知识分享丨流域生态修复科学性思考
摘 要：流域生态系统规划已经成为流域相关研究中的重点内容，科学的流域生态系统规划理论和方法为流域的健康和可持续发展提供了丰富的研究途径和思路。基于生态学理论，强调了非生物要素作为生物要素的基础，阐述了水文、地形、土壤等对生态修复的作用。倡导基于自然解决方案的流域生态修复，强烈主张以水文修复作为生态修复的基础，以流域水文规划为主导的多专业协同的流域生态保护及修复方法。建议生态修复首先要理解自然生态要素之间的关系，然后统筹规划流域范围内的生物和非生物要素，并协调人类生活和生态系统保护之间的关系，为流域生态系统的健康、稳定和可持续发展提供科学性解决方案。
关键词：流域生态修复；水文规划；基于自然的解决方案；山水林田湖草；自然修复；自然生态要素；生态规划
1 基于自然解决方案的流域生态修复
目前，流域生态修复已成为我国重要工作之一，基于自然解决方案的流域生态修复提倡依据生态学理论，采用科学系统的规划设计方法进行生态修复的规划设计，即在人工措施的引导下，利用自然规律进行生态恢复及修复。联合国世界自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature）一直以来都在积极倡导基于自然的解决方案，即人类受到大自然的启发和支持，兼顾成本和效益，同时提供环境、社会和经济效益，并有助于增强抵御能力。此方法基于限制因子、干扰演替、地带性分布规律、洪水脉冲、河流连续体等理论体系，在对当地的气候、水文、土壤、地貌、动植物进行科学系统的研究后，通过促进自然因素的影响作用达到生态系统修复目的，以此提供可持续、高性价比、多功能和灵活的生态系统。
近年来，我国开展并完成了多类流域水环境和生态修复项目，并取得了显著成效。但在流域生态修复实践中，仍面临着多专业不能够深度融合的问题，从而导致该类实践未能实现流域整体生态功能最大化的目标。
流域生态修复是一个需由不同领域的科学研究指导进行多专业合作的实践。在规划设计时，流域地表水、地下水、生物多样性、农田、林地等系统需要同步考虑，研究者们要理解土壤与地下水、森林与碳汇、地下水与河流生态基流等自然要素的关联。理解科学原理后再进行规划设计才能打破目前工程项目存在的单一领域工作思维，使规划设计项目由以工程技术优先的工程措施方向转向以调整流域内各自然要素之间相互关系的生态型工程方向，譬如由传统水利改变为生态水利。国务院办公厅也在2021年提出了“遵循自然规律，统筹自然生态各要素，以自然恢复为主，辅以必要的人工措施，增强各项举措的关联性和耦合性”的要求[1]。我国也已经有很多基于自然的成功修复案例[2]。
笔者在大量实践后认识到流域生态修复的基础是流域生态规划，而流域生态规划的基础是流域水文规划。流域生态修复的根本是修复流域水文循环，而流域水文循环需要以水文规划为核心。流域水文规划的基本方法是要了解降雨过程，并将降水在时间和空间上进行规划，土地规划会影响降水在时间和空间上的分布。
2 流域生态修复相关的理论体系
2.1 流域生态学
2.1.1 流域是各种生态系统的叠合
流域生态学的研究对象是流域生态系统，主要分析流域内生物和非生物成分的相互关系。在生态学中，流域是生态学的一个单元，是地貌景观生态单元的载体。这里的地貌景观单元是指由相互作用的生态系统镶嵌构成，常以流域为单位并重复出现的地理特征[3]，其中包含地形、山脉、河流、湖泊、湿地、植被等多种生态系统相互重叠。因此，需要将流域内的山水林田湖草作为统一的生态系统要素管理、规划和设计，尤其需要在国土空间规划中集约使用土地，达到生态价值最大化。
