扰度评价与空间制图

笔者基于河流干扰指数的方法，对中国的河流进行评价，并绘制基于河流干扰指数的中国自然流淌河流地图。

4 中国自然流淌河流制图

根据结果分为5个级别：潜在的自然流淌河流、低干扰河流、中等干扰河流、强干扰河流、严重干扰河流，分别约占中国河流长度的6.85%、5.37%、24.39%、19.89%、43.5%。揭示了其空间分布情况，中国有约63.39%的河流受到了强干扰以及严重干扰；大多的自然流淌河流存在于内陆河流域、西南诸河流域以及长江流域（上游）。

表 中国流域河流干扰度占比

3.2 潜在的自然流淌河流

受到较低干扰的河流段落（包含潜在自然流淌河流）主要分布在：青海——三江源地区、河源至玛曲、通天河上游、柴达木盆地西部；西藏——羌塘高原区、拉孜；内蒙古——内蒙古高原东部、黑河、大兴安岭；新疆——和田河、叶尔羌河、阿克苏河、渭干河、克里亚河诸小河、车尔臣河等；四川西部——雅砻江上游、大渡河上游；云南北部——澜沧江、沘江口以上等地区。三江源地区有全国最密集的自然流淌河流分布。

3.3 强干扰与严重干扰的河流

受到较强干扰的河流段落可能有如下潜在的问题：水质污染、水量不稳定（过高与过低）、生境由于受到人类影响而减少、河流廊道连续性受到人类影响而中断。受到较强干扰的河流段落主要位于长江（占全国总河流长度的22.76%）、黄河（6.88%）、珠江（6.61%）、松花江（4.34%）等大江大河的中下游流域，大抵与水利工程建设、城建开发相关。受到干扰聚集度最高的河段是长江，流出四川之后基本全段都受到了较高的人类干扰（由于城市建设、水坝、人口密集等因素影响），另由于长江下游有较多的支流存在，因此长江流域占到了较高的长度比例。

3.4 流域干扰特征的空间分布

从流域的空间分布特征来看，国土尺度的流域干扰特征总体呈现流域受到干扰的个数多但范围较集中，干扰度低的流域少但面积区域范围较大的趋势。干扰度较高的流域基本聚集于胡焕庸线以东的区域。超过58%的流域受到了强干扰与严重干扰，约占全国流域面积的37%。由于河流连续性的关系，受到较强烈干扰的流域皆为各主要流域的下游，如：长江、黄河、珠江下游，海河流域下游，松花江流域等。受到中等干扰的流域占22%，约占全国面积的23%。多为大江大河汇入干流的二三级支流流域。约20%的流域受到低干扰与较低干扰，占全国面积的40%。其大多在大江大河的上游，主要分布在内陆河流域、西南诸河流域。本范围内有着较大量的潜在自然流淌河流，多位于青海、内蒙古、西藏、新疆等地。

表 中国流域干扰状况比较

5 基于河流干扰指数的中国流域干扰度识别

3.5 中国潜在自然流淌河流的保护现状

自然流淌河流在自然价值与生物多样性方面有着巨大的保护潜力。通过世界自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature，简称IUCN）的保护地体系数据来看中国潜在的自然流淌河流的受保护情况。全国有55%的潜在自然流淌河流与低干扰的河流在现状的保护区内，占全国河流的3.5%。尚未被保护的潜在自然流淌河流（23%）以及低干扰的河流（22%）多位于西藏、新疆、青海、川西、内蒙古东部等地区。对于已经纳入保护地的自然流淌河流，应通过保护区立法、制定管理分区及政策实施保障自然流淌河流的重要性。对于尚未纳入保护地体系的自然流淌河流，应探讨对自然流淌特征潜在较显著的河流段落进行实际的河流评估研究。

6 中国的潜在自然流淌河流保护现况

4 结论与讨论

笔者尝试使用一种基于河流干扰指数的方法来识别自然流淌河流，并通过河流干扰指数来确定潜在的河流保护目标。具体措施是识别与评估中国国土尺度自然流淌河流的分布及其空间特征，主要聚焦于找出受到干扰较小的潜在自然流淌河流，并评估中国自然流淌河流与现有保护地体系之间的空间关系，为自然流淌河流的保护研究、河流管理以及规划的制定提供初步参考。但不排除高度干扰的流域内部也有末端存在自然流淌河流的可能性。最终得到以下结论与建议。

