编号（学号）：12622027
毕 业 论 文
（ 2012 届本科）
题 目： 河流健康诊断与评估
学 院： 水 利 学 院
专 业： 水利水电工程（专升本）
姓 名： 袁礼伟
指导教师： 宓永宁 教授
完成日期： 2012 年 06 月 10 日
目 录
摘要 ·································································································································································1
Abstract ···························································································································································2
前言 ·································································································································································3
1 河流健康概述 ··············································································································································3
河流健康概念 ···········································································································································3
河流健康评价 ···········································································································································5
国内外研究进展 ·······································································································································7
国外研究进展 ········································································································································7
国内研究进展 ········································································································································9
国内外研究对比 ··································································································································10
需要进一步研究的方向 ·························································································································12
河流健康分尺度评价的意义 ·················································································································13
本文的主要研究内容 ·····························································································································14
2 河流评价的尺度 ········································································································································14
尺度简介 ·················································································································································14
河流评价的空间尺度 ·····························································································································15
面尺度 ··················································································································································15
线尺度 ··················································································································································16
点尺度 ··················································································································································18
各尺度的特点 ·········································································································································19
面、线、点尺度间关系简析 ·················································································································20
不同面尺度之间的转换关系 ··············································································································20
不同线尺度之间的转换关系 ··············································································································21
点尺度与线尺度之间的转换关系 ······································································································21
点尺度与面尺度之间的转换关系 ······································································································21
点、线尺度关系详析 ·····························································································································22
景观河段与工程河段 ··························································································································22
工程河段与生物斑点 ··························································································································23
3 河流健康分尺度评价方法的建立 ············································································································24
评价方法简介 ·········································································································································24
