河流生态系统结构功能模型及其应用
不同河流地貌形态的生态学作用及生态功能分析
不同河流地貌形态的生态学作用及生态功能分析蔡玉鹏1 夏自强1,2余文公1（1 河海大学水资源环境学院，2水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京210098）摘要：不同河流地貌、河道形态对于河流生态系统具有不同的生态学作用及生态功能。
本文阐述了不同类型的河道形态河流地貌水文水力学特征，对河流空间结构、河道形态进行了分类。
在此基础上以长江中华鲟、四大家鱼产卵场河段为例，讨论了河流地貌地形与生物多样性之间的关系及其影响。
指出河流生态系统健康与生物多样性依赖于河流地貌与河道形态在空间上的多样性和异质性。
关键词：河流地貌河道形态生态作用生态功能生物多样性河流地貌过程决定河流形态，进而决定河流生物的生态环境结构，而河流的生态环境结构是生物多样性及生态健康的基础。
近年来河流形态和河道特征被作为评估河流生态系统健康的重要因子。
例如美国环境署(U．S．E．P．A)提出的《快速生物评估草案》RBP(Rapid Bioassessment Protocol) [2]，将溪流河道特征，包括宽度，流量，基质类型及尺寸纳入主要评估内容。
另外象澳大利亚《河流状况指数》ISC(1ndex of Stream Condition) [6]、英国环境署的河流栖息地调查方法(RHS)(River Habitat Survey)[7]、南非的河流地貌指数方法ISG(Index of Stream Geomorphology)、瑞典岸边与河道环境细则RCE(Riparian, Channel and environmental Inventory)，都强调河流地貌、河流形态，包括河道横断面形态、断面宽深比等，这些因子对河流生态系统的意义和重要性。
国内董哲仁提出生态水工学理论，强调河流形态多样性是流域生态系统生境的核心，是生物群落多样性的基础［4］。
因此研究河流地貌、地形、河道形态、断面形状对于水生态系统及水生生物具有重要意义。
1 河流生态系统的地貌特征河流是水流作用形成的主要地貌类型。
生态基流
河流生态基流量整合计算模型*摘要：针对北方地区流域水域生态系统人工化明显和河流断流的现状，提出了河流生态基流量的概念，并分析了其内涵，河流生态基流量包括河道生态基流量、河口生态基流量和湿地生态基流量。
河流生态基流量计算应考虑流域内不同水系、不同河段生态环境的差异性和时空变化规律。
通过改进生态环境需水量计算方法，分析河流的空间结构特征、各河段的相互关系以及流域的水文特征，提出了整合计算模型。
整合计算模型分为 2 类：不同水系和同一水系的整合。
同一水系整合计算模型又分为：河流生态基流量整合模型、河流与湿地生态基流量的整合以及河道生态基流量的整合模型。
其中最为复杂的河道生态基流量的整合模型共分为 6 种形式：简单式、汇流式、分流式、组合式、交叉式和河口式。
研究结果表明：各子系统的生态基流量是河流生态基流量整合计算的基础；河流生态基流量保证系数是计算的重要参数，其值在确定基数的基础上，通过恢复模式和空间优化配置这 2 个影响因子进行调整而得到，取值范围为[0 1, ]；整合计算模型需要明确消耗性生态基流量和非消耗性生态基流量，消耗性生态基流量不受保证系数的影响，非消耗性生态基流量因保证系数取值的不同而变化。
本文拟面向流域水平上河流生态系统的生态恢复，以改善河流生态系统结构与功能的完整性为目标，首次提出河流生态基流量的概念和内涵；在河流和湿地等各子系统计算方法的基础上，针对流域生态环境特点，初步探讨各子系统生态基流量的关键参数—保证系数的确定，建立生态基流量的整合计算模型。
1 河流生态基流量的概念和内涵河流生态基流量（River ecological flow）是指为保证河流生态服务功能，用以维持或恢复河流生态系统基本结构与功能所需的最小流量。
研究和确定河流生态基流量的目的在于遏止河道断流和流量减少而造成的生态环境恶化，最终实现流域河流生态系统的可持续发展。
在流域尺度范围内，河流生态基流量的概念已经从狭义的河道内流量（basic flow）扩展为以保护生物多样性和恢复河流生态服务功能为管理目标的广义概念，其内涵包括如下 3 方面： 1）河道生态基流量：包含中心河道、河漫滩过渡带所需的生态基流量。
生物一轮复习训练20生态系统的功能分析及应用含解析
生态系统的功能分析及应用例1：大闸蟹是以植物为主的杂食性甲壳类，因其味道鲜美而被大量养殖。
如图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量（单位：kJ).对该图的分析正确的是（）A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量为aB．图中d代表大闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量C．植物到大闸蟹的能量传递效率为c/（b+2)×100％D．该区域由于有人工的管理,生态系统稳定性一定比自然区域高【解析】流经该生态系统的总能量包括生产者固定的能量和饲料中含有的能量，及(a+7）,A项错误;初级消费者的同化量-呼吸作用以热能散失的能量=闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量（d),B项正确；c为初级消费者的同化量,而b为初级消费者的摄入量，C项错误;人工生态系统通常组分少，食物网简单，自我调节能力弱,因此通常人工生态系统要比自然生态系统的稳定性低,D项错误。
【答案】B例2．下图是生态系统的碳循环示意图。