1）全国共有约12%的河流为潜在的自然流淌河流与干扰度较低的河流，并有55%位于现存的保护地体系之中，主要分布于三江源地区。

2）在河流干扰指数较高的区域应针对区域小流域进行河流健康度的整合评估以及河流生态修复工作，即便是流域的下游也可能存在潜在的自然流淌河流。

3）自然流淌河流存在着较高的自然价值与风景价值，当前河流保护尚未形成完整体系。随着人类活动的扩张发展，河流生态系统面临较大的危机，如断流、鱼类灭绝、河流水质污染等情况，可能对自然流淌河流产生威胁。尚未进入保护地体系的潜在自然流淌河流应结合保护地体系完善形成一定的河流保护机制。

4）水坝是流域下游河流干扰指数较高的主要影响因素，在这里需明确的是水利工程设施虽是评价自然流淌河流的干扰因素，但在做区域综合评估时应该客观地评价其正负面影响，在协调社会发展、自然生态保护两方面需要同时辩证地评估水利工程设施对河流的具体影响。

最终，希望能为中国的河流保护、流域规划、保护地的生态系统保护评估与国土空间规划等方面提供参考。

图表来源：

图表均由作者绘制。本文所有地图改绘于自然资源部标准地图服务系统之中国地图：审图号GS(2016)2923号，自然资源部监制。

为了微信阅读体验，文中参考文献标注进行了删减，详见杂志。

参考文献

[1] Convention on Biological Diversity. Zero Draft on the Post-2020 Global Biodiversity Framework[EB/OL]. (2020-02-03) [2020-03-12]. https://www.cbd.int/doc/c/efb0/1f84/a892b98d2982a829962b6371/wg2020-02-03-en.pdf.

[2] 刘海龙，周语夏，吴书悦，等.基于中美比较的中国西部自然风景河流保护[J].中国园林，2019，35（11）：59-64.

[3] 刘海龙，周语夏.中国西部河流自然风景价值保护的3种模式[J].水资源保护，2019，35（6）：131-137.

[4] 刘海龙，杨冬冬.美国《野生与风景河流法》及其保护体系研究[J].中国园林，2014，30（5）：64-68.

[5] World Wildlife Fund. What is a Free-Flowing River?[EB/OL]. [2020-03-12]. https://www.worldwildlife.org/pages/free-flowing-rivers.

[6] GRILL G, LEHNER B, THIEME M, et al. Mapping the World’s Free-Flowing Rivers[J]. Nature, 2019, 569 (7755): 215-221.

[7] STEIN J L, STEIN J A, NIX H A. Spatial Analysis of Anthropogenic River Disturbance at Regional and Continental Scales: Identifying the Wild Rivers of Australia[J]. Landscape and Urban Planning, 2002, 60(1): 1-25.

[8] NILSSON C, REIDY C A, DYNESIUS M, et al. Fragmentation and Flow Regulation of the World’s Large River Systems[J]. Science, 2005, 308 (5720): 405-408.

[9] LESSLIE R G, TAYLOR S G. The Wilderness Continuum Concept and Its Implications for Australian Wilderness Preservation Policy[J]. Biological Conservation, 1985, 32(4): 309-333.

[10] STEIN J L, STEIN J A, NIX H A. Wild Rivers in Australia[J]. International Journal of Wilderness, 2001, 7(1): 20-24.

[11] VANNOTE R L, MINSHALL G W, CUMMINS K W, et al. The River Continuum Concept[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1980, 37(1): 130-137.

[12] Earth Resources Observation and Science (EROS) Center[DB/OL]. [2020-03-12]. https://www.usgs.gov/centers/eros/science/usgs-eros-archive-digital-elevation-hydro1k?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects.

[13] 刘远，周买春.基于HYDRO1K、SRTM3和ASTER GDEM的韩江流域水文地形信息对比[J].中国农村水利水电，2017（2）：98-103，107.