常用评价方法简介 ······························································································································24
本文采用的评价方法 ··························································································································26
健康评价中各尺度的转换关系 ·············································································································29
尺度转换总述 ······································································································································29
4 结论与展望 ················································································································································31
结论 ·························································································································································31
有待开展的工作 ·····································································································································31
参考文献 ·······················································································································································32
致谢 ·······························································································································································33
摘要
河流健康是人类赖以生存和发展的必要条件，对河流健康的评价研究则是关系到人类社会有序、
健康、可持续发展的重要课题之一。一个完整的河流评价应该涵盖各个尺度，而且影响河流健康的
主要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关，因此河流健康评价首先要明确的关键
问题就是评价的尺度问题。
本文从河流的尺度划分和河流健康评价的尺度间转换关系两方面进行了研究。主要工作及成果
如下：
1、从河流健康的涵义、发展历程及其评价目的出发分析了从尺度方面研究河流健康以及建立尺
度间指标转换关系的必要性。
2、归纳了流域的点、线、面三种尺度的划分方法及各尺度的特点、尺度之间的相互关联。着重
研究了点、线两个尺度的进一步细分，即生物斑点、工程河段、景观河段和全河长的概念及其相互
关系。
3、分析研究了各尺度的评价方法，将相邻尺度间的指标分类为相同指标及不同指标，分别建立
了转换关系，并在每个尺度上筛选出 10 个指标分别进行了相邻尺度上的具体转换分析。
关键词：河流；健康；评价；尺度；转换
Abstract
River health is an essential condition to support life existing and developing. Research on river health
is a key project that closely relates to orderliness, health and sustainable development of human society.
Every spatial scales should be included in the theoretical framework, and the influence factors 、
management of river health is always relevant to spatial scales, so the key point of the river health
assessment is clarifying of spatial scales.
The main works and conclusions are as following:
1. The necessity of assess river health in different spatial scales and transformation of the indexes
belonging to different spatial scales was analyzed based on the existing concepts and the aim of the
assessment.
2. Dividation methods and features longing to spot line and area scales were summarized. A brief
introduction of criterion including biological spot, project section, landscape section and entireriver is
given, and also the relationships between them were given up.
3. This paper definite the different indexes between different spatial scales, and establish the relations
between them, ten indexes belonging to different scales are analyzed in detail.
KEYWORDS: river; health; assessment; spatial scales; transformation
前言
人类从水中走上陆地，并在河边定居、生息和发展，河流是人类生存的基础和文明
的摇篮，河流的生命与人类的生存和发展息息相关。
历史上，许多灿烂的文明都是依河而兴，河流不仅主导着文明的兴衰，还向人类提
供了可再生的水资源、实拍、排洪、景观、航运等服务，体现着河流生态系统中健康的
生物链，对维持地球生物链完整、保护人类生存条件有着重要意义。一旦河流自身生命
系统发生危机，以河流为依托的其他生命系统也就失去了存在的基础。
人类在漫长的进化发展过程中，对河流长期不合理地开发利用以及大量工农业以及
生活污水的任意排放，严重干扰和改变了河流的自然状态，导致水源枯竭、湿地消失、
河床抬高、河槽萎缩、河道断流、水体污染等问题，使得河流的自然状况受到了越来越
严重的干扰，严重影响了河流的健康，甚至威胁到了河流的生存。尤其是近年来，随着
人口的大量增加和经济的迅猛发展，河流的健康问题带来的诸多副作用越来越明显，进
而危及到了人类经济社会的进一步发展，越来越成为人类社会发展的桎梏。
随着“可持续发展”观念的深入人心，人们开始反思人类与河流的关系，开始认为河
流也具有“生命”，而河流生命的健康状况不仅决定着其自身的演变发育，还影响着人类
社会的生存和发展。
1 河流健康概述
河流健康概念
自然河流经历了数万以至数百万年的演变过程，受到自然界本身和人类活动的双重
干扰。对于自然界的重大干扰，比如地壳变化、气候变化、地震、火山爆发、山体滑坡
等，河流系统的反应或是恢复到原有的状态，或者滑移到另外一种状态，寻找新的动态
平衡，逐步走入良性轨道。在这个过程中，河流系统一般表现出一种自我恢复的功能。
人类活动特别是近一二百年工业革命开始的大规模经济活动，包括水资源过度开发
利用，经济发展带来的水污染，对于河流生态系统的干扰所造成的影响往往是系统自身
难以恢复的，严重的干扰往往是不可逆转的。科学界普遍认为人类大规模的经济活动是
损害河流生态系统健康的主要原因。
人类与河流的关系符合否定之否定、螺旋式上升的发展规律。从上述人类与河流关
系的发展经历来看，正是过去在生存发展的压力下，对河流社会功能过度开发而导致自
然功能衰退，超过了河流的承载力，进而严重制约社会经济的可持续发展。正是在这一
背景下，人们提出了河流健康的新理念，其目的是使河流自然功能得到一定程度的恢复，
最终使河流自然功能和社会功能得到均衡发挥。
河流健康是一个新概念，是在“河流生命”存在的前提下，人类对其生命存在状态的
描述。河流健康并不仅仅简单等同于河流生态系统健康。河流生态系统以生物群落为主
体，河流仅仅作为生物生存的环境出现；在河流系统中河流才是主体，河流生态健康以
生物群落健康为主体；而河流健康首要必须考虑的是河流本身结构和功能的健康。所以
说,仅仅从生态系统健康的角度出发来研究河流健康是远远不够的。
同时，对绝大多数河流而言，河流不仅是自然的河流，更是社会的河流。健康的河
流是自然功能和社会功能获得平衡的河流，是河流自身生存发展和人类开发利用相对平
衡的河流，是人类利益和河流利益相对平衡的河流。因此说，健康的河流应当满足 3 方
面的要求：河流自身结构完整、功能完备；具有满足自身维持与更新的能力，能发挥其
正常的生态环境效益；满足人类社会发展的合理需求。
关于河流健康的定义，至今没有达成一致的意见。总体来看分为两类，一类认为河