2.1.2 水是影响最大的因子
流域生态系统是动态的、复杂的，水是流域生态系统中的重要元素。由于流域系统会受到降雨和水文周期的影响，且其中所有要素都受到生物、非生物间能量流动和物质交换的影响，各个要素之间的相互作用会影响流域的整体健康[4]。生物因素是指动物、植物、微生物等生命体，非生物因素则包括水、地形、土壤、阳光、空气等，非生物因素决定了生态系统的类型、动植物的分布以及人类的土地利用。
生态学理论认为限制陆生群落初级生产力的因子有光照、二氧化碳、水分及土壤养分，其中水分变化最大，因此对生态系统的影响也更大[5]。在进行流域生态修复时研究者们要充分利用雨水资源，收集并管理雨水，调节水文对场地的影响，并将水作为自然修复的基础。一旦土壤中有足够的水分，土壤中饱含的原生种子就会很快发芽，植被系统则开始修复并逐渐演替，3~4 a内就会初见成效，动物也逐渐出现。鱼类系统大约需要5 a，陆生动物系统的恢复则需要7~10 a或者以上的时间[4]。笔者在长期的实践中充分利用了水这一关键的非生物要素做湿地及矿山类项目的生态修复，并总结了基于水文修复的湿地公园设计步骤[6]。
2.2 基于流域生态学核心理念的的自然解决方案
基于自然的解决方案的原则包括生态系统恢复方法（生态恢复、生态工程和森林景观恢复）；与生态系统相关的方法（基于生态系统的适应、基于生态系统的缓解和基于生态系统的减少灾害风险）；基础设施相关方法（自然基础设施和绿色基础设施方法）；基于生态系统的管理方法（综合沿海区管理和综合水资源管理）；生态系统保护方法（基于区域的保护方法，包括保护区管理）[7]，其中与流域有关的包括自然基础设施NI（nature infrastructure）和绿色基础设施GI（green infrastructure）属于NbS(Nature based solutions)核心概念[8]。具体措施包括流域措施及河道措施，譬如水源涵养管理、滞洪区规划管理、湿地保护与修复、保持河道宽度、河流修复、海绵城市等。基于自然的解决方案尤其有助于应对极端气候下产生的超标雨水并增加城市韧性。其核心是理解水文规划，水文规划的核心是理解水文循环及降雨过程。
2.3 流域水文循环
2.3.1 流域水大循环及小循环
水循环分为海陆间的大循环及陆地内的小循环。有数据显示全球实际每年有4万km3的水流到海里，真正可利用的径流总量只有约1.25万km3[3]。这是由于大多数河川径流位于人口稀少的地区，或以季节性洪水形式出现而难以利用。如果能够将雨水留在流域的土壤、森林、湿地、湖泊内，则可加强流域内的小水文循环过程，加大流域水资源的利用。
流域系统各要素之间有着紧密的关联，因此要保护整个流域的自然要素，如含水层、湿地、地下水、沼泽、小溪、河口、森林、农田及山地。水循环的周期很短，水在大气中的平均循环周期约为10 d，在河流中为20 d，在土壤中约为30 d[9]，土壤内存贮着流域内最大的淡水资源，被称为水银行（water bank）。但人类活动极大地改变了水文过程，因此研究者们需要通过规划设计让更多的雨水存储于土壤，将地表水、地下水统筹考虑，恢复近自然状态下的水文循环。
2.3.2 地下水与地表水循环
流域内的土地是“海绵”，起到了调节地表水和地下水平衡的作用，而河流两侧及流域内的森林、湿地、土壤等都是补给地下水资源的重要媒介[10]。因此需要保护流域中的湿地、湖泊、植被、土壤等要素，以提高流域的“海绵”功能。
