城市化的快速推進在促進社會經(jīng)濟發(fā)展的同時也對流域內(nèi)河流生態(tài)系統(tǒng)健康構(gòu)成了嚴重的威脅,導致河流水質(zhì)惡化、水文規(guī)律紊亂以及生物多樣性銳減等。如何在城市化背景下有效地保護和改善河流水環(huán)境是當前急需研究和解決的重大問題。河流健康評價從水生態(tài)系統(tǒng)安全的角度出發(fā),對河流的物理、化學以及生物完整性進行系統(tǒng)的分析與評價,可以為河流管理與整治提供決策支持。因此,建立一套針對城市化背景下的河流健康評價體系對于解決城市發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾具有重要的意義。論文以城市化背景下的河流為研究對象,在辨析了前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合城市化流域的河流特征,構(gòu)建了針對城市化背景下的河流健康內(nèi)涵和評價指標體系,并以重慶兩江新區(qū)為案例區(qū)域,揭示了流域城市化對河流健康要素的影響機制,開展了城市化背景下的河流健康評價實證研究。論文主要研究成果如下:(1)定義了針對城市化背景下的河流健康內(nèi)涵。論文運用內(nèi)容分析法對中外文獻中近30a內(nèi)有影響力的37個健康概念進行分析和解構(gòu),提取了4個河流健康最基本組成要素(‘滿足人類社會價值需求’、‘維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整’‘穩(wěn)定’以及‘可持續(xù)’),結(jié)合城市化流域河流在水文結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、生物群落以及社會功能的特征,將城市化背景下的河流健康內(nèi)涵定義為:在城市化背景下,河流在保持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整和穩(wěn)定的同時能夠可持續(xù)地提供相應(yīng)的社會服務(wù)功能。具體表現(xiàn)為:(1)河道形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變化不影響水系的流通和生物棲息地的質(zhì)量;(2)水生生物群落的變化不影響本地優(yōu)勢種群的豐度與多樣性,并具備自然水體中完整的生態(tài)要素與生態(tài)過程;(3)水質(zhì)與水量的變化不影響其對河流生態(tài)完整性的持續(xù)支持;(4)河流功能定位的變化不影響其對社會經(jīng)濟的持續(xù)支持。(2)構(gòu)建了針對城市化背景下的河流健康評價體系。論文基于流域城市化對河流健康要素影響的空間過程,從流域整體的角度考慮,構(gòu)建了涵蓋流域尺度(流域土地利用格局)、河岸尺度(河岸帶狀況、河道結(jié)構(gòu))、生境尺度(水體狀況、生物群落、生境質(zhì)量)以及社會功能的河流健康評價指標體系。并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合模糊綜合評價模型,基于MATLAB開發(fā)了城市化背景下的河流健康評價軟件。(3)分析了流域城市化對河流健康要素的影響機制。論文以處于快速城市化進程的重慶兩江新區(qū)為研究區(qū)域,分別探究了流域城市化對河流水質(zhì)、生物群落(底棲動物和浮游生物)以及物理生境的影響機制。結(jié)果表明:1)城市化流域主要面臨營養(yǎng)物和微生物污染風險,并且不同城市化水平流域內(nèi)河流營養(yǎng)負荷和糞大腸桿菌含量具有顯著差異(p0.05),城市建設(shè)用地的擴張是河流營養(yǎng)因子和病原菌含量增加的主要原因;2)流域內(nèi)底棲動物分別隸屬于7綱14目46科,而且不同城市化水平流域內(nèi)河流底棲動物群落組成和結(jié)構(gòu)具有顯著差異(p0.05)。其中,環(huán)境敏感種(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)主要集中在低城市化水平流域,而顫蚓科、搖蚊科以及膀胱螺科等耐污種則為高度城市化流域內(nèi)絕對優(yōu)勢種。群落豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)以及BMWP和FBI指數(shù)在不同城市化水平流域內(nèi)也具有顯著差異(p0.05)。生境尺度環(huán)境因子(營養(yǎng)因子、底質(zhì)粒徑以及流速)是影響底棲動物群落組成變化的主要因素,對群落組成變化的解釋量達30.7%,而河岸尺度和流域尺度環(huán)境因子則分別解釋了22.6%和10.6%的群落組成變化量。通過分析城市建設(shè)用地與生境尺度環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)城市化對底棲動物群落影響的主要途徑包括增加河流營養(yǎng)物污染和減小底質(zhì)粒徑;3)浮游植物檢出5門32屬,以硅藻門和綠藻門居多,分別占43.75%和34.5%;浮游動物由5綱33屬組成,以輪蟲綱和原生動物種屬居多,分別占36.4%和42.4%。不同城市化水平流域內(nèi)河流浮游生物群落豐度與多樣性指數(shù)均較低,且沒有顯著差異(p0.05);4)流域城市化對河流物理生境影響主要體現(xiàn)在河流底質(zhì)組成和河道結(jié)構(gòu)變化等方面,不同城市化水平流域內(nèi)河流綜合生境得分具有顯著差異(p0.05)。(4)開展了城市化背景下的河流健康狀況評價實踐。論文對兩江新區(qū)18個子流域河流健康狀況分別進行了單項指標和綜合評價。結(jié)果顯示:1)高、中和低城市化水平流域內(nèi)河流的主要健康狀況等級分別對應(yīng)“不健康”、“基本健康”和“健康”,健康狀況的差異主要體現(xiàn)在流域土地利用狀況、河道結(jié)構(gòu)、河流水質(zhì)、營養(yǎng)化水平以及底棲動物群落狀況等方面;2)流域城市化水平(不透水地面比例)對河流綜合健康度產(chǎn)生顯著影響的閾值為25%左右;3)在不同空間尺度的健康表征因子中,流域土地利用狀況、河岸植被質(zhì)量以及河道變化與河流水質(zhì)、營養(yǎng)化水平、水面率、生物群落以及生境質(zhì)量具有顯著相關(guān)關(guān)系(p0.05);4)從流域整體出發(fā),從流域土地利用規(guī)劃、河岸生態(tài)修復(fù)、河道自然結(jié)構(gòu)保護、河流水體修復(fù)(水質(zhì)修復(fù)、生物群落構(gòu)建、底質(zhì)及流態(tài)改善)等方面提出了健康管理對策。論文識別了流域城市化對河流健康要要素的影響機制,并構(gòu)建了相應(yīng)的河流健康評價體系,為城市化背景下河流整治和修復(fù)措施的提出提供了理論與技術(shù)支持。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：X824
【部分圖文】：