流健康基本等同于河流生态系统健康，河流健康是一个描述河流生态系统的完整性与河
流生态条件的总体状况的概念，对于那些基本没有防洪要求的河流，可以采用这种定义。
在这种情况下，河流健康评价仅是对河流生态系统状况的评价，即以河流生态系统作为
评价对象，河流健康与河流生态系统健康的概念是一致的，国内也有学者对河流生态系
统健康进行了专门的研究。另一类认为河流健康既要有良好的河流生态系统，还要有合
理的社会服务功能，如水资源开发利用功能、水能利用功能、防洪功能和娱乐功能等。
我国河流的兴利与防洪要求比较突出，因此宜采用第二种定义。在这种情况下，河流健
康与河流生态系统健康的概念就发生了分歧。这为在当前大力提倡生态保护的形势下，
仍有必要修筑某些堤坝提供了理论依据。
表 1-1 对河流健康内涵的不同理解
时间 提出者 河流健康内涵
1996 Schofield
河流健康指与相同类型的未受干扰的（原始的）河流的相似
程度，尤其是在生物完整性和生态功能方面
1997 Meyer
能维持河流生态系统的结构与功能，同时满足人类与社会的需
要和期望，在健康概念中涵盖了生态完整性与人类的服务价值
1999 Norris 等 认为健康的生态系统即生物完整性以及可持续性
1999 Fairweather
河流健康包含着活力、生命力、功能未受损害及其它表述健康的状
态，应包含公众对河流的环境期望
1999 Karr 认为河流健康即河流生态完整性，采用 IBI 方法评价河流健康
2002 An 等
健康即完整性，采用生物完整性、生境状况和化学参数评价河流健
康
2005 董哲仁
河流健康不是严格意义上的科学概念，而是一种河流管理的评
估工具
2006 Vugteveen
能维持生态系统结构和功能（活力和恢复力），同时满足社会
经济需要的能力
河流健康评价
河流健康的评价是指采用一定的指标群，根据调查和监测资料，对河流的健康状态
做出描述，确定主要的影响因素，存在的主要健康问题，从而为河流的管理和规划提供
决策依据。目前关于河流健康评价体系的研究主要集中在河流健康的综合评价方面。河
流生态系统健康的评价经历了几个不同的发展阶段，即水质评价、水量评价、生态健康
评价，生态系统服务功能评价。此外，我国从自己的国情出发开展了河流健康评价的研
究。
(一)水质评价
对河流健康的评价与河流健康问题密切联系。最初对水体的最大破坏来自于污染物，
因此关于河流健康的评价最早开始于水质的评价。19 世纪末期从已严重污染的欧洲少数
河流开始，评价指标只有生化需氧量 BOD、化学需氧量 COD,大肠菌群和细菌总数等几
项简单的卫生学指标。以后随着工业的发展，大量的污染物质随工业废水进入了水体，
严重地影响了水生生物和人类的健康，于是又引入了重金属、农药和有机化合物等有毒、
有害物质指标、反映富营养化的氮磷指标、致畸致癌物质指标。生物是河流水生态环境
的一个重要部分，指示生物具有很强的环境代表性，能够准确表达水环境的状态，并且
水生生物监测也不需要昂贵的分析仪器，因此，生物指标也成为了水质评价的重要指标，
并成为了长部分国家水质评价的主要依据。鱼类和底栖无脊椎动物因为具有易测量、稳
定等优点而常被作为水质监测的生物指示物种。
(二)水量评价
随着水资源开发利用量的增加，河道内水量日渐减少，导致了水生生物多样性的锐
减，河流管理中生态环境需水量的评价开始受到了重视。
20 世纪 40 年代末，随着水库建设和水资源开发程度的提高，美国的资源管理部门开始
注意和关心渔场的减少。60 年代前后开展了许多关于鱼类生长繁殖和产量与河流流量关
系的研究，从而提出了河流最小流量的概念(国内称为生态环境需水量，国外称为
（environmentalflow)，并提出了许多的计算评价方法，如 Montana 法，河道内流量增加
法(IFIM)等。20 世纪 70 年代以后，澳大利亚、南非、法国和加拿大等国家也相继开展
了鱼类生长繁殖、产量与河流流量关系的研究。20 世纪 90 年代以后，我国在西北、华
北等许多地区也开始了生态环境需水量的研究。目前，在 44 个国家己经产生了大约 207
种生态环境需水量的评价方法。
河流生态环境需水量的评价方法主要有四种，即水文学方法、水力学方法、栖息地
等级法和整体分析法。生态环境需水量评价方法虽然很多，但在具体使用中还存在不足
之处，例如 IFIM 法，它是生态环境需水量评价方法中使用较广的方法之一，是把大量
的水文水化学现场数据与选定的水生生物物种在不同生长阶段的生物学信息相结合，进
行流量增加的变化对栖息地影响的评价。但 King 和 Tharme 指出传统的 IFIM 法将其重
点放在一些河流生物物种的保护，而没有考虑诸如河流规划以及包括河流两岸在内的整
个河流生态系统，由此计算出的生态流量值，并不符合整个河流的管理要求。
(三)河流生态健康评价
20 世纪 80 年代，西方国家河流管理的重点由水质保护拓展到了河流生态系统的恢
复，开始强调用生态工程方法恢复河流的生态系统，回归河流的自然功能。莱茵河“蛙
鱼 2000 计划”、美国的密苏里河自然化工程、基西米河生态修复工程等一系列的河流生
态修复工程付诸于行动。同一时期，维持河流生态系统的健康成为了河流管理的重要目
标。在修复和管理工作中，常需要调查河流水生生物的种类和数量，建立相应的指标体
系用于评估河流的生态状态，判断配水效果、河流修复效果和河流管理的整体效果，作
为制定管理或修复计划的依据。只对河流健康部分内容进行评价的水质评价和水量评价
已远远不能满足河流管理的需要，于是，河流健康评价的内容也发生了变化，开始转向
对河流生态状态的评价。
我国 2002 年 8 月新出台的《水法》21 条也明确规定“开发、利用水资源，应当首先
满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水以及航运等需要”，“在干早
和半干早地区开发、利用水资源，应当充分考虑生态环境用水需要”。水资源政策的改
变和监测计划的实施进一步促进了河流生态评价工作的发展。
(四)生态系统服务功能评价
生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自
然环境条件与效用。
由河流健康概念的演变过程看，在河流健康概念中同时考虑人类价值，已经逐渐为
人们所接受。河流的社会服务功能也应该是河流健康的组成内容之一，河流健康的评价
内容需要同时考虑自然生态价值和社会服务价值。但事实是生态系统健康和生态系统服
务自创建以来就呈现出不同的发展特点，很少有将两者结合起来的综合研究。在生态系
统健康评价上，对生态状态的评价和生态系统服务功能的评价一般也是分开进行的，很
少把两者结合起来进行。
1997 年 Costanza 等对全球主要类型的生态系统服务功能的价值进行了评估，揭开
了生态系统服务功能价值研究的序幕。但目前在淡水生态系统方面的研究相对滞后，研
究成果较少。
评估方法主要为享受价格法、旅行费用法和支付意愿法。美国学者在这方面的研究
相对较多。Loomis 等曾讨论了恢复美国 PlatterRiver 的 5 种生态系统服务功能的总经济
价值。Cameron 等用旅行成本法评估了美国 Columbia 河流域水位变化时的休闲娱乐价
值。Brown 等在科罗拉多 CalaPoudre 河上进行了径流量与风景优美程度感觉关系的调
查与经济价值评估。
国内，王寿兵等用意愿评估法评价了上海市苏州河生态系统的景观服务价值。赵军
等用同样的方法对上海河流生态系统的支付意愿进行了调查分析。近期，蔡庆华等提出
了从水量、水质、水能和水生生物四方面建立淡水生态系统服务功能的评价指标体系。
赵同谦等建立了包括河流在内的水生态系统服务功能评价指标体系，对全国水生态系统
的综合价值进行了评估。
(五)河流生命健康评价
由于河流健康评价指标体系涉及的研究领域较宽，内容较多，制约河流健康的因素
以及相互之间的关系也较为复杂，因此河流(生命)健康评价目前还处于一个起步阶段，
现有长的评价理论和方法都有待于进一步完善。
国内外研究进展
国外研究进展
（一）美国
美国环保署(EPA)于 1989 年发展了快速生物评价协议 RBPS，为用生物集合体资料
作为生态健康指标提供了一个技术框架，经过近 10 年的发展和完善，于 1999 年推出新
版的 RBPS。RBPS 采用着生藻类、鱼类、大型无脊椎动物评价河流状态，通过对生物
群落的结构、功能、过程(process)的度量达到评价的目的。
该方法以无人为干扰或人为干扰极小的河流作为参照点，相应于生物指标测量位置
的物理化学等生境指标用于帮助解释和修正(calibration)生物指标，确定参考状态，其中
河床表层生境、河床泥沙组成等 10 个生境指标用于表征栖息地质量。具体应用时将测
量点的栖息地质量与参考点比较，如相等，直接进行生物指标比较，不相等则先调查栖
息地对生物的支撑能力，再判断生物质量，由此使生物质量评价能真正反映河流的损害
程度。RBPS 可推广用于其它地区，它对数据要求相对较高，需要基于大量的实测数据。
美国的国家水质目录(NWQI)为《水清洁法》提供两年一次(19%年后五年一次)的全国水
质(包括河流状况)报告。NWQI 的内容包括物理化学水质资料、生物资料(如物种类型和
丰富度)、栖息地和辅助资料(如土地利用)。NWQI 的目标是描述水质特征，确定在全国
范围内有重要意义的水质问题，描述修复和保护水体的各项计划的情况等。由于评价定
期进行，NWQI 可反映管理的执行情况，为管理策略的制定提供依据。
（二）英国
英国在 20 世纪 90 年代建立了河流保护评价系统(SERCON)，用于评价河流的生物
和栖息地属性及其自然保护价值。SERCON 是一种综合性评价方法，采用了 35 个特征
指标，从物理多样性、自然性、代表性、稀有性、种群丰度、特有特征等方面对河流进
行评价。瑞士用于评价河流和湖泊的 Aqua 系统采纳了 SERCON 方法。SERCON 方法
需要大范围的资料收集，另外，对于“自然性”的标准也存在很大的争议。同一时期英国
还建立了河流栖息地调查(RHS)方法。RHS 建立的目的是发展一种国家标准化系统，用
于河流物理结构的测量、分类和定期报告。测量变量包括背景资料、长江河岸特征资料、
河道资料(基质、沉积物特征、流量类型等)和其它的位置资料(河谷形状、土地利用、洪
泛地特征等)。通过对全国 3000 多个河流位置取样，收集了丰富的数据资料，用参考点
的资料产生了一个联系物理结构和栖息地质量的预测模型。RHS 可用于为 SERCON 提