下列有关叙述错误的是(）A．生态系统的物质循环指的是组成生物体的元素的循环，具有全球性B．II、III表示消费者，IV表示分解者C．②③④⑤⑥过程主要以含碳有机物的形式传递D．IV代谢产生的物质和释放的能量都能被生产者再利用【解析】IV表示分解者，IV通过分解作用产生的无机盐和CO2能被生产者再利用；分解者通过分解作用释放的能量不能被生产者再利用，D项错误.【答案】D例3．2020年8月13日,中国科学院召开新闻发布会,介绍中国科学院动物研究所康乐院士团队在《自然》上发表的一项揭示蝗虫聚群成灾奥秘的研究成果。
研究人员鉴定出飞蝗群聚的信息素4VA(4-乙烯基苯甲醚），正是它导致了蝗虫聚群成灾。
下列说法错误的是（）A．蝗群聚的信息素4VA（4—乙烯基苯甲醚）属于化学信息B．利用性引诱剂诱杀蝗虫属于生物防治C．将蝗虫彻底诱杀有利于提高农作物的产量，提高生态系统的稳定性D．蝗虫粪便中的能量属于上一营养级同化量【解析】蝗群聚的信息素4VA（4-乙烯基苯甲醚）是传递信息的化学物质，属于化学信息，A正确；利用性引诱剂诱杀蝗虫属于生物防治，B正确；将蝗虫彻底诱杀使得生态系统的多样性降低，不利于生态系统的稳定性，C错误；蝗虫粪便的能量属于生产者（上一营养级）的同化量，D正确.【答案】C1．以下叙述中错误的是（）A．每一营养级的同化量都等于该营养级的摄入量减去粪便量B．每一营养级同化量都包括自身呼吸消耗量和自身生长发育繁殖的能量C．能量流动过程中,同化量逐级递减D．能量传递效率就是通过同化量相除计算获得【解析】对于除了生产者以外的营养级来说，同化量=摄入量—粪便量，A错误;每一个营养级同化的能量的去向包括自身呼吸消耗量和自身生长发育繁殖的能量,B正确;生态系统的功能包括物质循环、能量流动和信息传递，其中能量流动是单向传递、逐级递减的，C正确；能量传递效率=某一营养级同化的能量÷上一营养级同化的能量，D正确。
河流生态系统结构功能模型研究
１ ㊀河流生态系统结构功能模型研究进展
迄今提出的较有影响的河流生态系统结构与功 能的概念模型有多种， 这些概念模型基于对不同自 然区域不同类型河流的调查， 探索河流生态系统结 构和功能与非生命变量之间的相关关系（ Ｌ ｏ ｒ ｅ ｎ ｚＣ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ， １ ９ ９ ７ ） 。多数概念模型是针对未被干扰的自 然河流， 少数概念模型考虑了人类活动因素。各种 概念模型的尺度不同， 从流域、 景观、 河流廊道到河 段， 其维数从顺河向一维到包括时间变量的四维。 各个模型采用的非生命变量有不同侧重点， 大体包 括水文学、 水力学、 河流地貌学 ３类。生态系统结构 主要研究水生生物的区域特征和演变、 流域内物种 多样性、 食物网构成和随时间的变化、 负反馈调节
第 １卷 第 １期 ２００８年 ９月
水生态学杂志 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｅ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． １ ， Ｎ ｏ ． １ ㊀ ， ２ ０ ０ ８ ㊀ Ｓ ｅ ｐ ．
河流生态系统结构功能模型研究
董哲仁
（ 中国水利水电科学研究院 ， 北京㊀１ ０ ０ ０ ３ ８ ） 摘要：回顾了河流生态系统结构功能模型的研究进展， 介绍了多种重要的概念和模型。在此基础上， 提出了河流 生态系统结构功能整体模型， 它是由河流流态 － 生态结构功能 ４维连续体模型、 水文情势 － 河流生态过程耦合模 生物群落多样性耦合模型 ３个子模型组成。整体模型建立了河流流态、 水文情势和地 型、 地貌景观空间异质性 － 貌景观这 ３大类生境因子与河流生态系统结构功能和生态过程的相关关系， 基本上抽象概括了河流生态系统的 主要特征。在模型中除了考虑自然力因素以外， 还考虑了水利水电工程设施的干扰作用。 关键词： 河流； 生态系统结构； 功能模型； 整体模型； 流态； 水文情势； 地貌景观 中图分类号： Ｘ １ ４ ３ ㊀㊀ 文献标志码： Ａ ㊀㊀文章编号： １ ６ ７ ４－ ３ ０ ７ ５ （ ２ ０ ０ ８ ） ０ １－ ０ ０ ０ １－ ０ ７
河流治理中的生态工程技术应用
河流治理中的生态工程技术应用河流作为地球上重要的自然资源，不仅为人类提供了生活和生产用水，还对生态平衡和环境稳定起着至关重要的作用。
然而，随着工业化和城市化的快速发展，许多河流受到了严重的污染和破坏，生态系统功能严重受损。
为了恢复河流的生态健康，保障水资源的可持续利用，生态工程技术在河流治理中的应用越来越受到关注。
生态工程技术是一种遵循生态学原理，通过利用自然界的自我调节和修复能力，结合人工干预手段，实现生态系统的恢复和重建的技术方法。
在河流治理中，生态工程技术主要包括以下几个方面：一、河道形态修复传统的河道整治工程往往采用裁弯取直、硬化河岸等方式，虽然提高了河道的行洪能力，但也破坏了河流的自然形态和生态功能。
河道形态修复技术则强调恢复河流的蜿蜒性、深潭浅滩交替等自然特征，增加河道的复杂性和多样性。
例如，通过拆除混凝土河堤，采用生态护坡材料，如植物护坡、石笼护坡等，为水生生物提供栖息和繁殖场所，同时增强河岸的稳定性和抗冲刷能力。
此外，还可以通过河道拓宽、挖深等措施，营造深潭浅滩，增加水流的多样性和水体的交换能力，提高河流的自净能力。
二、水生植物恢复水生植物是河流生态系统的重要组成部分，具有净化水质、提供栖息地、稳定河岸等多种生态功能。
在河流治理中，通过种植水生植物，如挺水植物（如芦苇、菖蒲）、浮水植物（如睡莲、浮萍）和沉水植物（如金鱼藻、黑藻），可以有效地吸收水中的氮、磷等营养物质，降低水体富营养化程度。
同时，水生植物还能为鱼类、贝类等水生动物提供食物和栖息场所，促进生物多样性的恢复。
在水生植物恢复过程中，需要根据河流的水质、水深、流速等条件，选择合适的植物种类和种植方式，确保植物能够良好生长并发挥生态功能。
三、人工湿地建设人工湿地是一种模拟自然湿地的生态处理系统，通过湿地植物、微生物和土壤的协同作用，对污水进行净化处理。