：綠色—多因素綜合評價模型；紅色—預(yù)測評價模型；藍色—圖 1.4 不同年份 CSCD 中三種模型每在水環(huán)境評價實例中1.4 Relative numbers of research cases using single index model, prmulti-index model in CSCD1.5顯示了不同水生生物被用于構(gòu)建生物指數(shù)進行水生以看出，底棲動物和魚類被廣泛地用于構(gòu)建生物指數(shù)流物理生境也是一種常用的單因素評價指標。例如，流的特點，從地貌結(jié)構(gòu)、植被群落和景觀等三方面構(gòu)[124]；施展根據(jù)平原河網(wǎng)地區(qū)的特征，從河岸穩(wěn)定、河帶植被、護岸狀況以及景觀適宜性等方面完成了對蘇州

Fig. 1.4 Relative numbers of research cases using single index model, predictive model andmulti-index model in CSCD圖1.5顯示了不同水生生物被用于構(gòu)建生物指數(shù)進行水生態(tài)健康評價的比例。從圖中可以看出，底棲動物和魚類被廣泛地用于構(gòu)建生物指數(shù)指示河流健康狀態(tài)。此外，河流物理生境也是一種常用的單因素評價指標。例如，王國玉和李湛東針對北方河流的特點，從地貌結(jié)構(gòu)、植被群落和景觀等三方面構(gòu)建了針對河岸帶的評價指標[124]；施展根據(jù)平原河網(wǎng)地區(qū)的特征，從河岸穩(wěn)定、河岸廊道、濱水帶植被、緩沖帶植被、護岸狀況以及景觀適宜性等方面完成了對蘇州河的生境評價[125]。圖 1.5 不同水生生物在國內(nèi)水環(huán)境評價案例中的應(yīng)用比例Fig. 1.5 Relative popular of different aquatic organisms used for bioassessment in China此外，預(yù)測評價模型在國內(nèi)的應(yīng)用較少，一方面由于國內(nèi)缺少合適的參照河流，另一方面，模型結(jié)果缺少能夠指導水環(huán)境治理的相關(guān)信息。目前，僅有張杰根據(jù)RIVPACS模型的方法，在漓江流域建立了類似的預(yù)測評價模型[126]。

34圖 2.3 河道形態(tài)隨城市化發(fā)展的演變過程Fig. 2.3 Channel changes associated with urbanization②水質(zhì)變化特征城市化對河流水質(zhì)的影響主要分為點源污染與面源污染兩方污染主要由城市污水廠以及偷排、漏排的生活污水組成，而面源于流域內(nèi)的降雨徑流。一方面，在城市化進程中，大量生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫�，導致流域�?nèi)不透水地面面積增加，從而減少降滲和截留比例，造成降雨徑流中所攜帶的大量污染物（包括石油屬、有機污染物以及營養(yǎng)因子等）直接進入河流[5]。 而且，由然采用合流制的排水系統(tǒng)，使得暴雨期間未經(jīng)處理的城市污水與后直接排入河流，對河流水質(zhì)產(chǎn)生極大的沖擊[134]。另一方面，深入，城市人口和資源消耗的增長使得城市污染物的排放規(guī)模也
【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王備新;大型底棲無脊椎動物水質(zhì)生物評價研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學;2003年

本文編號：2835258