供物理信息资料，其优点是较好地将物理栖息地和生物组成联系在一起，不足之处是生
物和部分栖息地组成之间的联系未能明确，定性指标和定量指标的混杂使得统计检验比
较困难。
（三）澳大利亚
澳大利亚在河流健康评价方面做了大量的工作。澳大利亚的水生生物环境质量指数
(IAEQ)用于评价维多利亚州的内陆水体，评价指标分为水质、泥沙中的有毒物质、大型
底栖无脊椎动物、鱼类和河岸植被等 5 部分，以自然状态或无干扰状态作为评价标准，
每个指标分为极好、好、中、差和退化五级。由于要求的数据资料内容较多，即使在维
多利亚州也很难使用。
维多利亚的河流环境状态(ECVS)采用了河床组成、河岸植被、濒危植被、覆盖物、
水深、流速等 10 个指标，主要用于评价维多利亚州河流的环境状态，指标等级为 5 级，
并考虑了不同指标的权重。
由于以定义的栖息地的适宜性作为标准，使评价结果与实际情况有所出入，评价效
果并不理想。产生于澳大利亚昆士兰的河流状态调查(SRS)方法用于评价河流的物理和
环境状态，测量变量包括水文、河道栖息地、横断面、景观休闲和保护价值等 11 个方
面的内容，以无干扰状态作为评价标准，状态分级从参考状态(100%)到退化状态(0%)。
该方法从不同的空间尺度上对河流状态进行测量，信息比较全面，不足之处是变量
中没有考虑水质和水生生物指标，一些测量参数和生物之间的联系不是很明确。
Ladson 提出的维多利亚溪流状况指数(ISC)用一个分级系统评价溪流状态，主要用
于测定非城市河流的状态，点明河流管理中的潜在问题，它的指标结构分为 3 层，子目
标层由水文、水质、物理结构、河岸带和水生生物 5 部分组成，指标层包括 19 个指标，
通过评分法对指标赋值，根据总分值确定河流健康状态。
ISC 对子目标层的分类简洁而明确，既包含了河流生态系统的关键组成部分，又保
持了各部分之间的独立性，是其较成功的一点，它的不足之处是参考状态的选择具有一
定的主观性，缺乏对指标动态性变化的考虑，由于选取的指标数量比较少，不能完全揭
示河流存在的健康问题。
地貌河流类型(GRS)方法的设计原则是植被和地貌过程的直接联系提供了河道栖息
地评价的可能性，因此也间接和河流生态联系在一起。
GRS 用于河流状态评价包括比较和预测两种方法，比较是对现有河流特征和过程与
无干扰状态下期望得到的进行比较；预测是基于目前的河流过程、泥沙量和河流过程的
理论概念预测未来的河流特征和过程。
GRS 方法完全是基于地貌学理论进行比较和预测，对专业知识的要求比较高，另外，
在目前的研究水平下，地貌和生物之间的确定性关系还没有建立，这种方法得到的判断
结果具有一定的主观性。
栖息地预测模型(HPM)方法用于河流物理状态的评价，并具有预测功能。它的工作
方法是通过对某一位置无退化情况下预测的局部栖息地特征和实际观测到的栖息地特
征的比较评价河流状态，评价原理类似于 AUSRIVAS 法，不同之处是 AUSRIVAS 用物
理化学指标预测生物群落，HPM 用大尺度流域特征预测局部尺度溪流物理栖息地特征。
对于 HPM，预测变量的选择很重要，选择不当会影响预测结果。
（四）南非
在南非伴随着国家快速生物评价计划，发展了栖息地整体评价系统(IHAS)和栖息地
完整性指数(IHI),IHAS 的测量内容包括了基质、植物和河流物理状态等。IHI 用于评价
栖息地主要干扰因素的影响，包括饮水、水流调节、河床与河道的改变、本地岸边植被
的去除和外来植被的入侵等内容。
国内研究进展
西方发达国家在 20 世纪 50 年代水能水资源开发就已基本完成，80 年代，河流管理
的重点由水质保护转向了河流的生态恢复，而我国目前还处在水利水电建设的高峰时期，
河流保护工作处于水质恢复阶段。由于国情明显不同于西方发达国家，我国的河流管理
目标也不同于西方国家，为河流管理服务的河流健康评价也与西方国家有所区别。
较早建立的水环境评价指标体系有 1999 年上海市环境监测中心建立的适用于黄浦
江水环境状态评价的指标体系，包括了理化指标、生物指标、营养状况指标、景观指标
等四部分内容。
20 世纪 90 年代以来，由于断流、水污染、河床萎缩等一系列问题的出现，河流健
康受到了关注。
2002 年黄河水利委员会主任李国英在全球水伙伴中国地区委员会治水高级圆桌会
议上提出了“维持河流生命的基本水量”的概念，以后又根据黄河的具体情况，提出了“维
持黄河健康生命”的治河新理念，以“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬
高”作为体现终极目标的四个主要标志。至此，河流健康生命的研究受到了重视，并推
广到了淮河、长江、珠江等大江大河。
水利工作者们开始了对河流健康(生命)评价理论的探讨。关业祥提出河流是否健康
可以从四个方面判断:是否具有足够的河流动力；是否具有与之相适应的调蓄空间；能否
基本维系河流生态系统的协调平衡；能否有效发挥河流的综合服务功能。冯普林针对渭
河面临的洪水、水污染等健康问题，建立了包含 11 个指标的渭河健康生命评价指标体
系。陈以确以福建省的河流为背景，提出了“三维持三维护—模式”，的河流健康生命指
标体系。耿雷华等从河流的功能出发评价河流健康，建立了包括河流的服务功能、环境
功能、防洪功能、开发利用功能和生态功能等 5 个准则层 25 个指标的河流健康评价指
标体系，并采用层次分析法和评分法建立了河流健康的评价模型。林木隆等提出了由河
流形态结构、水环境状况、河流水生物、服务功能、监测水平等 5 大类 20 个指标组成
的珠江流域河流健康评价指标体系。
在黄河和长江两大河流上，建立河流健康(生命)指标体系的工作也受到了重视。长
江水利委员会在 2005 年 4 月正式出台了由总目标层、系统层、状态层和要素层构成的
健康长江指标体系。该指标体系以河流的整体管理为目标，以流域为评价单元，反映了
健康长江管理关注的总体内容和管理目标。刘晓燕等提出了包括低限流量、河道最大排
洪能力、平滩流量、滩地横比降、水质类别、湿地规模、水生生物和供水能力等几个因
子的黄河健康生命指标体系。
赵彦伟等、殷会娟等、张可刚等提出了包含水量、水质、水生生物、物理结构和河
岸带 5 大要素的河流健康评价指标体系。张凤玲等建立了以城市水环境改善为目标，包
括水文特征、水环境质量、水生态系统结构与功能、水滨空间结构、景观效果、胁迫因
素等 6 方面内容的城市河湖生态系统健康评价指标体系。
由于河流健康评价指标体系涉及的研究领域较宽，内容较多，制约河流健康的因素
以及相互之间的关系也较为复杂，因此河流(生命)健康评价目前还处于一个起步阶段，
现有的评价理论和方法都有待于进一步完善。
综上所述，我国的河流生命健康评价还处于起步阶段，无论是在指标体系的建立还
是在评价方法的构建方面都有待于进一步的完善，现有的河流生态评价指标体系在结构
上基本沿用了 ISC 的指标结构模式。
国内外研究对比
国外的河流健康评价反映的是河流生态状态的优劣，较少涉及河流对人类的服务功
能。评价指标主要包括生物指标和栖息地环境指标。河流的水质污染、水文状态和物理
结构的改变、外来物种的引入等引起的生态状态的恶化都会在河流生物的结构和功能上
有所反映，因此生物指标成为了河流健康评价的主要指标。常用的指示生物包括鱼类、
底栖无脊椎动物和着生藻类等。对于生物指标，如果只使用单一指标，当外界干扰在更
高层次上对生态系统的结构和功能作用而没有造成物种变化时，这一方法就会不敏感。
采用不同生物组织层次上的多个指标可反映这种变化。
美国的生态完整性指数 IBI 通过对鱼类类群的组成和分布、种多度以及敏感种、固
有种和外来种等方面变化的分析，来评价水体生态系统的健康状态，共采用了 12 项指
标。对河流栖息地状态的评价指标是河流健康评价的又一类重要指标。河流的生物状态
很大程度上决定于栖息地状态，因此对栖息地的评价是生物评价的一个合理替代，关键
在于选择的指标和生物的关联是否确定。
栖息地的控制因素包括水流状态、河道结构、地貌、水质、河岸带、基质、人类干
扰等。用于水流状态评价的指标包括水深、流速、流量等；河道结构指标包括河流的蜿
蜒度、深潭和浅滩等不同地貌形态的数目及范围、人工建筑物等，河流形态的多样性是
生物多样性的基础；水质指标包括 pH 值、溶解氧、浊度、电导率等，是水流污染程度
的直接指示；基质指河底材料的组成，例如卵石、砾石、沙土等，为鱼类提供了产卵和
遮阴场所；河岸带指标包括河岸的宽度、植被的完整性、覆盖率、连通性、外来物种比
例等；人类的干扰包括外来物种引入、渠化、抽取地下水、土地开发等。
国内河流健康评价由于通常将河流对人类的服务功能纳入在内，所以指标选择通常
还包括防洪能力、通航能力、发电能力等方面的指标。
表 1-2 综合评价法中涉及的评价内容
河流健康综合评价方法的指标评价内容
方法
应用
地区 水文 水质
物理
结构
河岸
质量
水生
生物
防洪
景观
休闲
社会功能
RBPS 美国 √ √ √ √
NWQI 美国 √ √ √ √ √
SERCON/
RHS
英国 √ √ √ √
RCE
美国、瑞
士、意大
利
√ √ √
IAEQ
澳大利
亚
√ √ √ √
ECVS
澳大利
亚
√ √ √
SRS
澳大利
亚
√ √ √ √
ISC
澳大利
亚
√ √ √ √ √
GRS
澳大利
亚
√ √ √
HPM
澳大利
亚
√ √
赵彦伟 中国 √ √ √ √ √ √
张可刚 中国 √ √ √ √ √ √ √
需要进一步研究的方向
河流健康的研究还是一个相对较新的领域，在理论和方法上都有待于进一步的完善。
河流健康涉及内容较多，从自然因素到社会因素，从河流、水生生物到人类社会，导致
了河流健康研究的复杂性，对其研究需要结合不同学科的知识。就研究现状分析，还需
要在以下方面开展进一步的工作。
(一)关于河流健康的定义
在自然环境日益恶化的情况下，河流健康概念的提出，为河流管理设立了一个目标，
但由于河流健康涵义的不明确，使河流健康概念很难获得实际应用价值。从河流管理的
角度考虑，进一步明确河流健康的涵义有重要的研究意义，而明确河流健康概念，首先
要明确河流健康的定义主体，判断河流生态系统和河流两种定义主体，哪一种更能体现
河流健康的内涵及思想。其次，需要明确河流健康包含的内容，在河流健康定义中具体
考虑哪些自然生态价值和社会价值。河流在自然环境和社会环境中都扮演着重要的角色，
作为河流管理对象的河流不仅仅是具有水文特性和水力特性的河流，还是具有生命特性