在河流治理中，可以在河流沿岸建设人工湿地，将受污染的河水引入湿地进行净化处理后再排入河流，从而减轻河流的污染负荷。
河流生态结构及生态功能剖析
河流生态结构及生态功能剖析一、河流的生态结构河流是一个完整的连续体，上下游、左右岸构成一个完整的体系，连通性是评判河道或缀块区域空间连续性的依据。
高度连通性的河流对物质和能量的循环流动以及动物和植物的运动等非常重要。
从横向上讲，河流宽度指横跨河流及其临近的植被覆盖地带的横向距离。
影响宽度的因素有：边缘条件、群落构成、环境梯度以及能够影响临近生态系统的扰乱活动（包括人为活动）。
连通性和宽度构成了河流生态系统的重要结构特征。
二、河流生态功能河流的生态功能包括：栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用、源汇功能等方面。
1 生态功能-栖息地功能栖息地是植物和动物（包括人类）能够正常的生活、生长、觅食、繁殖以及进行生命循环周期中其它的重要组成部分的区域。
栖息地为生物和生物群落提供生命所必需的一些要素比如空间、食物、水源以及庇护所等。
河道通常会为很多物种提供非常适合生存的条件，它们利用河道来进行生活、觅食、饮水、繁殖以及形成重要的生物群落。
河道一般包括两种基本类型的栖息地结构：内部栖息地和边缘栖息地。
内部栖息地相对来说是更稳定的环境，生态系统可能会在较长的时期仍然保持着相对稳定的状态。
边缘地区是两个不同的生态系统之间相互作用的重要地带。
边缘栖息地处于高度变化的环境梯度之中。
边缘栖息地中会比内部栖息地环境中有着更多样的物种构成和个体数量。
边缘地区相当于对其内部地区起到了过滤器的作用。
边缘地区也是维持着大量动物和植物群系变化多样的地区。
栖息地功能作用很大程度上受到连通性和宽度的影响。
在河道范围内连通性的提高和宽度的增加通常会提高该河道作为栖息地的价值。
河流流域内的地形和环境梯度(例如土壤湿度、太阳辐射和沉积物的逐渐变化)会引起植物和动物群落的变化。
宽阔的、互相连接的，并且具有多样的本土植物群落的河道是良好的栖息地条件，通常会发现比在那些狭窄的、性质都相似的并且高度分散的河道内存在着更多的生物物种2 通道作用通道功能作用是指河道系统可以作为能量、物质和生物流动的通路。
河流的作用
• 恒河在印度经济发展中的支撑作用
03
世界著名河流的文化作用
• 伏尔加河在俄罗斯文化中的地位
• 塞纳河在法国文化中的影响
• 黄河在中国文化中的传承作用
河流作用在不同地区的差异性
河流作用在不同文化背景下的差异性
• 河流在东方文化中的作用
• 河流在西方文化中的作用
• 河流在不同文化背景下的融合与互动
河流保护和文化传承的当代挑战
01
河流保护的挑战
• 工业化和城市化进程中的河流污染问题
• 水资源过度开发和利用问题
• 河流生态系统退化问题
02
文化传承的挑战
• 河流文化历史遗产的保护和修复
• 河流文化现代价值的挖掘和弘扬
• 河流文化国际交流与合作的推进
03
河流保护与文化传承的策略与实践
• 制定和实施河流保护与文化传承的政策与法规
• 河流对生态系统的能量流动和物质循环具有重要作用
• 河流生态系统有助于维持地区生态平衡
河流对生物多样性的保护作用
• 河流为珍稀濒危物种提供避难所
• 河流生态系统对生物多样性的保护具有不可替代的作用
• 河流保护有助于维护全球生物多样性
河流对气候调节与水土保持的贡献
河流生态系统服务价值
• 河流生态系统的气候调节价值
• 加强河流保护政策的监管与执行
• 提高河流保护政策的针对性和有效性
河流保护技术的研究与应用
• 加强河流保护技术的研究与开发
• 推广河流保护技术的应用与实践
• 提高河流保护技术的经济效益和环境效益
⌛️
河流保护社会参与的机制与途径
• 建立多元化的河流保护参与机制
河流生态系统
河流生态系统河流是自然界中重要的水体系统，其生态系统是由水、陆地和生物组成的一个生态环境。
河流生态系统具有独特的生态功能和价值，对维持土地可持续利用、水资源管理和生物多样性保护等方面起着重要作用。
本文将重点讨论河流生态系统的结构、功能及其面临的挑战和保护措施。
一、河流生态系统的结构河流生态系统主要由水体、河岸带和洪泛区组成。
水体是河流生态系统的基础，提供了生物生存和繁衍所需的水源、营养物质和氧气。
河岸带是连接水体和陆地的过渡区，其植被能够有效固定土壤，减缓水流速度，同时为动植物提供栖息地和食物来源。
洪泛区是河流在洪水期间被淹没的区域，其水动力条件、水位变化和湿润环境为特殊植物和动物提供了栖息和繁殖的机会。
二、河流生态系统的功能1. 水循环调节功能：河流生态系统通过水的蒸发、沉降和河流流动等过程，调节了水体的循环和分布。
它可以缓冲降雨的冲击，减少洪水的发生概率，并保持水源的供给。
2. 生物多样性维持功能：河流是众多物种的栖息地，拥有丰富的生物多样性。
其中包括鱼类、昆虫、两栖爬行动物和河流植物等。
这些生物通过生态链条的关系，维持着生态系统的平衡和稳定性。
3. 水质净化功能：河流生态系统通过沉积物的沉降和植物吸收等方式，能够净化水中的污染物质，改善水质。
河流生态系统是一个自然的水处理系统，对水资源的净化和保护起着重要作用。
三、河流生态系统面临的挑战河流生态系统在人类活动和自然因素的影响下，面临着一系列的挑战。
1. 水污染问题：随着工业化和城市化的发展，河流受到了各种污染物的威胁，如重金属、有机物、悬浮物和营养物质等。
这些污染物不仅对水生生物造成危害，也会对人类的健康和生活带来风险。
2. 河道改造和水库建设：由于经济利益和水资源管理的需要，许多河道被篡改和改造，水库也随之建设。
这些行为破坏了河流生态系统的连通性，导致生物迁徙和栖息地减少。
3. 生物入侵和物种灭绝：人类活动和气候变化加剧了生物入侵的风险，一些外来物种对当地生态造成威胁。
河湖健康评估
