全 文 ：第 34卷 第 6期 生 态 科 学 34(6): 5663
2015 年 11 月 Ecological Science Nov. 2015

收稿日期: 2014-11-14; 修订日期: 2015-01-16
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(91125007)
作者简介: 王勤花(1975—) , 女, 副研究员, 主要从事生态环境与水资源等领域的相关研究, E-mail: wangqh@llas.ac.cn
*通信作者: 王勤花

王勤花, 尉永平, 张志强, 等. 干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析[J]. 生态科学, 2015, 34(6): 5663.
WANG Qinhua, WEI Yongping, ZHANG Zhiqiang, et al. Research on river health evaluation indicators study in arid and semi-arid
areas[J]. Ecological Science, 2015, 34(6): 5663.

干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析
王勤花 1, *, 尉永平 2, 张志强 1, 唐霞 1
1. 中国科学院兰州文献情报中心, 兰州 730000
2. 墨尔本大学澳中水资源研究中心, 墨尔本 维多利亚 3010

【摘要】 干旱半干旱地区是生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一, 也是降水变率最大的地区, 对这一地区河流健
康的研究, 可为生态系统的管理与恢复等提供非常有价值的见解。因此, 确定影响干旱半干旱地区流域健康的主要因
素、制定可快速监测与检测其健康状况的生态指标, 并对其发展趋势进行诊断与预测, 随时采取可行的干预措施是至
关重要的。以河流健康的定义与评价内涵、评价指标研究态势为根本, 在分析干旱半干旱地区河流的生态系统特征、
河流关键生态环境机理及表现、社会-生态-文化系统长期相互影响的基础上, 从水资源、植被、物理化学特性、社会
经济等方面出发, 提出了适用于干旱半干旱地区河流健康评价的关键控制性指标。

关键词：河流; 河流健康; 河流健康评价; 指标体系
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.06.009 中图分类号：P343.1 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)06-056-08
Research on river health evaluation indicators study in arid and semi-arid
areas
WANG Qinhua1,, WEI Yongping2, ZHANG Zhiqiang1, TANG Xia1
1. Lanzhou Center for Literature and Information of the Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
2. The Australia China Centre on River Basin Management, the Department of Infrastructure Engineering, University of
Melbourne, Melbourne 3010, Australia
Abstract: Arid and semi-arid regions are among one of the most fragile areas for ecosystems, water systems and precipitation
variability. Research on river health can provide valuable insights for ecosystem management and restoration in these regions. It is
important to define the main factors that influence river health in arid and semi-arid areas, which can formulate an eco-index that can
monitor the health status of river in arid and semiarid regions. Furthermore, it can diagnose and predict development trend, and take
measures to solve problems. Based on the conclusions of the relevant research this paper analyzes the current research trends of river
health and river ecosystem characteristics in arid and semi-arid areas, and presents principles and evaluation indicators for water,
vegetation, physical and chemical properties, social, and economic aspects for arid and semiarid areas river health evaluation.
Key words: river; river health; river health assessment; indicator system
1 前言
河流健康是一个综合的、动态的功能概念, 包
含了河流自然结构所体现的生态系统健康和在其支
撑下的社会经济系统健康。占全球陆地面积45%的
干旱半干旱地区养育着世界上38%的人口, 是生态
6 期 王勤花, 等. 干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析 57

