城市化背景下河流健康评价研究

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1、城市化背景下河流健康评价研究重庆大学博士学位论文学生姓名：罗坤指导教师：胡学斌教授专业：市政工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一七年十月StudyonRiverHealthAssessmentundertheBackgroundofUrbanizationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByKunLuoSupervisedbyProf.HuXuebinSpecial

2、ty:MunicipalEngineeringFacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,ChongqingChinaOctorber,2017中文摘要摘要城市化的快速推进在促进社会经济发展的同时也对流域内河流生态系统健康构成了严重的威胁，导致河流水质恶化、水文规律紊乱以及生物多样性锐减等。如何在城市化背景下有效地保护和改善河流水环境是当前急需研究和解决的重大问题。河流健康评价从水生态系统安全的角度出发，对河流的物理、化学以及生物完整性进行系统的分析与评价

3、，可以为河流管理与整治提供决策支持。因此，建立一套针对城市化背景下的河流健康评价体系对于解决城市发展与环境保护之间的矛盾具有重要的意义。论文以城市化背景下的河流为研究对象，在辨析了前人研究的基础上，结合城市化流域的河流特征，构建了针对城市化背景下的河流健康内涵和评价指标体系，并以重庆两江新区为案例区域，揭示了流域城市化对河流健康要素的影响机制，开展了城市化背景下的河流健康评价实证研究。论文主要研究成果如下：①定义了针对城市化背景下的河流健康内涵。论文运用内容分析法对中外文献中近30a内有影响力的37个健康概念进行分析和解构，提取了4个河流健康最基本组成要素（‘

4、满足人类社会价值需求’、‘维持系统结构完整’‘稳定’以及‘可持续’），结合城市化流域河流在水文结构、水质、生物群落以及社会功能的特征，将城市化背景下的河流健康内涵定义为：在城市化背景下，河流在保持生态系统结构完整和稳定的同时能够可持续地提供相应的社会服务功能。具体表现为：（1）河道形态与结构的变化不影响水系的流通和生物栖息地的质量；（2）水生生物群落的变化不影响本地优势种群的丰度与多样性，并具备自然水体中完整的生态要素与生态过程；（3）水质与水量的变化不影响其对河流生态完整性的持续支持；（4）河流功能定位的变化不影响其对社会经济的持续支持。②构建了针对城市化背

5、景下的河流健康评价体系。论文基于流域城市化对河流健康要素影响的空间过程，从流域整体的角度考虑，构建了涵盖流域尺度（流域土地利用格局）、河岸尺度（河岸带状况、河道结构）、生境尺度（水体状况、生物群落、生境质量）以及社会功能的河流健康评价指标体系。并在此基础上，结合模糊综合评价模型，基于MATLAB开发了城市化背景下的河流健康评价软件。③分析了流域城市化对河流健康要素的影响机制。论文以处于快速城市化进程的重庆两江新区为研究区域，分别探究了流域城市化对河流水质、生物群落（底栖动物和浮游生物）以及物理生境的影响机制。结果表明：1）城市化流域主要面临营养物和微生物污染风

6、险，并且不同城市化水平流域内河流营养负荷和粪大肠杆菌含量具有显著差异（p<0.05），城市建设用地的扩张是河流营养因子和病原菌I重庆大学博士学位论文含量增加的主要原因；2）流域内底栖动物分别隶属于7纲14目46科，而且不同城市化水平流域内河流底栖动物群落组成和结构具有显著差异（p<0.05）。其中，环境敏感种（蜉蝣目、襀翅目、毛翅目）主要集中在低城市化水平流域，而颤蚓科、摇蚊科以及膀胱螺科等耐污种则为高度城市化流域内绝对优势种。群落丰富度指数、Shannon-Wiener指数以及BMWP和FBI指数在不同城市化水平流域内也具有显著差异（p<0.05）。生境尺度

7、环境因子（营养因子、底质粒径以及流速）是影响底栖动物群落组成变化的主要因素，对群落组成变化的解释量达30.7%，而河岸尺度和流域尺度环境因子则分别解释了22.6%和10.6%的群落组成变化量。通过分析城市建设用地与生境尺度环境因子的相关关系，发现城市化对底栖动物群落影响的主要途径包括增加河流营养物污染和减小底质粒径；3）浮游植物检出5门32属，以硅藻门和绿藻门居多，分别占43.75%和34.5%；浮游动物由5纲33属组成，以轮虫纲和原生动物种属居多，分别占36.4%和42.4%。不同城市化水平流域内河流浮游生物群落丰度与多样性指数均较低，且没有显著差异（p>0

8、.05）；4）流域城市化对河流物理生境