五河湖健康评估1调研背景概述河湖水系是地表水资源的主要载体，由河湖水系所支撑的河湖生态系统是地表最富生产力和生物多样性最为丰富的生态系统类型之一，具有巨大的生态服务功能，不仅承载着人类社会，也养育着众多的生物。
在经历了20世纪80年代以来长达30余年的我国经济社会的快速发展，全国各地河流不同程度地承受着过度排污、过度引水、河道结构破坏、过度捕捞等多重胁迫，相应地出现了水文情势显著变化、水质恶化、河流形态结构破坏、生境退化，以及重要或敏感水生生物消亡等问题，河流健康问题十分突出，河流生态完整性遭到严重破坏，严重影响河流对人类社会及生物多样性的支撑作用的发挥，影响着河流生态系统的生态服务功能的可持续利用。
在面临着“水多、水少、水浑”等传统水问题外，更日益面临着“水丑、水死”的严峻问题。
河湖健康的保持及恢复不仅关系到水资源的可持续利用，也关系到流域乃至全国生态安全和经济社会的可持续发展。
为此，河湖生态系统的保护及河湖健康的维持和恢复近年来日益成为全社会共同关注的重要问题，河湖生态修复的必要性和紧迫性也日益被全社会所认可。
作为水行政主管部门和流域健康的代言人，我国水利部门除了承担着防洪兴利的传统任务外，河湖生态恢复及河湖健康的守护重任也责无旁贷。
河湖健康评价是20世纪90年代以来在西方发达国家兴起的流域综合管理的技术手段，不仅可以对河湖生态系统的现状及存在的问题进行诊断评价，还可以为河湖生态修复的进程进行监测，从而不断地为河湖健康的适应性管理提供反馈信息，是河湖生态系统管理的重要内容，对实现水资源的综合管理和流域生态系统良性循环具有重要意义。
我国自21世纪初开始陆续引入河湖健康评价的理念，并在水利系统和其他部门迅速得到积极的回应。
国家和水利部门提出了树立科学发展观，以人-水和谐的理念，大力发展民生水利，实行最严格的水资源管理制度，促进水资源可持续利用的治水新思路。
环保部门在进行污染源总量控制治理的同时，也提出了“让河流休养生息”的河流保护行动。
生态系统的结构和功能
第29讲生态系统的结构和功能考纲、考情——知考向核心素养——提考能最新考纲1.生态系统的结构(Ⅰ)2.生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)3.生态系统中的信息传递(Ⅱ)生命观念结构与功能观：生态系统的组成、结构及其与各类功能相适应物质与能量观：物质的循环总是伴随着能量的流动全国卷考情2018·全国卷Ⅰ(29)、2018·全国卷Ⅱ(31)、2018·全国卷Ⅲ(32)、2016·全国卷Ⅰ(5)、2016·全国卷Ⅲ(5)、2016·全国卷Ⅲ(31)、2015·全国卷Ⅱ(31)科学思维比较与分类：比较生产者、消费者、分解者的不同特点；模型与建模：根据生态系统各成分的功能，构建食物链和食物网模型、能量流动及物质循环模型等社会责任联系物质循环失衡、温室效应等所导致的危害，予以解释和提出解决方案1.生态系统的概念2.生态系统的成分(1)非生物的物质和能量：阳光、热能、水、空气、无机盐等。
(2)生物群落类群比较生产者消费者分解者营养方式一定为自养型捕食、寄生型异养腐生型异养主要生物绿色植物动物等营腐生生活的细菌和真菌等作用制造有机物，储存能量，为消费者提供食物和栖息场所加快生态系统的物质循环，有利于植物的传粉和种子的传播等分解有机物，供生产者重新利用(1)食物链(捕食链)①概念：生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。
②特点：起点是生产者，为第一营养级；终点是最高营养级，一般不会超过5个营养级且只包含生产者和消费者。
③营养级与消费者级别的关系为消费者级别＝营养级级别－1。
(2)食物网①概念：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。
②形成原因：生态系统中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食。
③特点：同一种消费者在不同的食物链中，可以占据不同的营养级，食物网中生物种间关系可包括捕食、竞争。
中小河流治理水生态功能两级分区研究——以哈尔滨市蚂蚁河流域为例
中小河流治理水生态功能两级分区研究——以哈尔滨市蚂蚁河流域为例崔巍;高青峰;白音包力皋;陈文学【摘要】面向中小河流生态治理需求,阐述了水生态功能分区的内涵,对分区指标体系的构建进行了探讨.基于ArcGIS空间分析平台,以哈尔滨市为对象,考虑气候、地形和人类活动因素,划分了哈尔滨市水生态功能一级分区.分析了蚂蚁河水生态服务功能和流域主要生态环境问题,选取径流深、坡度、地均GDP和水功能区指标,参照子流域及行政边界,划分了蚂蚁河流域水生态功能二级分区.根据水生态功能一级、二级分区结果,提出了哈尔滨市及蚂蚁河流域中小河流治理与保护方向,为该区域水陆一体化管理和生态环境综合治理提供了技术支撑.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2014(012)004【总页数】8页(P394-401)【关键词】水生态功能分区;水生态管理;分区指标体系;哈尔滨市【作者】崔巍;高青峰;白音包力皋;陈文学【作者单位】中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038;哈尔滨市水务科学研究院,黑龙江哈尔滨 150001;中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038;中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】X522我国中小河流数量多，分布广，治理总体滞后。
除了具有突出的洪涝灾害问题外，许多河流还存在水污染加剧、生物栖息环境遭受破坏、水资源短缺等一系列生态环境问题，已造成河流基本功能衰退及健康生命受到严重威胁。