系统和水资源系统最脆弱的地区之一, 也是降水变
率最大的地区[1], 确定影响干旱半干旱地区河流生
态系统健康的主要因素, 制定可以快速监测与检测
其健康状况的生态指标, 并对其发展趋势进行诊断
与预测, 随时采取可行的干预措施是至关重要的。
近年来, 由于我国社会经济高速发展, 河流生态系
统受到了来自自然和人为因素的巨大压力。在各类
直接或间接作用与累积干扰的作用下, 干旱半干旱
地区河流生态系统整体状况及生态过程受到严重影
响, 已成为地区可持续发展的制约瓶颈。目前已有
的研究中, 河流生态健康研究多集中在湿润、半湿
润地区的河流、湖泊、三角洲等区域[2–10], 而对干旱
半干旱地区的河流生态系统健康却鲜有涉及, 更没
有一套根据此类区域生态环境机理开发构建的健
康评价指标。因此, 探讨河流有效的生态系统评价
指标体系以及评价方法, 是进行干旱半干旱地区河
流生态系统功能现状诊断评价及其未来预测和管
理的需要, 对开展河流生态系统健康评价具有重要
意义。
2 河流健康的定义与评价内涵
评价生态系统健康、生态完整性与恢复能力及
趋势是环境管理人员最大的挑战之一[11]。河流健康,
既包括与河流相联系的河流生态系统的健康, 也包
括与河流相联系的物理系统、生物地球化学系统和
社会经济系统的健康。从这一意义上说, 河流健康
也应该有两重含义:既有自然意义上的河流健康, 即
河流自身的健康;也有社会经济意义上的河流健康,
即人-水关系的健康。这两种意义上的河流健康是互
相联系、互相制约、互相影响的[12]。因此, 河流健
康评价的结果要能完整准确地描述并反映任何一个
时段内河流的健康水平和整体状况, 为河流管理
提供综合的现状背景资料; 并可进行长期监测和
评价, 能够提供河流健康状况随时间的变化趋势,
识别河流所承受的压力和影响, 对河流内各类生态
系统的生物物理状况和人类胁迫进行监测和评价,
寻求自然、人为压力与河流系统健康变化之间的关
系, 以探求河流健康受损的原因, 为河流综合管理
提供科学依据。研究人员对河流生态系统健康提出
了不同的指标与评价方法, 这些方法可以分为两类,
指示物种法[13–15]和指标体系法[16–17]。指示物种法是
指采用一些指示种群, 利用其多样性和丰富度来监
测河流生态系统健康状况。生物对于河流生态系统
健康有一定的代表性, 但是也存在许多缺陷, 如选
择不同的研究对象及监测参数会导致不同的评价
结果。因此, 综合物理、化学、生物, 甚至社会经
济指标的指标体系法在流域河流生态系统健康评
价中随之产生(表1)。这些研究成果为迫切需要转
变决策模式的河流管理、河流开发规划和河流生
态修复提供了一定的技术支撑, 并为下一步制定
河流可持续利用的技术奠定了一定的理论和方法
基础。
表 1 河流生态系统健康指标
Tab. 1 The index of river health
方法 主要指标组成 评价内容
ISC[18] 河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物 5 方面的指标体系。
将河流状态的主要表征因子融合在一起, 能够对河流进
行长期的评价, 从而为科学管理提供指导。
AUSRIVAS[19] 水文地貌(栖息结构、水流状态、连续性)、物理化学参数、无脊椎动物和鱼类集合体、水质、生态毒理学。
能预测河流理论上应该存在的生物量, 结果易于被管理
者理解。
EHI[20] 水质、水生生物、景观、休闲娱乐。 河口条件的快速报告。
RHP[21] 河流无脊椎动物、鱼类、河岸植被、生境完整性、水质、水文、形态等 7 类指标。
较好地运用生物群落指标来表征河流系统对各种外界
干扰的响应。
RCE[22] 物理生境、河岸质量、水生生物、物理形态、水文等。 评估农业区域小溪流。
RHS[23] 物理生境、河岸质量、物理形态、景观、休闲娱乐、水文。 河流现状的详细评估。
SERCON
[24]
自然多样性、天然性、代表性、稀有性、物种丰富度以及特殊
特征等。
用于评价河流的生物和栖息地属性及其自然保护价值,
是一种综合性评价方法。
USHA[25] 水质、物理生境、河岸质量、水生生物、物理形态、水文。 城市河流生境评估。
RBPs[26] 河流着生藻类、大型无脊椎动物、鱼类及栖息地。 提供了河流藻类、大型无脊椎动物和鱼类的监测评价方法和标准。
IBI[27] 水文情势、水化学情势、栖息地条件、水的连续性以及生物组成与相互作用。
当前广泛使用的河流健康状况评价方法之一, 可对所研
究河流的健康状况做出全面评价。
58 生 态 科 学 34 卷