的河流，更是人类社会发展的基础条件，这些在河流健康的定义中都应该有所体现。最
后还要考虑以长怎样的方式处理不同利益体之间的关系。
(二)关于河流健康评价的研究对象
对河流健康的评价存在两种不同的方法，一种以河流生态系统作为研究对象，分别
对河流的生态状态和服务功能进行评价;一种以河流作为研究对象，对其功能进行评价。
以生态系统作为研究对象的评价，由于服务功能不是生态系统的本质属性，导致不能将
二者统一在同一指标体系中，对服务功能的评价也主要从价值的角度进行，而不能直接
对功能进行评价。从这方面比较，以河流作为评价对象可以很好地将对生态的评价和服
务功能的评价整合在同一指标体系中，因此，以河流作为评价对象更合适，但是否以河
流作为评价对象就是最好的选择，这些都有待于进一步的研究。
(三)河流健康综合评价的内容和方法的研究
在河流健康综合评价方面，国内外学者都进行了探讨，其中针对河流生态系统的评
价有较完善的评价方法，但在内容上主要集中于河流生态状态的优劣。针对河流的评价，
理论上可同时反映河流自身及功能的健康，但现有的研究还多数停留在指标体系建立阶
段，在指标的量化和指标结果的综合方面还有待于进一步的工作。因此，在现有的研究
状态下，河流健康综合评价的内容和方法还需加以完善。
(四)河流健康诊断体系的研究
目前在河流健康诊断体系方面的工作还主要集中在河流健康的综合评价方面，只可
分析河流健康状态的优劣，不能判断河流健康的主要影响因素，而从河流管理的角度考
虑，如果能通过评价确定主要的影响因素，将使河流管理措施的制定更具有针对性，并
能为河流的修复工作提供有价值的信息。从河流管理的需求考虑，河流健康诊断体系在
内容和方法方面都有待于进一步的完善。
(五)河流健康理论构架的研究
河流健康研究涉及水文学、水力学、生态学、地貌学等不同的学科，各学科的研究者们从学科
自身角度对河流健康进行探索，研究工作和内容相对比较分散，而河流健康的维护也需要各个学科
的协同作战。河流健康研究理论构架的建立将有利于协调各学科的研究工作，合理地、综合地应用
各学科的研究成果。
河流健康分尺度评价的意义
河流健康的研究尺度是指用于河流健康研究的空间尺度和时间尺度，即研究采用的
空间分辨率和时间单位。尺度标志着对研究对象细节的了解程度，尺度选择不同，会导
致科学对河流健康各组成因素间相互作用规律的不同认识，影响研究结果的科学性或实
用性。
对河流的开发利用和管理行为都是在一定的空间范围内进行的。影响河流健康的主
要因素、决策者的总体目标、管理行为都与空间尺度有关。考虑河流健康的研究内容和
人类的影响作用，用于河流健康研究的空间尺度可选择面尺度、线尺度、点尺度。
河流系统可作为河流健康研究的一个空间尺度。河流鱼类中的河海泪游鱼类、江湖
洄游鱼类和河流鱼类在其生命史中需要不同的栖息环境，以河流系统作为研究的空间尺
度，有利于全面维护河流的生物多样性。河流系统组成部分，如干流、支流、通江湖泊
和湿地之间具有关联性特征，每一部分产生的河流健康问题都可能扩展到其它部分，以
河流系统为单位对河流健康进行研究，有利于综合考虑河流的健康问题，达到彻底修复
的目标。
河流是一个管理单元，是河流管理直接针对的目标，河流的水沙调控，水利工程建
设对河流健康影响的分析、在河流上进行的水权分配等都直接面向河流。因此河流可作
为研究的一个空间尺度。河段是河流的组成部分，可根据研究问题灵活选择研究长度。
河流流经的区域，各地的自然环境状态和社会经济条件差异较大，河流的空间变异性特
征较明显。由于河段的尺度较其它空间尺度小，以河段为单位收集资料，可以为河流管
理提供更详实的数据，而适当地划分河段，可保证资料在河段内具有一致性、代表性。
另外，河流管理的具体行为，如工程措施、水功能区划分及管理、河流的修复等都
以河段为单位开展工作，而河流管理的具体措施最终也将落实到一个个具体的河段。因
此，以河段为研究尺度，有利于河流的具体管理。
综上所述，不同的空间尺度各有特点，具体应用需要根据研究的问题选择，可选用
一种尺度或多种尺度结合使用。
本文的主要研究内容
根据上文的分析可见，对河流健康的分尺度研究还比较薄弱，可以做进一步的工作，
本文将开展对河流健康的分尺度评价的初步研究，研究思路如下:
1、研究河流健康以及建立尺度间指标转换关系的必要性。
2、归纳流域的点、线、面三种尺度的划分方法及各尺度的特点、尺度之间的相互
关联。着重研究点、线两个尺度的进一步细分，即生物斑点、工程河段、景观河段和全
河长的概念及其相互关系。
3、分析研究生物斑点、工程河段、景观河段和全河长各尺度的评价方法，建立相
邻尺度间的相同指标及不同指标的转换关系，并筛选指标进行具体转换分析。
2 河流评价的尺度
尺度简介
河流生态状态评价的对象是河流生态系统。在河流的保护和管理中，河流生态系统
被描述为四维空间系统，即具有纵向、横向、垂向和时间分量。在纵向上，河流是一个
线性系统，从河源到河口均发生物理的、化学的和生物的变化。在横向上，河流与周围
的洪泛平原有密切的联系，河岸的植物起着调节水温、光线、渗漏、侵蚀和输送营养物
质、维持水生生物食物链的作用，对河流生物生存具有重要意义，因此河岸带属于河流
健康评价的范围。在垂向上，与河流发生相互作用的范围不仅包括地下水对河川径流水
文要素和化学成分的影响，而且还包括生活在下层土壤中的有机体。生态系统的结构也
会随时间不同而变化，反映出生态系统在时间上的动态性。河流生态状态评价的范围一
般包括河道和河岸带。
从评价对象和评价指标的空间属性关系考虑，评价尺度可以分为三种：面尺度、线
尺度和点尺度，每个尺度下又有几种常用的划分方法（见图 2-1）。其中对于面尺度和线
尺度，按照评价对象的空间大小和代表性，确定了不同尺度的评价层次。
图 2-1 健康河流区划方法
河流评价的空间尺度
图 2-2 河流健康评价的空间尺度
面尺度
面尺度的区划主要是针对流域汇流区二维空间而言的。在健康河流评价指标体系中，
对应面尺度的评价指标有：水土流失比例，森林覆盖率，水旱灾害损失率，农业面源污
染比率，水资源开发利用率，血吸虫病传播阻隔率等等。这些指标的共同特征，是以流
域二维空间为评价对象，指标值能表示一定面积范围内的评价对象的健康状态。
常用的面尺度有以下几种：全球尺度、流域尺度、区域尺度
（1）全球尺度
河流是气候的函数，河流的发生、生命及其演化都紧密地依赖于气候。从气候变化
角度对河流进行研究可以选取全球尺度。河流是全球水循环系统中重要的一环。随着科
学技术水平的提高，人类对全球水循环系统的干扰能力越来越大，温室效应、酸雨等全
球范围的影响作用都会影响到河流系统的健康。只有在全球范围内规范人类的活动，才
能彻底改善环境条件。因此，以全球尺度对河流进行研究有利于从源头上对河流健康进
行维护。
（2）流域尺度
流域是以水为媒介融合起来的自然环境和社会经济综合体。河流的演变状态和各项
功能的健康与否，主要决定于流域面积上的气候、地质地貌等自然条件和社会经济状态。
另外，流域范围在时间上比较稳定，空间边界范围明确，因此可作为河流健康的研究单
元。流域可分为单一河流的流域和一个完整的河流系统对应的流域两种，可根据研究问
题进行选择。
以流域为单位对河流进行研究、修复和管理是目前河流健康维护的一种发展趋势，
如美国的上密西西比河、伊利诺伊河、欧洲的莱茵河、澳大利亚的墨累河等的治理和管
理就是从流域尺度上开展工作的。
（3）区域尺度
区域是某个地区或特定地域的一种泛称，面积可大可小。用于河流健康研究的区域
可以是自然地理单元或社会政治经济单元(即国家管理的行政单元)。区域范围内的政策
法规制度、社会经济活动和城市化规模、人口分布状态等都会对河流健康产生一定的影
响作用。一些战略性的国民经济和社会发展规划也以区域为单位实施。因此，以区域为
单位对河流健康进行研究有利于对河流健康进行调控。
目前常用的有三种分区方法：水资源分区、地貌分区和生态功能区，将河流的流域
细化为指标属性相对独立的面单元，下面以长江为例，简要说明一下这三种常用的分区
方法。
①水资源分区
参照既定的长江流域水资源分区，整个长江流域被视为我国一级水资源分区，其下
共划分 11 个二级水资源分区（见图 2-3），45 个三级水资源分区(见图 2-3)。
图 2-3 长江流域二级水资源分区图
线尺度
线尺度的区划主要是针对河流水系而言的。在健康河流评价指标体系中，对应线尺
度的评价指标有：水系连通性，优良河势保持率，通航水深保证率，防洪工程措施完善
率，水能资源开发利用率等等。这些指标的共同特征，都是以河流水系的一维空间为评
价对象的，指标值表示一定河长范围内的评价对象的健康状态。线尺度的评价层次及其
尺度，可以参考河流水系的汇流特点及其干支流、上下游关系，将河流细化为指标属性
相对独立的线单元。
Ward(1989)将河流纵向即线尺度再分成三个尺度，即全河长、与陆地生态区尺度相
当的景观河段（几十公里到上百公里）和工程河段（一般涉河工程影响范围，几公里到
几十公里），下面分别加以介绍。
（一）全河长
由于河流水流、物质流（营养物和泥沙）和生物流（鱼类等）源源不断，整条河构
成了一个大生境，即河流生物走廊，一些洄游性的鱼和哺乳动物需要全河长的大生境才
能满足其正常的生存要求。例如，相当多的江海洄游性鱼类都要上溯到河流的上游地区
产卵，如长江的中华鲟、北美和北欧的鲑鱼等，研究洄游鱼类需要从全河尺度来进行。
维持河流连续性是保持河流生态系统完整性的基本条件，因此，以整个河长范围作为研
究的空间尺度，有利于全面维护河流的生物多样性。
另外，河流是一个管理单元，是河流管理直接针对的目标，河流的水沙调控，水利
工程建设对河流健康影响的分析、在河流上进行的水权分配等都直接面向河流，因此，
以整个河长范围作为研究的空间尺度，有利于河流的管理。
河流系统组成部分，如干流、支流、通江湖泊和湿地之间具有关联性特征，每一部
分产生的河流健康问题都可能扩展到其它部分，以整个河长范围为单位对河流健康进行
研究，有利于综合考虑河流的健康问题，达到彻底修复的目标。
（二）景观河段
景观是自然地理的概念，一般指包括特定地质和地貌特征的景观，与陆地生态区尺
度相当，从河长方面景观河段可以从几十公里到几百公里，包括同一地貌特征的河段，
例如长江三峡景观、上荆江河段等，从河道特征来看，一个景观河段，其地质、河形和
地貌特征基本相同，构成了中间尺度的河流生境。由于河势和地貌特征类似，其岸边植
被特征和生物栖息地条件也类似，构成河道中尺度生境。研究陆地生物与河流生物关系，