改善河流的生态环境状况将是我国今后中小河流治理的重点方向之一。
采用区划方式揭示不同区域资源的相似性和差异性，服务于资源的可持续开发利用，是国内外资源管理的通用做法。
美国早在20世纪70年代末已提出水生态系统区划体系，并在此基础上开展参考区识别、生态完整性评价以及水污染控制方法研究［1］；欧盟在生态区的基础上建立了以水生生物指标为核心的水体生态质量评估方法，并分别针对受损水体和未受损水体明确保护目标［2］。
SPARROW模型研究及应用进展
水文 JOURNAL OF C水HIN文A HYDROLOGY
Vol．32 No．1 Feb．第, 23021卷2
SPARROW 模型研究及应用进展
解 莹 1，2， 李叙勇 1， 王慧亮 1，2， 杨春生 3，4
（1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085； 2.中国科学院研究生院，北京 100049；3.哈尔滨水文局，黑龙江 哈尔滨 150010； 4.河海大学水资源环境学院，江苏 南京 210098）
SPARROW 模型主要包括四个重要概念[14]：（1）每 个流域空间单元上与土地利用相关的污染源， 沿山坡 坡 面 迁 移 到 河 流 ， 对 河 流 生 态 系 统 产 生 影 响 ； （2） 每 个 单元的污染载荷随着向下迁移而降低， 衰减速率与迁 移路线的土地覆盖类型和河流特性有关；（3）河流生态 系统污染载荷的强度， 由所有上游单元产生的累积剩 余 载 荷 决 定 ； （4） 河 流 生 态 系 统 的 条 件 或 完 整 性 ， 是 由 在该位置累积的污染负荷对生态系统完整性的响应函 数决定的。
含点源、市区用地面积、施肥率、畜牧生产以及大气沉 降；陆—水迁移变量包含气温、降水、地表坡度、土壤透 水性、河网密度和湿地面积；河道/水库中损失变量则 包括河流的流速等[12]。 输入数据为年均值，一般要求监 测数据为按月监测数据。
输出为两个独立的部分：估算输出和预测输出。估 算输出包括通过非线性优化算法得出的判断结果、模 型系数和关联统计、 以图表形式显示预测流量和观测 流量的关系，以及污染物量和各种污染源的贡献度、模 型残差、关于数据结果和测试模型输出的 SAS 数据文 件以及模型估算结果的概括性文本文件。 预测输出包 括河段预测结果列表、关于河段预测和概述的 SAS 数 据文件以及模型测试输出。
生态系统类型-淡水生态系统
1.4 淡水生态系统1.4.1 河流生态系统河流生态系统(river ecosystem)是指那些水流流动湍急和流动较大的江河、溪涧和水渠等，贮水量大约占陆地水体总量的0.5%。
流水环境与湖泊的静水环境不同，其主要特点表现在三个方面。
①河水流动不停。
这是水生态系统的基本特征，流动的河水给生活中的生物输送来营养，也输入有机体废弃物。
此外，河流在不同的空间和时间上的水流有很大的差异，其不同部位也分布着不同的生物。
②陆-水交换。
河流的陆水连接表面的比例大，河流与周围的陆地在物质和能量上有广泛深入的联系。
河流是一个较为开放的生态系统，是联系陆地和海洋的纽带。
③氧气丰富。
由于经常处于流动状态，且深度小，和空气接触面积大，致使河流中的氧气含量丰富。
河流中的生物对氧的需求较大，许多生物对氧气下降非常敏感，故常常将其作为检测河水受污染程度的指标。
河流生物群落一般分为两个主要类型：急流生物群落和缓流生物群落。
急流生物群落实河流的典型生物代表，他们一般都具有流线型的身体，以使其在流水中有最小的摩擦力。
一些急流动物具有非常扁平的身体，这使得它们能在石下和缝隙中得到栖息。
此外，它们还有其他一些适应性，如持久地附着在固定的物体上，具有钩和吸盘等附着器等。
在流水生态系统中，河底的质地，如沙土、黏土和砾石等对生物群落的性质、优势种和种群的密度等亦有较大的影响。
1．4河流生态系统的构成及结构1．4．1河流生态系统的构成河流生态系统是指在河流内生物群落和河流环境相互作用的统一体【136】：包括河源、河源至大海之间的河道、河岸地区、河道、河岸和洪泛区中有关的地下水、湿地、河口以及其他依赖于淡水流入的近岸环境【137】；是由陆地河岸生态系统、水生生态系统、湿地及沼泽生态系统等在内的一系列子系统组合而成的复合系统(93J；河流生态系统组成包括生物和非生物环境两大部分，非生物环境由能源、气候、基质和介质、物质代谢原料等因素组成，其中能源包括太阳能、水能：气候包括光照、温度、降水、风等；基质包括岩石、土壤及河床遗质、地貌；介质包括水、空气：物质代谢原料包括参加物质循环的无机物质(C、N、P，C02、H20等)和联系生物和非生物的有机化合物(蛋白质、脂肪、碳水化合物、腐殖质等)，这些非生物成分是河流生态系统中各种生物赖以生存的基础[1 361。
河流生态系统结构功能模型研究
河流生态系统结构功能模型研究随着人类经济社会的快速发展，河流的水环境逐渐遭到破坏，生态系统多样性下降，物种数量减少，甚至生态环境被彻底破坏。
因此，研究河流生态系统结构功能模型显得十分必要。
河流生态系统是一个非常复杂的系统，它包含了物质循环、能量流动、物种分布、生态学效应等多个方面。
因此，对于这个复杂的生态系统，我们可以从以下几方面来进行研究。
1.河流生态系统的基本结构：河流生态系统的基本结构包括水体、岸边、河道、湖泊等多个方面。
其中，水体是最重要的部分。
水体中的水质、水量、流速等，直接影响着河流生态系统的稳定性和健康性。
同时，岸边的湿地生态系统，也是河流生态系统中不可或缺的一部分。
湿地生态系统可以吸收和处理传送到河流中的营养物质和有害物质，同时提供栖息地和食物，维护着河流生态系统的平衡。
河道和湖泊则是河流系统中重要的自然调节功能。
2.河流生态系统的物质循环：河流生态系统的物质循环是指河流中各种化学物质的循环过程。
包括有机物、无机物、有害物质等多个方面。