3 河流健康评价指标研究态势
3.1 使用不同的指标与指数综合评价河流生态系
统的健康
生态系统健康具有双重含义, 其一是生态系统
自身的健康, 即生态系统能否维持自身结构、功能
与过程的完整; 其二是生态系统对于评价者而言是
否健康, 即生态系统服务功能能否满足人类需求,
这是人类关注生态系统健康的实质。因此, 自然生
态系统健康的核心在于通过生态系统结构与功能的
完整性保障生态系统服务功能的持续供给以满足人
类需求, 生态系统服务功能的维持也是评价生态系
统健康的一个重要原则。河流健康评价的不同指标
与指数涵盖与侧重的是生态系统健康的不同方面,
因此, 要获得河流生态健康整体状况, 必须同时使
用几种指标体系。由于生态系统健康领域的复杂性,
它不仅需要包含生物物理方面的指标, 也应该包括
社会经济与人文方面的特征[28–29]。
3.2 关注社会-生态-文化的协同进化过程与长期相
互影响
社会与环境系统是协同进化的, 协同进化理论
的基本目的, 就是要在一个复杂、具有动态特征的
生物物理整体系统中, 找出社会、经济、文化等与
生物系统之间相互影响、相互依赖与相互关联的过
程与方式。在此过程中, 环境系统能反应出社会系
统的一些特征, 如社会知识、价值、社会组织与技
术等; 而社会系统同样可以反应出环境系统的特征,
如环境中的物种结构、生育率、空间与时间变动以
及脆弱性等。健康生态系统方法是在为人类健康与
目前福祉及未来后代为根本要求的考虑基础上, 来
理解对生态系统的保护及对退化环境的改善。通过
对生态健康的研究与行动来探求生态与社会的部分
变化, 并在生态健康领域来寻求这种变化的驱动因
素[3031]。在流域管理中, 耦合社会-生态的同时应该
考虑其他几个维度的问题, 包括生态、社会-文化、
经济与管理等(图1)[32]。
3.3 多学科关注河流健康研究问题
随着人类社会的不断发展, 流域水资源开发与
管理的理论与知识不断更新、不断进步。最初, 大
坝修建、防洪排涝以及水力发电等是水利建设的主
要目的, 相应的结构工程、水文地质等纯工程学科
在学科研究中占主导地位。随后, 气象学、地学等
理论科学被引入到水资源研究中, 将水问题的研究
逐渐从河流拓展到流域乃至地区和全球尺度。近年

图 1 理解流域管理与健康影响因素相关联的三维棱镜框架及四个管理维度[32]
Fig. 1 The prism framework: four “perspectives” on governance for ecohealth and watersheds
注: 角度 A: 可持续发展管理——在各种流域中, 集中经济、社会与环境问题(健康常被忽视)。角度 B: 生态系统与福祉管理——集中自
然环境与淡水生态系统商品与服务的供给, 包括对环境损害的缓冲(社会/公平问题常被忽略)。角度 C: 影响健康的社会因素的管理——认识到
水资源会影响到社会的公平、生计及影响健康的社会经济因素以及价值的公平、水资源管理中的各方利益相关者等方面(生物物理问题、生态
系统过程常被忽视)。角度 D:社会-健康改善的管理——认识流域是健康改善双重红利的背景, 将可持续水资源生态系统利益与社会公平过程联系
起来, 并加强社会生态系统的恢复性(必须确保社会与生态系统变化的上游驱动因素不被忽视, 因为这是导致健康不公平性的因中之因)[32]。
6 期 王勤花, 等. 干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析 59

来, 化学、生物学、生态学、经济学以及社会学等
学科被大量应用于揭示流域发展变迁的生态、经济
和社会特征方面, 使流域科学研究的范围愈来愈
广、涉及的领域越来越多[33]。利用文献计量分析方
法, 在 Web of Science 中对近 10 年来的河流健康评
价研究的文章进行统计, 利用 CiteSpace 软件, 对研
究方向、研究热点、研究主题等进行统计分析。结
果表明, 最近 10年来, 河流健康评价的前 10个研究
方向为环境科学、淡水生态学、水资源、地质学、
农业、海洋学、工程学、生物多样性保护、渔业、
植物科学等(图 2a)。充分揭示了河流健康评价问题
受到了包括生态、经济以及社会各学科的关注。这
些研究使用的指标非常丰富, 可以分成河流生境物
理指标、水环境指标、生物指标与人类活动及用水
指标 4 大类共 902 项指标[34],每一类中, 最常用的前
5个指标以及出现的次数如图2(b)所示(据[34]数据。)。
4 干旱半干旱地区河流关键生态环境机理及表现
以我国西北地区黑河为例来说明干旱半干旱地
区河流关键生态环境过程(图3)。首先, 地表水与地
下水循环方面, 干早地区内陆流域是一种相互独立
的,以地表水或地下水为纽带组成的上、下游之间既
联系又制约的统一生态系统, 干旱半干旱地区生态
环境对地下水具有很强的依赖性[35], 与湿润地区相
比, 干旱半干旱地区降水稀少, 蒸发量强烈, 地下
水补给源单一集中, 垂向水量交换往往大于水平水
量交换[36]; 循环路径较短, 且以内循环(山区—戈壁
—绿洲—荒漠(尾闾湖))或者就地垂向循环为主, 决
定了干旱地区地下水和土壤-包气带盐分聚集效应
明显, 地下水系统及其相关环境的自净、更新能力
低, 抗外界干扰能力小, 稳定性差。干旱半干旱地区
地下水具有重要的生态价值, 主要体现在维持河流
基流量与湖泊的水域和湿地面积, 提供地表植被生
理需水, 调节土壤含水量与含盐量, 维持地质环境
的稳定性(如地面沉降等)等方面。
其次, 荒漠和荒漠化现象是干旱区脆弱生态环
境条件下的产物, 由于干旱区气候干燥、降水稀少、
日照强烈、日夜温差大、风力大且持久, 造成地表
水体极易蒸发, 植被不易存活, 从而形成不毛之地。
荒漠化另一个重要的原因就是人为作用, 使生态环
境受到破坏, 原来的耕地或者草场逐渐演化为荒漠,
在干旱区最典型的荒漠就是沙漠, 沙漠化土地主要
分布于流域中下游地区,尤其是流域人工绿洲相对
集中而高效的中游地区, 土地沙漠化十分严重, 占
土地面积的40%以上。内陆河流域中下游地区沙漠
化的发展过程与水土资源利用的发展过程及防沙治
沙的人为治理之间具有密切的相关性。
第三, 植被是自然生态系统的生产者, 是维系
生态平衡的关键组成部分, 在生态环境中起着重要
的调节作用, 在干旱区显得尤为突出。例如我国西
部干旱区森林覆盖率很低, 是我国突出的无林少林
区, 干旱平原区草地生态衰退也十分严重, 由于水
资源急剧减少引起草地干旱以及草地开垦与超载过
牧等原因, 内陆流域草地面积大幅度减少。