或研究江湖连通关系可以在景观河段尺度上进行。
景观河段生境评价包括区域地质和地貌特征；陆地生态与河流关系，如江湖关系；
河势演变，包括洲滩、分汊河段数量及演变，弯曲河段及江中岛数目；河流横向变化，
如洪泛区或分洪区；支流汇入数；岸边植被变化；大型水库及水利工程影响等。
图 2-4 景观河段示例图
（三）工程河段
工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，
河长从几公里到几十公里，一般包括弯道、直道、主泓、分汊等河道特征，与河流横向
和深度方向共同构成河流小生境。工程河段生境特点与河流横向生境密切相关，是涉水
工程对生态影响研究的基本范围。
工程河段生境评价包括局部河势变化；洲滩变化；生物斑点数；河道横向尺寸变化；
洪水和枯水位变化，如洪水上滩频率，低水位频率；涉水工程影响，如中小水库、桥梁、
码头、引提水工程等。
图 2-5 工程河段示例图
点尺度
河道中天然“障碍物”（如倒木、卵石、漂石、树支、礁石、矶头等）虽然影响航运
和行洪，但从河流生态系统来看，这些“障碍物”可以增加水体的溶解氧，是水生植物的
栖息地，水生动物的避难场，具有重要的生态价值，称为河流的生态斑点。河中生态斑
点越多，河流栖息地越具有多样性，生物也越丰富；反之，生态斑点越少，生物多样性
就越不丰富。
为了方便评价，点尺度的区划主要是针对布设于流域的面上、河道以及湖泊湿地内
的水文、水质和生态等监测点而言的。在健康河流评价指标体系中，对应点尺度的评价
指标有：河水垂直方面物理化学变化，需要统计块石、砾石、倒木数量、岸边植被规模
和结构的多样性等。这些指标的共同特征，都是以观测点的监测数据为评价依据，指标
值表示该监测点表征范围内的评价对象的健康状态。
图 2-6 生物斑点示例图
各尺度的特点
需要强调的是，不同尺度的河流管理及相应的河流健康评价应有机结合并互相促进。
生物斑点微小尺度河流健康是更大尺度河流或流域健康的基础，其健康与否一定程度上
决定了系统整体水平;而流域等大尺度系统状态则影响和限制了小尺度河流、河段等条件。
相应的，基于流域健康信息的流域管理对小尺度河流管理具有指导和规划作用，流
域规划和管理等一方面通过大尺度规划和管理在一定程度上影响并决定河流管理以及
更小尺度的河段整治等的方向和具体对策等，另一方面改变流域或河流健康状况并进而
使得河流管理方式发生相应反馈和调整;而小尺度河段整治和河流管理将通过影响小尺
度河流健康状态使得流域、景观等发生变化，并使得流域管理规划和对策发生转变。
表 2-1 河流健康评价与河流管理的尺度集成
研
究
尺
度
关注重点 时间尺度 管理尺度 评价内容和管理要求
点
强调河流
结构特及
单项指标
短（瞬时
性）
条段整治：
关注点上
问题的识
别和解决
评价内容：系统内部组成要素的动态变化特征，如
河流水质理化参数、生物群落指标以及河流微生境
条件等
管理要求：确保可操作性和敏感性；快速评估
线
关注河流
廊道连通
性及纵向、
横向连续
性
中（阶段
性）
河流管理：
关注中尺
度河流问
题的聚焦
评价内容：结合水质、生物条件等断面指标及河岸
带纵向连续性、河流平面形态等线上指标；关注系
统结构及功能
管理要求：强调综合性和整体性；关注条段的动态
变化；
识别阶段性变化特征及影响因素
面
着重流域
整体及其
生态过程
长（可持
续）
流域综合
管理：关
注大尺度
动态影响
评价内容：考虑地形地貌特征、河网密度等景观尺
度特征；关注土地利用方式、人类活动干扰等指标；
强调社会、经济、自然复合系统的整合性
管理要求：长期系统动态监测；强调综合预警与管
理对策
小节的表述可以看出，点、线、面尺度各有优点，分别从不同的层面上反映了河流
的健康状况：
（1）面尺度
面尺度的河流健康优点在于能从宏观尺度上把握生态系统的动态变化，可以为大尺
度的流域规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据；其不足主要表现为需要尽
可能全面而准确地进行指标选取，其评估方法和评估模型更为复杂，且大尺度调查和评
估往往需要借助 GIS、RS 等技术以及跨区域、多部门、多学科的协作。
（2）线尺度
线尺度的健康评价当前开展较多、研究也较为成熟，其优点在于该尺度评价不仅能
依据断面数据细致、具体地表达河流健康状况，还能结合连续性等因子的评价表征河流
整体的状况，且易于进行比较评价研究，并为宏观决策提供详细信息。其缺陷是评价结
果可能会忽略大尺度环境效应对局部某一要素的作用而产生错误的判断，因此开展线尺
度河段健康研究的同时，应适度关注流域过程等对河流系统的影响。
（3）点尺度
点尺度这种微观尺度上的评价结果具有较好的针对性和可操作性，但由于其受到河
流及流域过程的深刻影响，并不能完全反映河流整体状况，该尺度评价必须与更大尺度
的河流特征以及流域过程相联系，综合考虑点位与断面在河流连续体中的作用和地位，
才能为线尺度与面尺度的健康评价提供基础。
面、线、点尺度间关系简析
为了能较好地与已有的各类观测点相结合，且便于在地理信息系统下构建面向管理
用户的健康评价指标应用体系。点、线和面评价尺度之间的转换，将按照它们之间的地
理属性、几何关系、溯源联络以及必要的权重系数来进行，具体如下：
不同面尺度之间的转换关系
针对尺度的评价指标，可以按照不同分级尺度的面积关系，来转换指标值。例如对
水资源分区，不同级别之间的分区是完全包含的，可以由低一级别分区的指标值，按照
面积权重及其它需要考虑的权重
系数来统计高一级别分区的指标值，计算公式如下：
（式 2-1）
式中 Zi，Ai 表示高一级别分区的指标值及其面积，Zi-1，Ai-1 表示低级别分区的指标
值及其面积，M 为高一级别分区中所包含低级别的分区个数，Ki 为各低级别分区的其
它权重系数（例如人口权重、工农业经济权重等）。
而对于两者不完全包含的面与面尺度之间，例如水资源分区与生态功能区之间、水
资源分区与地貌分区、水资源分区与行政省市县分区之间都存在着不完全包含关系，则
按照面与面之间的几何交割关系来进行指标值转换计算。
例如，当我们来评价整个某个流域农业面源污染状况，可以先根据乡县一级的监测
和调查数据，按照公式 2-1 来统计三级水资源分区的指标值，然后依次统计二级水资源
分区的指标值，最后统计一级水资源分区既整个流域的指标值。
M
Z
A
A
KZ
1j
1-i
i
j1-i
ji
，
不同线尺度之间的转换关系
对于线尺度的评价指标，可以按照不同线尺度之间的几何从属关系，来转换指标值。
一些以河道为评价对象的指标，如水系连通性，通航水深保证率，防洪工程措施完
善率等等，可以由低一级别分段的指标值，按照线性权重及其它需要考虑的权重系数来
统计高一级别分段的指标值，计算公式如下：
(式 2-2)
式中 Zi、Li 表示高一级别分段的指标值及其长度，Zi-1、Li-1 表示低级别分段的指标
值及其长度，M 为高一级别分区中所包含低级别的分段个数，Kj 为各低级别分段的其它
权重系数（例如人口权重、城镇所在重点河段、工农业经济权重等）。
例如当我们评价某个干流防洪工程措施完善率，可以先将整个干流划分为上、中、
下游三个区段，每个区段内再划分不同的景观河段，接着对每个景观河段进一步细化为
工程河段。以工程河段为基准，按照公式 2-2 统计景观河段的防洪工程措施完善率指标
值，再统计上、中、下游三个区段的指标值，最终得到整个干流的指标值。
对于干支流之间的线尺度交换，需要按照干支流之间的交汇方式，来确定不同线尺
度指标值之间的转换关系。该种情况比较复杂，不同指标采取的转换方法也不一样，需
要特殊对待。
点尺度与线尺度之间的转换关系
常用的监测方法都是基于点观测的，如现有的气象、水文、水质、生态等监测，就
是依据布设在流域内的各种观测站来获取点的状态值。当我们评价某一河段的指标状态
值，通常需要将能代表该河段的几个观测站点的状态值，转换为该河段的状态值。这就
是所谓点尺度与线尺度之间的转换，下面分两种情况来讨论：
一是各点之间相对独立、且点与线只存在几何相关的情况，这时就可以采用算术平
均法以及加权平均法等常用的线性插值方法，来将观测站点的状态值，转换为评价河段
的线尺度状态值。
一是当点与线之间还存在溯源关系的情况，如上下游、干支流交汇等情况，这是比
较复杂的，需要针对不同指标值的点线特征关系，来进行转换。
点尺度与面尺度之间的转换关系
当我们评价某一区域（如水资源分区）指标状态值，通常需要将能代表该区域的几
个观测站点的状态值，转换为该区域的状态值。这就是所谓点尺度与面尺度之间的转换，
下面分两种情况来讨论：
一是点与面只存在几何相关的情况，这时就可以采用算术平均法、泰森多边形法、
逆向距离加权平均法等常用的空间插值方法，来将观测站点的状态值，转换为评价区域
M
Z
L
L
KZ
1j
1-i
i
j1-i
ji
，
的面状态值。
二是点与面之间存在溯源关系的情况，这在流域中比较常见，例如某子流域或水资
源分区的出口处泥沙观测站点的监测值，在很大程度上能够反映该子流域的水土流失状
况。因此在这种情况下，可以用出口处的观测点值来表征该子流域的面状态值。
点、线尺度关系详析
本文中将线尺度细分为全河长、景观河段、工程河段，点尺度上主要研究生物斑点，
所以在此详细分析这几个尺度的关系。
全河长是一个比较特殊的尺度，它的范围依据其长度和类型可以由几个景观河段组
成也可以自身就是一个景观河段甚至是工程河段，对其研究过于复杂，所以在本文中暂
且不予详细研究。
景观河段与工程河段
景观是自然地理上的概念，一般指包括特定地质和地貌特征的景观，与陆地生态区
尺度相当，从河长方面可以从几十公里到几百公里，包括同一地貌特征的河段，例如长
江三峡景观、上荆江河段等，从河道特征来看，一个景观河段，其地质、河形和地貌特
征基本相同，构成了中间尺度的河流生境。由于河势和地貌特征类似，其岸边植被特征
和生物栖息地条件也类似，构成河道中尺度生境。工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥
梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，河长从几公里到几十公里，一般包括弯
道、直道、主泓、分汊等河道特征，与河流横向和深度方向共同构成河流小生境。
景观河段更宏观，尺度更大，一般情况下，景观河段是由若干工程河段组合而成的，
相应的，对于评价来说，工程河段的评价结果再综合，与其它景观河段的自身性质相结
