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倪晋仁主讲才斋讲堂第118讲:人与河流
日期: 2016-05-03  信息来源: 研究生院

河流系统是最重要的陆地生态系统之一,也是人类文明赖以生存和发展的基础。在强调人与自然和谐相处的当下,如何处理人与河流的关系成为可持续发展的重要议题。2016年4月28日,北京大学环境科学与工程学院教授、中国科学院院士倪晋仁做客才斋讲堂,从环境科学与工程的专业角度,以河流密码、人河关系、河流诊断、河流治理、治水案例、人水和谐六部分,深入浅出地讲述了人与河流的关系。研究生院副院长王天兵主持了本次讲座。

 
倪晋仁教授主讲才斋讲堂第118讲

“河流之所以重要,不仅因为它在全球水循环中发挥着重要作用,还因为人类文明都起源于河流。因此,我们需要重视人与河流的关系,这也是我们研究河流的原因。”倪晋仁教授从一开始就强调河流在人类文明发展中所扮演的重要角色。他首先对河流进行了定义:“河流是由河流水环境和栖息的所有生物构成的统一整体;河流不仅是水循环的重要路径,对全球物质和能量传递和输送起着重要的作用,还不断改变着地貌形态并对气候产生一定的调节作用。”

倪晋仁分别讲述了河流的两大组成部分——河流水环境与生物群落。气候和地质是影响河流发育的两大基本要素。河流作为流域的产物,其发育与发展受制于气候因子、地形因子、植被因子、土壤因子等流域因子和人类活动因子的共同作用。基于这样的理解,可以构建“纪、系、统、类、型”五个层次的河流综合分类结构,“这五个层次叠加起来,就会生成各类河流的密码,从而从根本上决定了河流的生境条件和生物群落组成”。倪晋仁教授解释道:“纪是指河流发育的地质历史;系是指河流所处的地理气候条件,在热带、亚热带、温带、寒带等不同气候带发育的河流具有不同的景观;统指向河水补给,包括地下水补给、雨水补给、湖泊沼泽补给和冰川融雪补给等;类指河流流经的地貌单元类型;型则是不同河段呈现的形态。”对这五个层次进行分类编码,就能确定每一条河流的生境密码,从而为了解河流特性和开展河流治理提供依据。倪晋仁教授结合具体的河流图片,深入浅出地向同学们展示了不同系、统、类、型下的河流所呈现的不同景观与特点。

河流具有泄洪、输沙、航运、供水、发电、自净、生态、景观等功能,这些功能受人类活动的影响,同时也深刻地影响着人类生活与文明发展。实际上,随着社会经济的快速发展,近年来人类与河流的矛盾已经非常严重。在中国,近30年来有大量河流干涸或出现功能性断流,尚存的河流也有相当部分因河流物质通量变化而导致基本功能衰竭。倪晋仁教授深入阐释了水沙变化影响河流功能的原因。河流的水-沙变化趋势包括九种基本类型,从统计意义上来看,水、沙长期没有显著变化(稳定)是一种理想的自然状态。当流域水土保持、建坝拦沙等人为活动在不同地理条件下实施后,就会有不同的河流水-沙变化趋势;在湿润地区的砍伐森林、调水分水、开垦土地、开矿等活动会引起河流水稳沙增,而在干旱地区则往往导致水沙俱增。“水沙通量变化将改变水沙介质中多相物质间的相互作用,从而导致河流横向和纵向的响应。在横向响应上,河岸潜流带与水文的连接作用、与水力的相互作用、与生物的关系都将受到影响;而在纵向响应上,水沙通量变化将导致河流形态的变化,从而改变河流功能。”

人类的干扰恶化了人与河流的关系并导致河流系统出现了许多新的问题。为了对这些问题进行准确的把握,做到“弄清病理、对症下药”,需要预先对河流进行功能诊断和系统健康诊断。河流的诸多功能相互联系、相互影响、相互竞争,任何一项功能受损都会影响其他功能,从而最终影响河流系统的功能健康。为此,倪晋仁教授向同学们介绍了河流诊断的功能层、要素层、阈值层和健康受损状态层四个层次的河流系统健康状况诊断体系。此外,倪晋仁教授还向同学们简介了河流健康的“西医式诊断”:根据河流纪、系、统、类、型的多维信息进行生境识别与水文-生境的精准模拟,依照水文-生境信息和多秩生物信息建立定量生态模型,深入揭示二者的响应机制,有效服务于河流健康评估。他指出,目前我国已建立了40000多个水文测站和7000多个水质监测断面,但同步匹配的生物监测信息较少,亟需建立国家河流健康的常态化评估体系。

河流健康状况诊断是河流治理的基础。人与河流的关系可概要地划分为自然和谐、工程控制、污染治理和生态修复四个阶段,不同阶段河流治理的关注重点有所差异。工程控制阶段多以物理指标为主,传统的治河工程以防洪、航运和取水为目标,主要进行河道整治、堤防工程、建设水库和蓄滞洪区等;污染治理阶段多以物化指标为主,针对不同的水污染类型与程度选择治理方案;而生态修复阶段则以生物指标为主,旨在恢复河流自然生态系统健康。

随后,倪晋仁教授以长江水系、黄河水系和深圳水系的河流治理为案例,简单介绍了完全不同的治河思路。他主导开展了长江和黄河主要干支流全物质通量同步监测,提出了黄河河流功能性断流的概念、诊断方法及其治理策略;分析了深圳快速城市化带来的水环境结构性问题,从来水、蓄水、用水、排水和纳水等方面探索了水环境改善途径。

河流治理和生态修复的终极目标是实现人河和谐。要达到这个目标,倪晋仁教授认为:首先,需要人们对河流可持续性的认识有一个质的飞跃;其次,要切实关注河流系统的完整性与功能健康;最后,要遵循自然生态发展的规律,重建河流水生态系统的良性循环。他这样总结河流研究:“虽然河流研究早期多以水为出发点,但是对于多功能河流的研究则要求从物质通量作为新的切入点,在科学上选择多介质相互作用和物质通量表征为突破点,在应用上关注多过程耦合效应和多维阈值调控。无论如何,研究河流的落脚点最终都是恢复河流系统健康,促进水生态文明建设,实现可持续的河流管理。”

 
讲座现场

专题链接:才斋讲堂

编辑:安宁


   
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