河流生态系统中的生物通过新陈代谢、食物链等方式，对含有污染物质的水体进行着生物修复作用。
同时，其中部分有机物质是可以分解的，这种分解过程产生的CO2通过光合作用被植物吸收并转化为氧气。
3.河流生态系统的能量流动：河流生态系统中的能量是通过食物链的方式进行传递的。
微生物、浮游生物、底层生物、中层生物、鱼类等是河流生态系统中的主要能量生产者和消费者。
河流生态系统中，消费者之间的联系非常重要，它们相互牵动着生态环境的稳定性，同时也导致了许多栖息地和种族的消失。
4.河流生态系统的生态学效应：河流生态系统的生态学效应是指其中物种的相互影响。
如鱼类能够调控小型生物生长数量，而水草可以减缓流速降低水体土壤冲刷，还可以净化水质等。
河流生态系统的生态学效应非常复杂，它可以保持着生态系统的平衡和稳定。
总之，研究河流生态系统结构功能模型是现代生态学研究的重要方向之一。
通过这样的研究，可以更好地了解河流生态系统的基本构成、物质循环、能量流动、生态学效应等方面，为生态环境的保护和河流生态系统的长期稳定提供科学依据。
ecopath──一种生态系统能量平衡评估模式
ecopath──一种生态系统能量平衡评估模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：ecopath是一种生态系统能量平衡评估模式，是生态学和渔业学领域中常用的方法之一。
它能够帮助研究人员更好地了解海洋生态系统内各个生物群体之间的能量转移和关系，揭示生态系统的结构和功能。
ecopath模式起源于20世纪70年代，由Ransom Myers和Carl Walters等研究人员开发，旨在提供一种简洁而有效的方法来评估海洋生态系统的能量平衡。
随着生物学和生态学研究的不断深入和发展，ecopath也得到了广泛的应用和扩展。
在ecopath中，生态系统被划分为各种生物群体或种群，每个生物群体都有其特定的能量来源和生态位。
模型中各个生物群体之间的能量流动通过捕食关系来表现，研究人员可以通过测量各生物群体的食性、种群密度和生长率等参数来建立模型。
通过对海洋生态系统内不同生物群体的能量转移和关系进行分析，ecopath模式可以帮助研究人员了解生态系统的结构和稳定性，预测不同干扰因素对生态系统的影响，并为资源管理和保护提供科学依据。
在渔业管理中，ecopath可以用来评估不同渔业措施对渔业资源和生态系统的影响，为制定可持续的渔业管理政策提供支持。
除了对海洋生态系统的评估外，ecopath模式还可以应用于陆地生态系统和淡水生态系统的研究中。
无论是对于大型海洋环境还是小尺度的湖泊或河流生态系统，ecopath都可以为研究人员提供一个很好的工具和框架来分析生态系统的结构和功能。
尽管ecopath模式在生态学和渔业学领域有广泛的应用，但也存在一些局限性。
模型的结果受到参数估计的不确定性和数据的局限性影响，需要进一步的研究和验证。
生态系统是一个复杂的系统，其中存在许多未知的相互作用和因素，ecopath模式可能无法完全捕捉到所有生态过程。
第二篇示例：Ecopath是一种生态系统能量平衡评估模式，是一种生态系统建模软件，旨在帮助研究人员探索和了解生态系统的结构和动态。
流域水环境系统模型研究及其应用
流域水环境系统模型研究及其应用一、本文概述本文旨在探讨流域水环境系统模型的研究及其在实际应用中的重要性。
流域水环境系统模型是一个集成了水文学、水力学、生态学、环境科学等多个领域的复杂系统，它通过数学模型和计算机技术，对流域内的水资源分布、水质变化、生态环境演变等过程进行模拟和预测。
本文首先将对流域水环境系统模型的基本概念、发展历程和主要类型进行概述，分析其在水资源管理、水环境保护、生态修复等领域的潜在应用价值。
接着，本文将重点介绍流域水环境系统模型的研究方法和技术手段，包括模型的构建原理、参数设置、模型验证与优化等方面。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在揭示流域水环境系统模型在理论和实践中的挑战与机遇，探讨如何进一步提高模型的精度和可靠性，以更好地服务于流域水资源的可持续利用和水环境的保护。
本文将通过案例分析的方式，展示流域水环境系统模型在实际应用中的成效和局限性。
通过具体案例的剖析，本文旨在探讨如何根据实际应用需求，选择合适的流域水环境系统模型，以及如何在实践中不断优化和完善模型，以提高其在解决实际问题中的效用。
通过本文的研究，旨在为流域水环境系统模型的进一步发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、流域水环境系统模型的理论基础流域水环境系统模型的研究和应用离不开深厚的理论基础。
这些理论涵盖了水文学、环境科学、生态学、系统科学等多个领域，为模型的构建提供了科学依据。
水文学理论是流域水环境系统模型的基础。
它涉及到降水的形成、地表水与地下水的相互作用、水流的运动规律等。
这些理论为模型提供了流域内水循环过程的详细描述，从而能够模拟和预测不同时空尺度下的水流动态。
环境科学理论为流域水环境系统模型提供了关于水质、水生态等方面的认识。
水质的变化受到多种因素的影响，如污染源的排放、水体的自净能力等。
环境科学理论可以帮助我们理解这些因素之间的相互作用，从而构建出能够反映实际水质状况的模型。
生态学理论也是流域水环境系统模型的重要组成部分。
第三章 第一节 生态系统的结构 --高中生物苏教版2019 选择性必修2
特例生物 成细菌，如硝化细 寄生的微生物和植物， 如蜣螂、蚯蚓、秃
菌等
如寄生细菌、菟丝子等 鹫等
地位 生态系统最基本、 生态系统的重要成分 生态系统的必备成分 最关键的生物因素
2.生态系统组成成分之间的相互关系