降雨时大量的雨水被植被截留，或渗入充满孔隙和有机物的健康土壤中，或流入湿地、湖泊中，溢流的雨水最终排入河流。渗入土地中的雨水经过一段时间后会变成地下水回补河流，这就是河流生态基流的来源。正常情况下，生态基流不应通过人工补水来补充，而是应该在规划设计时通过河流上游的森林保护与植被修复等措施提高流域的水源涵养能力。
水源涵养优劣主要取决于林地枯落物拦蓄降水、土壤储水和林冠层截留降水3个方面[11]，雨水可以为植物供水，经过长期的水文运动，部分雨水逐渐下渗到潜水层，从而涵养地下水。地下水会在不同位置变成泉水、溪流，从而在降雨后长时间为森林、野生动物和人类提供稳定的水源。
与天然次生林相比，原始天然林具有更高涵养水源、碳汇、生物多样性保护等重要的生态系统服务功能[12]。但现实条件下原始天然林的恢复相对较难，因此要尽量恢复天然次生林[10]。这是由于天然次生林富含大量植被和厚的健康土壤层。这个健康的土壤层是森林碳汇和水源涵养最重要的要素。
综上，研究者们需要了解地下水及土壤方面的知识，与地下水专家共同完成地下水规划，再通过土地利用规划，对地表敏感区及植被进行保护及修复，协助地下水回灌。
2.4 河流生态系统的核心理念
在理解了流域生态的基本要素及水分的重要性后，需要对流域水文过程进行更深入的理解，以便提供基于自然的解决方案。比较重要的河流概念包括河流的四维联通特性、河岸带、河流连续体、洪水脉冲等。
2.4.1 河流的四维连通特性
河流具有四维联通特性，具体包含从源头到河口的连通、河流与两岸土地的连通、地表水与地下水的连通以及河流在时间维度的连通。水流从源头到河口的过程中经历多重结构变化。山顶往往是流域的源头，山顶的气温较低，水蒸气变成雨水降落，因此山顶的植被、土壤等自然资源需要被保护[13]。水源纵向的流动会产生源头、转移带、沉积带三个区域[14]。横向的流动过程也会横跨河道、洪泛平原和山坡。河流和溪流不断地与地下水层相互作用，包括交换水源、非生物和生物物质。除此之外，时间也是重要的维度，因为河流和溪流是不断变化的。上述纵向的、横向的和垂直的结构也是随着时间的推移不断变化的系统。
2.4.2 河岸带
河岸带是陆地生态系统与水生生态系统的过渡带，利用河岸带防洪，可以减少加高式河道堤防。河岸带可以控制水土流失、防止河床冲刷、减少泥沙进入河道、利用缓冲带植物的吸附和分解作用，减少来自农业区的氮、磷等营养物质进入河道[15]。河岸带也为鸟类等野生动物提供了栖息地。笔者建议尽量保留河岸带两侧的林下或堤坡的原生植被，并反对建设纯混凝土的主河槽。
增加河流生态性最有效的方法是保证河流廊道及过水断面的宽度。河流廊道存在多种定义， 此处指常水位之外的河岸空间。较为理想的河流廊道宽度为100 a一遇的自然断面， 欧洲有些地方甚至执行200 a一遇的标准。建议我国流域也建立全面的分级河岸带系统， 对自然河流走廊进行规划保护。如果在规划设计中加宽河流廊道，则有条件保护河岸植被及河岸带；增宽过水断面，也更有利于河道防洪达标。建议规划师、 工程师们尽量加宽河流蓝线， 或者在设计阶段将蓝绿空间统筹考虑。
2.4.3河流连续体
Vannote等[16]提出了河流连续体的概念，是指河流生态系统沿着纵向会逐渐变化。从源头到河口，河流纵坡和能量输入方式的变化，导致营养组成不同,从而使得河流内生物群落不同。在此基础上，董哲仁等[17]提出了“河流生态系统结构功能整体性概念模型”，抽象概括了河流生态系统结构与功能的主要特征，既包括河流生态系统各个部分之间相互联系、相互作用、 相互制约的结构关系，也包括与结构关系相对应的生物生产、物质循环、信息流动等生态系统功能特征。
2.4.4 洪水脉冲