图 2 国际上河流健康领域研究热点(a)与常用指标(b)
Fig. 2 Hot research field atlas(a) and major evaluation indicators (b) of river health
60 生 态 科 学 34 卷


图 3 黑河流域降水、径流、地下水与排泄示意图
Fig. 3 Diagram of Heihe River basin precipitation, runoff, groundwater and discharge

第四, 在灌区内由于灌溉水量过大或者忽视排
水, 致使地下水位逐渐升高, 加剧了蒸发作用, 使
盐分不断在土壤带积聚, 最终导致土壤次生盐碱
化。由干旱区地表水与地下水之间的相互转化关系
可知, 地表水与地下水在发生频繁转化的同时, 都
强烈地消耗于蒸发。地下水的频繁重复使用使之经
历了强烈的水岩相互作用, 特别是在土壤层中的盐
分溶滤作用以及水在渠系、河道和土壤中的蒸发作
用, 致使地下水在循环的过程中不断咸化, 矿化度
逐渐升高[37]。
5 干旱半干旱地区河流健康评价指标构建
5.1 建立干旱半干旱区流域健康指标的关键方向
5.1.1 指标构建原则
创建指标体系的最大挑战是选择一个可供管理
的包含若干可能指标的清单[11, 38–39]。在指标确定后,
确定哪些指标能最有效代表环境变化的响应是非常
关键的[11, 40]。因此, 我们提出一些指标选择的准则,
如表2所示。在指标构建的原则中, 必须重视指标能
否提供早期生态系统变化的预警信号, 这一点对于
河流生态系统健康的监测具有重要意义。
5.1.2 考虑植被的稳定与状态转换是关键
在生态系统或气候这样的复杂生态系统的状态
突变过程中, 常有一些表明状态装换的临界点存
在。除时间系列的早期信号外, 在空间范围上也会
出现一些信息来表明临界值的出现。如荒漠植被的
模型表明, 生态在向荒芜状态转变的过程中, 由于
对称性破缺的不稳定性, 植被会出现有规律的斑块
状态。这些斑块的变化预示了向荒芜状态的关键性
转化, 也提供了状态转换的早期信号[41]。
在生态系统中, 状态的关键性转换已经成为一
个研究的焦点。在干旱区的一些特定条件下, 自组

表 2 河流健康指标构建的原则[11, 40]
Tab. 2 The principle to build the index of river health
确定关键指标的原则
1 指标是否与生态系统相关?
2 指标是否在一定的尺度上能反映整个系统、或系统的大部分、或系统重要组成部分的变化?
3 指标在实施上是否可行(如是否有人收集这方面的数据?) ? 指标是否可测量?
4 指标对系统的驱动是否敏感? 是否可预测?
5 指标能否能用通俗的语言解释?
6 指标是否具有科学性?
7 指标是否具有特异性(指标是否能强烈表明系统所承受的压力影响) ?
8 指标是否能表明特定的生态功能并能采取一定的管理行动或纠正措施?
9 指标代表的是什么层面的生态系统过程或者生态系统结构或生态系统服务?
10 指标是否能够提供早期生态变化的预警信号?
6 期 王勤花, 等. 干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析 61