(1)非生物因素是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源，是生态 系统的基础。 (2)生产者通过光合作用(或化能合成作用)把非生物因素转变成可以被生 物体利用的物质和能量，架起了从非生物环境到生物群落的“桥梁”， 是生态系统不可缺少的成分。 (3)消费者是生态系统中最活跃的成分。消费者能加快生态系统的物质循环。 (4)分解者是生态系统中物质循环的关键环节。如果一个生态系统中没有 分解者，生态系统的物质循环受阻，生态系统就会崩溃。
(2)消费者 ①概念：依赖生产者制造的有机物生存，它们主要是直接或间接地以植 物为食的异养生物。 ②类型：a. 初级 消费者：直接以植物为食的植食性动物，如兔、羊。 b. 次级 消费者：以植食性动物为食的肉食性动物，如啄木鸟。 c.三级消费者：以肉食性动物为食的动物。 ③作用：消费者依靠自身的代谢作用，能将摄取的有机物转化为自身所 需要的物质，并将代谢过程中产生的二氧化碳、 含氮废物 等无机物排出 体外。 ④意义：消费者加快了生态系统中的 物质循环 。
判断正误
(1)捕食食物链中只有生产者和消费者，无分解者( √ ) (2)食物网中两种生物之间只有捕食关系( × ) (3)生态系统的结构指的就是食物链和食物网( × ) (4)同一生物在不同食物链中所占的营养级可能不同( √ ) (5)“螳螂捕蝉，黄雀在后”这条食物链中，螳螂是第二营养级( × ) (6)食物网的复杂程度主要取决于生态系统中生物的数量( × )
二、生态系统的营养结构
河流和湖泊生态系统结构和功能
河流和湖泊生态系统结构和功能河流和湖泊是地球上最基本的水域环境。
随着工业化和城市化的发展，我们的河流和湖泊环境已经受到了很大的破坏。
那么，河流和湖泊的生态系统结构和功能是什么？河流生态系统结构和功能河流是一个典型的水生生态系统，它是一个包含溶解物、浮游生物、底层生物和水生植物组成的有机体系。
河流生态系统由以下几个方面组成：水生植物层水生植物层是河流生态系统的一个重要组成部分。
它能够影响水流动力学，维护水资源，控制沉积物和营养物。
浮游生物层浮游生物层是河流生态系统中的一个小型有机体。
它是河流水质的重要指标，对河流生态系统的调控和维持起着重要的作用。
底栖生物层底栖生物层是一个生态系统关键点。
底栖生物可以寄生、隐藏和铲掘，影响河床的物理化学性质和生物化学循环。
河流水体河流水体是生态系统的基础。
在河流生态系统中，水体是一个复杂的物质、能量和信息传递系统。
在河流生态系统中，生态组成部分遵循物质、能量和信息的动态平衡，维持着自身的完整性。
其中，物质生物地球化学循环和环境参数动态变化是其中的核心结构。
湖泊生态系统结构和功能湖泊是陆地和水域交界的生态系统，它是一个包含生物、非生物和人类系统的多维组合体系。
湖泊生态系统由以下几个方面组成：水体水体是生态系统的基础，并且与湖泊环境中的其他组分之间相互作用。
水体的化学和物理性质影响着湖泊环境的变化。
湖泊中的水体有氧区、缺氧区和厌氧区之分。
底栖生物层底栖生物层是湖泊生态系统的核心，加强了湖泊的功能，维护了生态环境的平衡和稳定，以及各种生态系统对湖泊生态系统的物质和能量贡献。
浮游生物层浮游生物层是湖泊的重要组成部分，它能够影响湖泊的水质和生态系统稳定性，维持着湖泊生态系统的平衡。
底泥底泥是湖泊的一个重要成分，它能够影响湖泊底部的化学性质、物理性质和水质。
在湖泊生态系统中，水体、生物和非生物成分之间的相互作用相当复杂，形成了湖泊生态系统的动态平衡。
湖泊生态系统的构成与湖泊所处的地理位置和气候等有关，有宏观差异，湖泊的形成、演变和生态演变是受到这些差异的影响的。
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4. 河流生态系统结构功能模型的应用
a) 对河流生态系统的双重胁迫 b) 生态水工学的理论框架 c) 结构功能应用举例
a)对河流生态系统的双重胁迫
在自然河流经历的数万以至数百万年的演 变过程中，受到自然界和人类活动的双重 干扰，这种干扰或者压力在生态学中称为 胁迫（stress）。
掌握水库建设前水文情势，包括流量丰枯变化形 态、季节性洪水峰谷形态、洪水来水时间和长短 等因子对于鱼类和其它生物的产卵、育肥、生长、 洄游等生命过程的关系。
结 语
河流生态系统结构功能模型是人们对于自 然规律总结的尝试，需要不断地探索，并 力求给出某种形式的数学表达。 河流生态系统结构功能模型是生态水工学 的理论基础。 生态水工学是一个新兴的交叉学科，需要 跨学科合作，才能发展完善。
景观格局分析：景观格局－生态过程模型 生态水力学：微生境评估 RS GIS GPS DEM 应用
技术工具 1－ 景观格局分析
空间景观模式－缀块、廊道、基底 通过对于可视的地貌格局（RS...)的对
比分析,获得隐含的生物过程信息。
技术工具 2－生态水力学
河段尺度的栖息地评估，建立水力学因子 与标志性生物因子的相关关系，对于不同 河流修复方案进行预测评估；对于河流枢 纽建筑物的不同布局进行情景分析。
17
Month.date 4.30
5.10
5.20
5.30
6.10
6.20
6.30
3. 河流空间异质性－生物群落多样性 耦合模型
上中下游空间异质性 蜿蜒性 横来自面多样性 岸坡物质的透水性和多孔性
3 河流空间异质性－生物群落多样性
耦合模型
上中下游的生境异质性，造就了丰 富的流域生境多样化条件； 河流纵向的蜿蜒性，形成了急流与 缓流交错、深槽与浅滩相间的格局；
1水文-生物-生态功能河流连续体4－D
模型
1 水文-生物-生态功能河流连续体4－D 模型
Ward等学者将河流生态系统描述为四维系 统，即具有纵向、横向、竖向和时间尺度 的生态系统（Ward et al，1989） 时间坐标：既强调随降雨、水文条件变化 河流的可变性，也强调河流演变的动态性。
Water Level (m)
46
Yidu
Spawning records