[14] 徐新良，庄大方，贾绍凤，等.GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法[J].长江流域资源与环境，2004（4）：343-348.

[15] 张国平，赵琳娜，许凤雯，等.基于流域结构分析的中国流域划分方案[C]//第七届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会论文集.北京：中国气象学会，2010：388-396.

[16] GILLIOM R J. Pesticides in the Hydrologic System: What Do We Know and What’s Next?[J]. Hydrological Processes, 2001, 15: 3197-3201.

[17] 文伏波，韩其为，许炯心，等.河流健康的定义与内涵[J].水科学进展，2007（1）：140-150.

[18] 中国科学院资源环境科学数据中心.资源环境数据云平台[DB/OL].（2018-08-16）[2020-03-12]. http://www.resdc.cn/Default.aspx.

[19] FINDLAY C S T, BOURDAGES J. Response Time of Wetland Biodiversity to Road Construction on Adjacent Lands[J]. Conservation Biology, 2000, 14(1): 86-94.

[20] TROMBULAK S C, FRISSELL C A. Review of Ecological Effects of Roads on Terrestrial and Aquatic Communities[J]. Conservation Biology, 2000, 14(1): 18-30.

[21]国家基础地理信息中心.全国基础地理数据库[DB/OL]. (2015-01-01) [2020-03-12]. http://www.webmap.cn. 

[22] 王浩，龙爱华，于福亮，等.社会水循环理论基础探析Ⅰ：定义内涵与动力机制[J].水利学报，2011，42（4）：379-387.

[23] 王浩，贾仰文.变化中的流域“自然—社会”二元水循环理论与研究方法[J].水利学报，2016，47（10）：1219-1226.

[24] NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC). Global Human Footprint (Geographic), v2 (1995-2004)[DB/OL]. [2020-03-12]. https://doi.org/10.7927/H4M61H5F.

[25] 肖建红，施国庆，毛春梅，等.水坝对河流生态系统服务功能影响评价[J].生态学报，2007（2）：526-537.

[26] LEHNER B, LIERMANN C R, REVENGA C, et al. High-Resolution Mapping of the World’s Reservoirs and Dams for Sustainable River-Flow Management[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2011, 9(9): 494–502.

[27] 张信宝，文安邦.长江上游干流和支流河流泥沙近期变化及其原因[J].水利学报，2002（4）：56-59.

[28] PEN L J. Managing Our Rivers: A Guide to the Nature and Management of the Streams of South-West Western Australia[M]. East Perth: Natural Heritage Trust, 1999.

[29] WARD J V. The Four-Dimensional Nature of Logic Ecosystem[J]. Journal of the North American Benthological Society, 1989, 8(1): 2-8.

[30] OpenStreetMap Database [DB/OL]. [2020-03-12]. https://www.openstreetmap.org/#map=10/40.0539/116.5272.

[31] 岳本江.延河流域水沙演变及对土地利用/覆被变化的响应[D].西安：中国科学院大学（中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心），2015.

[32] 刘建光，田志刚，梁红.植被覆盖变化条件下径流量变化初探[J].山东水利，2013（7）：42-43.

[33] 曹越，龙瀛，杨锐.中国大陆国土尺度荒野地识别与空间分布研究[J].中国园林，2017，33（6）：26-33.

[34] World Database on Protected Areas (WDPA) 2016[DB/OL]. [2020-03-12]. https://www.protectedplanet.net/c/world-database-on-protected-areas.

[35] NEL J L, ROUX D J, MAREE G, et al. Rivers in Peril inside and Outside Protected Areas: A Systematic Approach to Conservation Assessment of River Ecosystems[J]. Diversity and Distributions, 2007, 13(3): 341-352.

版面预览

相关阅读：

完整深度阅读请参看《风景园林》2020年8期

扫描下方二维码或点击阅读原文进入店铺购买

文章编辑 刘玉霞

头图提供 张益章

微信编辑 刘芝若

微信校对 刘玉霞

声明

本文版权归本文作者所有

未经允许禁止转载

如需转载请与后台联系

欢迎转发