织状态可以形成特定的空间斑块, 而植被的减损是
一种非常重要的转换, 与保持其最后的斑块状态相
比, 对植被退化的恢复则需要更多的降水。而从干
旱半干旱地区的生态环境特征角度来考虑, 干旱地
区生态健康的评估中, 植被是最为关键的指示因
子。天然植被是干旱半干旱地区内陆河绿洲的主体,
在绿洲的可持续发展中具有重要的作用和地位。然
而, 随着干旱区水文过程干扰的加剧, 天然植被的
退化成为突出的问题。内陆河下游天然植被生态系
统过程是以水过程为主线的, 水是维系绿洲天然植
被生存最最要的因子。水分条件的变化不仅对天然
植被的生长发育造成直接影响, 而且与脆弱环境区
的社会经济发展有密切的关系。因此, 在评估干旱
半干旱地区流域生态系统的健康过程中, 评估植被
稳定性、状态与转换以及变化的拐点, 对于评估、
预测生态系统的状态至关重要。
5.1.3 建立的指标便于为以后的决策做服务
在过去的40多年中, 对生态的关注已经超越科
学界, 对生态系统的公共利益与投资已经有了非常
大的增长, 尤其是在湿地、河流、与湖泊等方面。
结果是, 众多的机构开发了所谓的生态恢复项目但
其效果却并不明显[42]。建立生态指标并进行评价,
其目的是要支持相关决策。在过去的30多年中, 许
多科学家指出, 一些生态指标难以支持决策、管理
规划及项目评估等, 而产生这一结果的主要的原因
是将生态指标构建与使用的社会因素分离, 因此,
在最新的研究中, 生态指标的社会角度已经得到了
考虑。但是, 这种研究工作关注的是短期内的分
析, 关注的焦点是何种社会驱动会影响某生态指
标的适用或不适用。因此, 在我们构建干旱半干
旱地区河流的健康评价过程中 , 一定要考虑便于
支持科学决策与流域水资源管理、生态系统管理与
恢复的指标 , 并能对这些指标进行预测 , 起到预
警的作用。
5.2 关键控制性指标提取
根据以上分析, 我们基于流域健康评价国际新
趋势与动向、干旱半干旱地区的流域特征、关键生
态环境机理及表现、指标构建的基本原则等, 从水
资源、植被、物理化学特性、社会经济等方面提出
干旱半干旱地区流域生态系统健康评价的关键控制
性指标如表3所示。
6 结论与讨论
(1) 目前的流域可持续发展管理与河流健康评
价方面, 新的动向与趋势主要包括: ①使用多种指
标进行综合评价; ②从生态机理方面反应系统的稳
定性与状态的变化过程; ③重视社会-生态-文化的
协同进化过程与长期相互影响; ④注重流域可持续
发展管理的多种维度与层面; ⑤利用多学科交叉方
法全方位分析研究河流健康问题。这些新的态势与
动向, 是我们构建干旱半干旱地区河流健康评价指
标并进行评价时必须考虑的一个方面。
(2) 任何流域生态系统都是在自然因素和人类
活动等影响下发展的, 在人类社会与生态的长期发
展过程中, 人类社会对流域的开发也是造成流域生
态环境发生变化的重要影响因素。因此, 在进行干
旱半干旱地区河流健康评价的过程中, 必须结合河
流可持续发展管理与健康评价的国际新动向, 在深
入分析本地河流生态、社会、经济与文化等方面的
具体特征基础上, 按照一定的指标构建原则, 选择
适当的指标进行分析。

表 3 干旱半干旱地区河流生态健康评价关键控制性指标
Tab. 3 The key control index evaluating river ecosystem health in arid and semi arid area
关键控制性指标
地下水开发利用程度(%)、地下水水位、地下水水量;
水资源 水资源开发利用率(%)、人均水资源可利用量、万元 GDP 用水量、万元工业增加值用水量、农田灌溉水利用系
数、水功能区水质达标率、城镇供水水源地水质达标率、入河排污量;
荒漠化面积、绿洲面积;
植被
森林覆盖率、草地面积变化(%)
物理化学指标 次生盐碱化、河流 BOD、COD、TOD
社会经济 水资源开发利用率(%)、人均水资源可利用量、万元 GDP 用水量、万元工业增加值用水量、农田灌溉水利用系数、水功能区水质达标率、城镇供水水源地水质达标率、入河排污量

62 生 态 科 学 34 卷

(3) 建立指标的过程中, 必须考虑以下原则与
标准: 流域的主要特征以及关键的生态环境机理及
表现; 可实行与实施的标准与原则; 考虑社会生态
系统的长期相互与协同进化; 从生态恢复性与状态
转换角度, 考虑植被的稳定性与状态转换过程的拐
点是关键; 建立的指标要便于为决策管理服务。
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