合，就可以得出景观河段的评价，所以，景观河段的评价与工程河段的评价息息相关。
具体相联系的评价指标如图 2-7：
图 2-7 景观河段与工程河段评价指标关系图
在图 2-7 中描述的是工程河段评价与景观河段评价指标的大致关系，下面进行详述：
在图 2-7 中，有箭头相连的指标并不一定是具有直接的推导关系，而是小尺度若干
指标再联合与相对大尺度的其它相关指标可以就推导出箭头后的指标状况，这样，就在
尺度之间建立了联系，也为评价和管理提供了方便。
在特定的时间点上来看，景观河段与工程河段的关系就是一个“三维空间”与若干“三
维子空间”的关系。在完成了各个工程河段的评价后，将评价结果在纵向上进行综合，
再加入景观河段尺度上的相对宏观的特定指标，就可以完成对景观河段在该时间点上的
评价。
由于监测的时间点是不可能连续的，所以这也是在时间上离散的评价结果，如果在
时间上，监测的密度够大，那么，依据该河段在时间上的变化规律，进行相应的差值，
就可以让评价结果在时间尺度上连续移动，这样，就完成了景观河段在四维空间内的评
价。
工程河段与生物斑点
工程河段一般指涉水工程（闸涵、桥梁、码头、采砂、堤防加固）可能影响的范围，
河长从几公里到几十公里，一般包括弯道、直道、主泓、分汊等河道特征，这些多样的
河道不仅构成了河流自然的美丽，而且产生了水生生物的栖息地，与河流横向和深度方
向共同构成河流小生境。弯曲的河道高滩和岸边湿地是树木、灌木、鸟和两栖动物的栖
息地；浅滩、水位变动区和浅水区是水生植物、两栖动物、无脊椎动物、幼鱼栖息地；
缓流区是净水鱼类和无脊椎动物栖息地；主泓和副槽是急流鱼类洄游和活动的通道。所
以每个小生度境中都包含若干生物斑点。
由于这种包含与被包含的关系，生物斑点评价与工程河段评价之间也息息相关，具
体评价指标的联系见图 2-8：
图 2-8 工程河段与生物斑点评价指标关系图
在图 2-8 中描述的是生物斑点评价与工程河段评价指标的大致关系，下面进行详述：
在图 2-8 中，有箭头相连的若干指标并不一定是具有直接的推导关系，而是小尺度
若干指标再联合与相对大尺度的其它相关指标可以就推导出箭头后的指标状况，这样，
就在尺度之间建立了联系，也为评价和管理提供了方便。
考虑时间因素在内，对生物斑点的评价可以近似地看成对“线”的评价（各指标值随
时间变化），对工程河段的评价可以近似地看成对一个“四维空间”（纵向、横向、深度
和时间）的评价。
在特定时间点上，生物斑点评价与工程河段评价的关系就是“离散点”与“三维空间”
的关系。所以只要生物斑点的个数多，分布密度大，且对生物斑点的观测详尽，就可以
得出三维空间上若干离散点的数据，再根据河道内各指标在空间上分布变化规律进行插
值，就可以得出整个工程河段的在三维空间上的指标变化情况。
在上述分析的基础上，把时间因素放进来，依据各指标在时间上的变化规律进行相
应的分析计算，就可以完成工程河段在四维空间上的与生物斑点相关的评价。
3 河流健康分尺度评价方法的建立
评价方法简介
常用评价方法简介
对河流生态状态的评价按照所选指标的不同，可分为指示物种法和基于河流栖息地
特征的综合评价法两种。
（1）指示物种法
河流的水质污染、水文状态、物理结构的改变和外来物种引入等引起的河流生态状
态的恶化都会在河流生物的结构和功能上有所反映，因此指示物种被用于河流生态状态
的评价。该方法主要依据河流某些物种的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标
和一些生理生态指标来描述河流生态系统的健康状态。常用的指示生物包括鱼类、底栖
无脊椎动物和着生藻类等。20 世纪 80 年代出现了两种重要的可用于河流健康状况监测
的生物监测方法，即生物完整性指数(IBI)和河流无脊椎动物预测和分类系统(RIVPACS)。
IBI 工作方法是由反映水域生态系统中的生物群落的种类组成、营养结构和个体健康状
况等 3 个方面特征的 12 个指标进行量化后得到 IBI 值，水环境按生物完整性特征划分
出 6 个不同的等级，据实测 IBI 值和评价等级来判断水环境健康状态。IBI 产生于美国
中西部，最初用于鱼类，后又推广到其它生物。美国的许多地区采用 IBI 作为评价溪流
状况的工具以支持水资源计划和决策。RIVPACS 产生于 1977 年英国的淡水生态所的河
流实验室，早期目标是提高保护位置的选择，物种组成类型是其分析重点。RIVPACS
在工作原理上属于预测模型方法。这两种评价方法推广到了许多国家。澳大利亚在
RIVPACS 的基础上发展了适于本国的方法—澳大利亚河流评价系统(AUSRIVAS)，并
于 1992 年采用 AUSRIVAS 法进行了第一次全国水资源健康评价。
指示物种法虽然是评价河流健康状态的常用方法之一，但这种方法也有其不足之处。
很多指示物种具有很强的移动能力，对胁迫的耐受程度较低，与生态系统变化的相
关性较弱，指示物种的监测参数选择不当会给生态系统健康评价带来偏差。就上面两种
方法 IBI 和 RIVPACS 而言，IBI 存在各指标评分主观性较强，指标地域差异大，以及缺
乏有效的统计评判等问题。RIVPACS 对指标数据要求比较高，需要大量的生物数据及
生物与环境变量长江科学院硕士学位论文 3 河流健康分尺度评价方法的建立间关系的
研究作基础，在缺少生物数据及相关研究的地区，该方法的使用受到了限制。
（2）综合评价法
综合评价法在一定程度上可弥补指示物种法的不足，更好地评价河流的健康状况，
因为在这一类指标体系中包含反映河流健康不同信息的指标，能反映复杂河流生态系统
的多尺度、多压力的特征，利于全方位揭示河流存在的问题。
综合评价法中，栖息地是重要的评价内容。河流栖息地是水生生物能够正常繁衍生
息的重要场所，为水生生物群落提供了生命所需的要素，如空间、食物、水源以及庇护
所等，长江科学院硕士学位论文 3 河流健康分尺度评价方法的建立河流的生物状态很大
程度上决定于栖息地状态，因此，对栖息地的评价是生物评价的一个合理替代。许多国
家发展了河流健康的综合评价方法，较具代表性的有美国、英国、澳大利亚、南非等国
家。近年来，该方法在我国也开始受到了重视。
在美国、瑞士、意大利使用的河岸带、河道、环境目录(RCE)采用了河岸土地利用
方式、河岸宽度、河岸带完整性等 16 个特征值用于快速评价下游农业景观地区小溪流
的物理和生物状态，通过对测量位置的每个指标变量打分，参照评分标准确定测点位置
的健康等级，主要用于非点源污染的农业地区。该方法的优点是使用比较简单，不足之
处是评分过程人为主观性较大，准确性不高。
本文采用的评价方法
（一）评价方法简述
本文采用河流健康评价中最常用的方法—综合评价法，它在一定程度上可弥补指示
物种法的不足，更好地评价河流的健康状况，因为在这一类指标体系中包含反映河流健
康不同信息的指标，能反映复杂河流生态系统的多尺度、多压力的特征，利于全方位揭
示河流存在的问题。综合评价法中，栖息地是重要的评价内容。河流栖息地是水生生物
能够正常繁衍生息的重要场所，为水生生物群落提供了生命所需的要素，如空间、食物、
水源以及庇护所等，河流的生物状态很大程度上决定于栖息地状态，因此，对栖息地的
评价是生物评价的一个合理替代。
在美国、瑞士、意大利使用的河岸带、河道、环境目录(RCE)采用了河岸土地利用
方式、河岸宽度、河岸带完整性等 16 个特征值用于快速评价下游农业景观地区小溪流
的物理和生物状态，通过对测量位置的每个指标变量打分，参照评分标准确定测点位置
的健康等级，主要用于非点源污染的农业地区。除了这些生态评价方面的指标，针对中
国本身的特点，本文还添加了河流的服务功能方面的指标，如防洪指标等。
（一）指标的标准化处理
不同类型的指标要可以放在一起进行比较，就必须进行标准化，标准化过程又包括
类型的一致化和指标的无量纲化。
（1）评价指标类型的一致化
对于各个评价指标来说，可能同时存在极大型指标、极小型指标、居中型指标和区
间河流健康分尺度评价方法的建立型的指标，在进行综合评价之前，必须对各个指标进
行一致化处理，使其属于同一类型。以将其它类型指标全部转化为极大型指标来说明一
致化方法。
（2）评价指标的无量纲化
当指标属于同一类型，但由于各个评价指标之间由于各自量纲及量级的不同而存在
着不可公度性，这就为综合评价指标值带来了不便，这就需要对指标进行无量纲化处理，
通过数学变化来消除原始指标量纲及量级不同而对综合评价带来的影响。
标准化处理法：
（二）权重的确定方法
权重系数的确定是综合评价中的核心问题，同时也是最难于确定的问题之一。一般
来说，权重系数的确定可以分为主观赋权方法和客观赋权方法。客观途径建立在系统理
想化程度比较好的情况，在实际评价中，评价对象通常是一个比较复杂的系统，由于受
环境变量影响而表现出模型的非理想化，在综合评价中较少采用客观赋权法。主观赋权
方法的实质就是建立在评价者根据评价指标的相对重要性程度来确定其权重系数，主观
赋权方法建立在评价者对评价对象认识比较充分的基础上，将其对评价对象的认识通过
赋予评价指标不同的权重来反映，应用比较多的是协商赋权法、集值迭代法和层次分析
法。
（1）协商赋权法
协商赋权法就是邀请相关领域专家首先直接对各个指标的重要性进行赋权，计入赋
权表，然后对指标赋权偏离专家组整体意见的专家就其看法进行解释，并由评价者和其
他专家共同对解释做出判断以确定最终权重。具体做法是首先对专家依照赋权表对各个
指标进行赋权，计算第 i 个专家的赋权值与平均赋权值的偏差：
（2）层次分析法
层次分析法（AHP）是由美国匹兹堡大学 教授首先提出的，它用一定标
度把人的主观判断进行客观量化，将定量和定性分析相结合的系统多目标决策方法，适
用于多方案比较排序。具体地说，层次分析法的基本原理是把复杂问题分解为若干层次，
在最低层次通过相互对比得出各因素的权重，通过由低到高的层层分析计算，最后计算
出各方案对总目标的权数，权数最大的方案即为最大综合效益方案。
（三）分尺度的指标综合方法
由于河流健康的组成内容较多，要给予一个较全面的评价，必然涉及众多的指标这
样就存在一个问题:如何对指标进行综合才能给出一个合理的评价结果。要解决这个问题，
需要选择正确的评价方法。评价方法的选取，决定了评价工作的有效性，是评价模型成
功的关键步骤之一。指标集结即是通过一定的数学模型，将单个指标值按照权重“合成”
一个综合值，指标集结方法按照其合成方式不同，可以分为三类，分别是基于指标性能