周期性的洪水是流域生态系统中常见的自然干扰，对水生生物的群落结构和物种多样性都起到了重要作用。周期性的水位剧烈变化是洪水脉冲的核心特征。洪水脉冲的过程是刺激鱼类洄游、产卵、维持栖息地和提供食物来源的关键要素。水位变化剧烈的水陆交接带是多种动物的生活、繁殖的空间，由于水位的变化为其提供了更多样的生境空间和更丰富的饵料来源，因此水陆交接带具有极高的生态价值[18]。
3 基于自然解决方案的实践经验
3.1 以流域为单位，以流域水文规划为主导的多专业协同规划
以流域为单位进行水文规划既可以减少防洪排涝工程投资，又是生态修复的重要基础。从管理者角度来说，流域水文规划投入成本少、复合经济效益高。笔者长期坚持水文规划与生态水利结合的防洪排涝，尽量减少纯混凝土的防洪排涝工程。水是流域生态系统中能流和物流的载体，在维持整个流域生态系统平衡中占主导地位。流域水文过程是由陆地水文、地下水文过程共同决定的[19]。水文规划需要透彻理解降雨事件，并能通过空间规划，在不同降雨情景下控制雨水的时空分布。
在规划设计时一定要以流域为单位。国外学者经过多年的研究和实践后，认识到以流域为单位的管理可以更科学地统筹各个自然要素之间的关系。1987年美国将整个国家分级进行流域管理，每个流域有一个水文单位代码(Hydrologic Unit Code)。整个分级流域系统有四级，最大的一级有21个流域，用两位数字表示。最小的是8位数字表示的小流域，流域面积从几百到几千平方英里。各个州还可再细分流域，有的州有11位及14位代码，11位代码流域大约359 km2，14位代码流域大约77.7 km2。每个流域都有智慧监测，即时可看到流域的降雨及干旱情况及洪涝灾害的风险。2014年，美国发布了流域工作方法手册[20]（Watershed Approach Handbook）来指导流域综合管理。
3.2 流域水文规划的具体措施
3.2.1 管理每一个小流域并保护上游溪流
在我国，清洁小流域的概念类似于美国的水文单位系统中的第五级，其面积原则上在200 km2左右。流域内大部分的水资源来自上游[21]，这些溪流的健康是反映整个河流健康的重要标志，因此小流域的保护和治理非常关键。美国在2015年发布了《河流和湿地与下游水域的连通性：科学证据的回顾与综合》[22]阐述了源头溪流、上游小溪流以及湿地与下游水体在物理、化学及生物特性上的关联性。
在小流域治理时，亟需采取自然的措施，以生态水利方法及流域综合治理的理念来做小流域的建设，减少人工堤防的修建。这些小流域得到保护和修复后，可以更多地保护水资源，补充地下水。我们需要做好每一个清洁小流域规划，再将所有的清洁小流域一起统筹管理。
3.2.2 连接河流与泛洪平原
自然的河流一般是蜿蜒型且有较宽的泛洪平原。但在过去，人们为了快速排水常常将河流截弯取直。现在我们要意识到“雨水是资源”，让雨水留在流域内。笔者建议借鉴国外标准，规划时尽量保留100 a一遇洪水的河道自然断面[23]，在有洪泛区的地方增加河流宽度，将洪泛区包含在河流蓝线内。如果洪泛区内有农田、牧场或森林，城市管理者和公众也要接受洪泛区内农田、牧场、森林被淹的可能性，允许一些雨水的滞留，增加生态价值并回灌地下水。
泛洪平原可以增加防洪能力，净化水质、提供动物栖息地，泛洪平原同时可以回灌地下水并包含地下含水层[24]。在规划中要尽量多地保护河道两侧的土地和流域内的溪流，以打通地表水和地下水系统之间的连接。
3.2.3 湿地、浅水沼泽和湖泊的保护