45
44
Jianli
43 31
自从 1956年开始 的长期观测表明， 四大家鱼在水位上 涨时产卵形成高峰
（据水工程生态研究所 常剑波资料）
Guangji
42 30 23
41 29 22
40 28 21
27 20
26 19
18
营养物质的 载体和介质
人类和生物群落 的可再生资源
造就了空间 异质性的生境
水域生物群落 的信息流
水文过程与生态过程 耦合模型
环境流量模型
洪水脉冲模型
洪水脉冲概念－FPC
Junk 1989首次提出了洪水脉冲的概念 ( flood pulse concept: FPC) 。他认为 周期性的洪水脉冲是河流－洪泛滩区系统 的驱动力。
边滩 浅滩 深潭
深潭 浅滩
平面图
浅滩
深潭
浅滩
深潭
河流的横断面形状多样性，表现为 深槽与边滩交错；
河床材料的透水性多孔性为生物提 供了栖息所和产卵地，地下水补给。
剖面图
3 河流空间异质性－生物群落多样
性耦合模型
基于河流地貌学－河流生态学的原理 河流空间异质性与河流生物群落多样性存 在正相关关系。 提高空间异质性 提高生物群落多样性 耦合模型是建立二者的相关关系，评估生 态状况，预测未来状态状况。
人法地，地法天， 天法道，道法自然。
－老子《道德经》
庆祝中国水利水电科学研究院 建院50周年 1958－2008
工程目的 工程任务 学科基础
对水资源开 对河流改造 工程力学 传统水利工程学 发利用 对水流控制 水文学
兼顾生态系 兼顾生物栖 增加 生态水利工程学 统健康 息地建设 生态学
c) 河流生态系统结构功能模型的应用举例
河流生态修复
水库生态调度
水电梯级开发程度
河流生态修复的技术工具－ 景观格局分析、生态水力学
洪水脉冲的生态功能
洪水脉冲的生态功能
河流－滩区系统是有机物高效利用系统
提高了河流－漫滩系统的动态连通性
洪水脉冲的信息流功能
洪水脉冲提高了生物群落多样性
信息流功能
长江的四大家鱼每年5~8月水温升高到18℃以上时， 如逢洪水，家鱼便集中在重庆至江西彭泽的38处 产卵场进行繁殖。
家鱼在涨水第一天开始产卵，如江水不再继续上 涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。
对自然河流生态系统 的胁迫 人类活动胁迫 自然力胁迫
气候变化
地壳变化
火山爆发
地震
山体滑坡
海洋侵蚀
水利工程对河流生态系统的胁迫
水利工程对河流 生态系统胁迫
自然河流 人工渠道化
自然河流 非连续化
跨流域 调水工程
直 线 化 裁 弯 取 直
河 床 断 面 规 则 化
护 坡 材 料 硬 质 化
非筑 连坝 续引 化起 顺 流 方 向
1水文-生物-生态功能河流连续体4－D模 型
河流水文-水力学因子三维连续性； 营养物质流和能量流空间连续性； 生物群落结构空间连续性； 信息流空间连续性； 水文、生物及河流生态系统演变和 进化的动态特征
2 水文过程与生态过程耦合模型
2 水文过程与生态过程耦合模型
水文循环的 生态学意义
富营养化
3.模拟自然水文情势的水库泄流方式
选择标志性物种，建立相应的数学模型。
小浪底水库泄流
调查、掌 握水库建 成后由于 水文情势 变化产生 的不利生 态影响。
明确水文过程与生 态过程的相关关系， 制定合理的生态 调度方案。
对于采取 不同的水 库生态调 度方式影 响生态过 程进行敏 感度分析。
三门峡水库泄流
建库后多年日平均流量 2000 建库前多年日平均流量
流量(m3/s)
1500 1000 500 0 1 20 39 58 77 96 115 134 153 172 191 210 229 248 267 286 305 324 343 362 天数
生态学与相关学科交叉
水利工程学
生态水工学
地貌学
景观 生态 学
非筑 连堤 续引 化起 河 流 侧 向
调 水 区 胁 迫 效 应
受 水 区 胁 迫 效 应
运 河 沿 线 胁 迫 效 应
a) 河流的人工渠道化
渠道化
直线化
断面规则化
护坡硬质化
b) 河流的非连续化
河流非连续化
水坝
堤防
b) 河流的非连续化－水文情势变化
水库运行期服从于防洪和兴利调度，自然 河流的脉冲式水文周期变化趋于均一化
整体性
生态系统功能 物种流动
能量流动
物质循环 信息流动 自我调节 生物生产
1 水文-生物-生态功能河流 连续体4－D模型
1 水文-生物-生态功能河流连续体4－D 模型
Vannote等人在1980年提出了河流连续体概念 (River Continuum Concept, RCC) 从河流源头到下游，河流系统内的宽度、深度、 流速、流量、水温等物理变量具有连续变化特征 把河流网络看作是一个连续的整体系统，强调河 流生态系统的结构与功能与河流生境的适应性、 整体性。
b)兼顾生态的水库多目标调度
水库多目标生 态调度方法是指在 实现防洪、发电、 供水、灌溉、航运 等社会经济多种目 标的同时，兼顾河 流生态系统需求的 水库调度方法。
传统水库调度模式所存在的问题
径流调节 低温水下泄 泄洪掺气 清水下泄 蓄水运行
洪水脉冲减弱 影响鱼类繁殖 鱼类气泡病 下游冲刷，地貌变化
婆；；【
生态学
生态水文学
生态 水力 学
水力学
水文学
什么是生态水利工程学？
生态水利工程学（Eco-Hydraulic
Engineering） 作为水利工程学的一个新的分支， 是研究水利工程在满足人类社会需求 的同时，兼顾水域生态系统健康与可 持续性需求的原理与技术方法的工程 学。
生态水利工程学的学科基础和研究 对象
河流生态系统结构功能模型 及其应用
董哲仁
（中国水利水电科学研究院）
2008年4月 北京
提 纲
1 2 3 4
引言 水文－生物－生态功能的河流连续体 4-D 模型 水文过程－生态过程耦合模型 河流系统空间异质性－生物群落多样 性耦合模型 模型应用
正负反馈
营养结构 河流生态系统 结构原理
层级结构
空间与时间 结构