的集结方法，基于指标值位置的集结方法和基于指标值分布的集结方法，第一类方法以
直观数学表达反映指标的集中方式，比较直观。在指标集结中如何控制权重对评价结果
的敏感性，比较常用的是两种基于指标性能的集结方法，分别是线性加权综合法和乘积
加权综合法。健康河流指标集结的最终目标是实现小尺度健康信息向大尺度评价结论的
综合，从集结过程来说涉及单个指标向某一尺度综合评价的集结和下级尺度综合评价向
上级尺度的集结，一般来说大尺度评价结论具有三种集结路径，分别如下：
（1）路径一
根据路径一（如图 3-1），首先对某一小尺度单指标进行评价，得出小尺度单指标评
价值，根据被评价小尺度所代表的几何尺度在中尺度评价几何尺度上的比例确定该指标
的权重 k（向上级尺度集结以几何尺度作为权重确定依据），得出该指标的中尺度评价值。
对于无法进行小尺度评价的指标，可以直接以中尺度作为最小评价尺度。中尺度单指标
评价值向大尺度单指标评价值的传递按照同样的方式进行。求得大尺度单指标评价值后，
可根据需要选择适当的主观赋权方法来确定权重 i（由单指标评价值向综合评价值集结
以主观赋权法作为权重确定依据），从而完成大尺度综合评价。
图 3-1 基于单指标集结的路径
选择路径一进行指标集结比较适用于精度稍低，但涉及指标较多的评价，一般评价
的起始尺度为中尺度，评价结论隐含了指标健康状况。
（2）路径二
路径二（如图 3-2 所示）第一步的集结方向和路径一一样，均是首先将小尺度的单
指标评价值向中尺度单指标集结，得到中尺度单指标评价值，但之后不再继续向大尺度
单指标集结，而是向中尺度综合评价值集结，得到个中尺度分区的综合评价值，进而向
大尺度集结，得到大尺度的综合评价值。评价结论隐含了各分区的健康状况。
图 3-2 基于混合指标集结的途径
（3）路径三
路径三（如图 3-3 所示）是基于综合评价集结的路径，首先由小尺度单指标评价值向长
河流健康分尺度评价方法的建立小尺度综合评价集结，进而逐级向上，得到大尺度综合
评价。评价结论隐含了各分区的健康状况。
图 3-3 基于综合指标集结的路径
健康评价中各尺度的转换关系
尺度转换总述
指标的转换是建立各级尺度评价之间的关系的一种方法。河流的尺度不同，评价的
重点也各不相同，所选择的评价指标也各有不同，相同的指标使用在不同的尺度上，它
的含义也会产生变化。所以，在河流健康评价中，对应各个尺度选取合适的指标并进行
精确的定义是很重要的一项工作，它是指标转换的前提，并且直接影响河流评价的结果。
指标的转换分析是建立在指标已经选择完毕且给与了精确定义的基础上进行的。
（一）指标分类
图 3-4 相对小尺度和相对大尺度的指标推导关系略图
我们将两个尺度间的所有评价指标进行研究分类，将其分为对应的两大类：
（1）相同指标
有些指标是两个或两个以上的尺度上都需取用的指标，而且在不同尺度上含义基本
相同，这些指标由于其仅仅存在应用尺度上的差异，所以可以进行逐级推导的，我们将
其称为相同指标。
（2）不同指标
除去上面定义的相同指标外，剩下的指标统称为不同指标。不同指标又分为母子指
标和普通无关联指标两类。
①母子指标
由于在各尺度是由小到大，包含与被包含的关系，所以在指标层面上来看，也难免
会出现相对大尺度上的某个指标在含义上涉及到相对小尺度上若干指标的情况，我们把
大尺度上包含小尺度指标的指标称为母指标，把被包含的小尺度指标称为子指标，将这
种指标上的包含关系称为母子关系。
母子指标也是本文研究的重点。
①普通无关联指标
除了相同指标和母子指标外的指标称为普通无关联指标，这种指标不能进行尺度间
的转换，按常规方法进行处理。
（二）不同尺度上相同指标的转换关系
有些指标是各个尺度上都需取用的指标，而且含义基本相同，这些指标由于其仅仅
存在应用尺度上的差异，所以可以进行逐级推导的。例如水质是在每个尺度上都要选取
的指标，也有些指标是其中的两个或两个以上的尺度共用的，如，河道改变程度是工程
河段、长江科学院硕士学位论文 3 河流健康分尺度评价方法的建立景观河段、全河长都
要选用的指标，水系连通性是景观河段和全河长都适用的指标。
对于这些指标，可以用下列方法进行处理：
（1）加权求和
当相邻的两个尺度是使用了相同的评价指标而其它资料不齐全或评价中该指标并
不特别重要是可以采取加权求和的简单方式来计算相对上一级尺度的指标值。
（2）经验公式
若是在以往的观察和实践中，发现某小尺度区域的指标有所变化时，会引起相对大
尺度上的指标呈一定的规律变化，并且总结出了成熟的经验公式，那么在该尺度区域就
可以使用已有的经验公式来进行指标之间的推导。
（三）不同尺度上母子指标的转换关系
母子指标关系又可以分为以下两种加以考虑，即母指标包含的子指标在相对小尺度
的指标集上全部出现的，或者只有若干（大于等于 1）出现，还需要其他补充指标才能
进行推导的情况。
确定具有涵盖关系的指标分为以下几步：
（1）确定相对大尺度上的单个指标是由哪些指标构成的，以下简称为“构成指标”，
这一步的判别依据是已有的广泛采用的公式和方法。
（2）判断“构成指标”有没有落在相对小尺度的指标集上的，如果有，则进行下一
步，如果没有，则说明不存在涵盖关系。
（3）然后确定它与“构成指标”之间的函数关系。确定函数关系是最重要也是最关
键的一个过程，因为这里的函数关系不是一定的，需要结合被评价河流的地理环境、流
量流速、城市化程度等因素再参照现有的各类研究成果来确定需要的函数关系。
（4）关系确定后，再来观察还需要哪些补充指标。
4 结论与展望
结论
河流健康是一个新概念，河流健康评价首先要明确的关键问题就是尺度问题。本文
介绍了河流的尺度划分方法，并分析研究了不同尺度的特点及其评价关系。本文的主要
研究内容及结论如下：
1、从河流健康的涵义及其发展历程、河流健康评价目的来看，从尺度方面研究河
流健康是必要的，尤其是建立尺度间指标转换关系既能够使评价过程更为便捷、评价结
果更为全面准确。
2、流域有点、线、面三种尺度，每个尺度各有其特点，尺度间又紧密关联，本文
详细分析了尺度间的区别与关联。将点、线两个尺度进行进一步细分为生物斑点、工程
河段、景观河段和全河长四个尺度。
3、在分析尺度间关联及区别的基础上建立了相邻尺度间的相同指标及不同指标的
转换关系，进而建立起河流健康的分尺度评价方法，在每个尺度上分别筛选了 10 个指
标进行了具体转换分析。
有待开展的工作
基于尺度的角度分析和评价河流的健康程度无论在理论还是实践上都非常有意义，
但有关该课题的研究目前还处于探索阶段。本文就点、线尺度上的河流健康评价关系进
行了研究，在论文的写作过程中，尽管作者也曾查阅了大量的资料，花费了大量时间，
但鉴于河流健康尺度问题固有的复杂性以及资料等因素的限制，论文取得的成果仅是初
步的。论文中存在的不足及有待于继续深入研究的问题有以下几方面:
1、未能将线尺度上的河流健康评价与到面尺度上的河流健康评价联系起来，降低
了河流健康尺度上的全面性。
2、未能在不相邻的尺度间建立起评价的关联，整个研究的完整性不够。
3、考虑我国各流域、各地区自然、社会、经济状况的巨大差异，因地制宜地制定
每一条河流对应尺度的健康评估标准任重而道远。
参考文献
[1]刘弘.关于人与河流关系的哲学思考[J].科学之友,2009
[2]董哲仁.河流健康的内涵[J].中国水利,2005
[3]RICHARD H N,CHARLES P H. Monitoring river health [J].Hydrobiologia，2000
[4]杨文慧，严忠民，吴建华.河流健康评价的研究进展[J].河海大学学报：自然科学版，2005
[5]唐涛，蔡庆华，刘建康。河流生态系统健康及其评价[J].应用生态学报，2002
[6]张可刚，赵勇，邵学强。河流生态系统健康评价研究[J].水资源保护，2005
[7]MEYER J L. Stream health; incorporating the human dimension to advance stream ecology
[J].Journal of the North American Benthological Society,1997
[8]夏自强，郭文献.河流健康研究进展与前瞻[J].长江流域资源与环境，2008
[9]金光炎，黄道基.水质数量统计·评价·预测与规划[M].北京：中国科学技术出版社，1991
[10]陈静生.河流水质全球变化研究若干问题[J].环境化学
[11]蔡金宝.用水生态指标评价水体生态环境状态-赴德参加“水生态”培训体会[J].北京水利，2004
[12]Biggs R. Intergrating indicators, endpoints and value system in strategic management of the rivers
of the Kruger National Park [J].FreshwaterBiology,1999
[13]Khalid Karim, et al. Review of determination of instream flow requirements with special
application to Australia [J].Water Resources Bulletin,1995
[14]James .. Instream flow studies in perspective [J].Regulated Rivers: Research and
Management, 1998
[15]林超，田琦等编译.美国的环境用水.
[16]Wentzel M W. Two-dimensional fish habitat modeling for instream flow in Texas [D], U. S : New
Mexico State University,2001.
[17]Hughes DA. A desktop model used to Provide an initial estimate of the ecological in stream flow
requirements of rivers in South Afriea [J].Journal of Hydrology，2003
致谢
经过一个多月的时间终于完成了这篇毕业论文，期间得到了宓永宁老师的认真指导，
在此向老师表示感谢，我的同学张现超，宋钰龙，方栋平,姜帆也给了我很多帮助，在此
一并感谢！