流域内具有蓄洪功能的湿地、沼泽、湖泊对水资源利用、地下水补给、生物栖息地保护具有重要意义。湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，土壤浸泡在水中的特定环境下，拥有水生和陆生环境都不具备的生态服务功能，是流域内生态最敏感、最独特、生物多样性最密集的区域。湿地的功能包括净化水质、雨洪调蓄、提供野生动物栖息地、提供生态景观、碳汇价值、回灌地下水等。湿地占全球陆地面积的6%~9%，但其产生碳汇占陆地总量的35%，保护和恢复湿地有助于缓解全球变暖和气候变化[25]。我国已经对湿地保护进行了立法，下一步需要加强湿地图斑的修正，包含更多需要保护的湿地。
3.2.4 增加调蓄湿地及设施
洪水峰值出现的时间和土地性质、土壤性质、植被等生态环境有很大的关系。不同的生态环境会让雨水的渗透时间、滞留时间不同，对峰值出现的时间和洪峰流量也会产生很大的影响。在平坦地区，降雨峰值出现得较晚，而比较陡的流域中，峰值出现得较急[7]。研究表明在河流上游做调蓄湿地可以更有效地消减洪峰[26]。因此笔者建议在合适的条件下多做蓄洪设施，将峰值的雨量储蓄起来再慢慢释放。如修建山塘既可以用于灌溉以减少水土流失，也可以有效消减洪峰。一般来说，排水系统做得越完善的地区，峰值出现得越早；有组织排水系统比较缺乏的地区一般通过地表径流排水，峰值会出现得较晚[7]。
3.3 流域中重点区域的保护
生态极重要区是指那些对土壤保持、水源涵养、防风固沙、生物多样性、产品提供、人居保障具有重要作用的区域[27]，尤其是山顶和水陆交界带区域，在实际规划过程中需要将其完整保留。泛洪平原属于重要生态区应该被保护。从生态系统的角度来说，如果能够将所有像毛细血管一样微小的溪流、湿地、地下水回灌区、泛洪平原等保护下来，就会形成不同的生态斑块和生态廊道，从而提高生物多样性。
在我国以往的高速城市化发展过程中，很多生态要素的价值没有被充分考虑到。笔者建议选择生态本底较差的区域做城市建设，并保护生态极重要区，含农田和泛洪平原，这应该成为国土空间规划基本的原则之一。
3.4 降雨事件、水文分析及城市分级水系统
3.4.1 流域水文规划的计算原理
降雨数据分析是水文规划的基础，即降雨事件、水文、城市分级水系统的计算。笔者希望尽可能多地将降雨储存起来，这就需要我们了解大雨、中雨、小雨在各个小流域的汇水过程。在实际的操作过程中可以把暴雨高峰期雨水径流的流量通过湿地、雨水花园等蓄洪设施储存，待洪峰过后，再将雨水排出，这对消减洪峰，提高雨水利用率、控制收纳水体污染和排水调度都有积极作用。许多大城市的排水系统相对完善，雨水在几十分钟内排空。如果想要提升城市抵御洪水的能力，就要将超出排水能力的降雨暂存在排水系统外，在管线的水位降低后，再让雨水进入管线。以较小设计标准的管网加上雨水调蓄空间来增加更多的防洪排涝能力，这就需要做降雨分析。
流域范围内的防洪排涝是围绕洪峰时间来进行计算的，大流域因为每条支流的长度和面积不同，每条支流的峰值出现时间也不同，在下级河流汇流的时候可以错峰。因此要根据不同的流域地理类型进行水文规划。
3.4.2 分级排水系统的管理方法
水文规划的核心是设计分级排水系统，将小排水系统、大排水系统及雨水水质系统综合考虑[10]，就整个城市雨水系统而言，从小微海绵设施到河流系统规划都会对整个城市的排水系统起到重要作用。
欧美国家一般会通过复合型防洪措施的叠加达到防洪要求，形成城市整体的应对能力。不期待凭借排水系统抵御50~100 a一遇的洪水。笔者认为在流域水文规划中要将河道、海绵设施等城市分级水系统统筹管理，最终目的都是使开发地区尽量接近于自然的水文循环。
3.5 基于自然解决方案的生态型河道
过去，人们认为洪水是自然灾害，以水利工程设施应对洪涝灾害。随着极端气候的出现及超标降雨的频繁出现，各地的防汛抗洪压力不断加大，传统的工程做法及设计标准亟待改变。从孔隙化理论的角度来说，人工的混凝土河道造成去孔隙化，降低生态系统稳定性。而自然的河道则存在着各种各样的孔隙，从而可以为各类生物提供栖息空间。河流生态性设计从非生物因素方面主要是河道的形态，如蜿蜒的河道、漫滩、深潭、泻湖等；自然的水文条件方面，如流速、常水位、枯水位、周期性的洪水脉冲等；自然的河道河床和驳岸。在此基础上笔者提出以下方法。
3.5.1 蓝绿空间统筹规划
河流蓝线和绿线是城市规划的控制要素，在防洪排涝工程规划和设计中应将蓝绿空间统筹考虑。河流的流量近似等于水面平均宽度、水深、流速三者的乘积，因此，假定在流量、流速不变的情况下，水面平均宽度和水深成反比。在不改变蓝线范围的情况下，工程上通常采取加高堤岸的方法来满足更高的防洪水位，但如果充分发挥蓝绿空间统筹规划的作用，通过加宽河道来确保河道防洪能力，则无需加高堤岸。
3.5.2 增加河道蜿蜒度
笔者在设计中常常将已被裁弯取直的河道重新恢复为曲折蜿蜒的形态，以期恢复其自动力过程[28]。建议拆除河道的混凝土边界，允许河道进行适当迁移，并依据河流空间实际情况建设复杂的河道形态。
3.5.3 增加粗糙系数及河漫滩的植物种植
流速的大小与粗糙系数有关，流速和糙率成反比。在传统河渠中河道两侧水泥抹光，表面光滑，底部为混凝土，这种河道的糙率很低，流速更快。而生态型河道则恰好相反，流速慢的河道中的水力冲刷对堤岸的破坏更小，自然河道也有助于提升生态环境水平。
根据文献数据中河漫滩的实测数据显示，当河床中水流速为0.8m/s左右时，进到河漫滩后流速降到了0.3m/s。这是由于河漫滩有很多植被，植被对流速有很大的消减作用。芦苇、柳树、竹子都有削峰功能，距芦苇地上游端，纵段距离0.8 m处，当水深3.0 m时，可抗约2 m/s的流速；除此之外芦苇还可以削减波峰能量的60%~80%，竹子也可以削减波峰能量的60%~70%，种植竹子可以将流速从2.2 m/s消减到0.4 m/s，当水流到达了柳树种植的地方可以再消减到0.5m/s[29]。由此可见植物可以起到消减流速和波峰能量的作用，同时还有生态价值。
3.5.4 大粒径的石块做护堤
在日本的一项研究中发现，选择20 cm粒径的石块做护堤应对3~5 m/s的流速，选择10 cm粒径的石块可以应对2~3 m/s的流速，石块越大形成的流速越大，导致护堤更陡。因此建议保留卵石作为河道护堤。
3.5.5 保护主河槽的生态性
平滩流量通常被认为是将河道填满到河漫滩或边滩滩缘高度时的河槽流量，一般对应1~2 a一遇行洪标准，类似我国的主河槽概念，其具有非常高的生态价值。但是很可惜常看到工程师在主河槽做硬质化堤岸。在国外的生态修复项目中，平滩流量行洪空间内的河道及两侧的生态修复得到更多关注，避免在主河槽出现硬质堤岸。
3.5.6 自然生态型岸线设计
建议在需要水利堤岸的地方，由工程河堤转向自然河堤，经过计算设计建造生态型防洪河道。尽量保护河边的农业生态用地，允许该区域在雨季被淹没，增加土壤肥力，回灌地下水。笔者从国土空间规划的角度提出2种管理方法:第一，允许该区域进行耕种，但并不把该区域划归为农业用地;第二，将其划归为农业用地，但在雨季允许该区域被淹没，保留其生态性。
3.6 流域水质管理与农业土地健康
我国流域水质管理的做法是分流域考核，有的河道水质污染超标，有的河道水质非常好，平均后很多国考、省考断面关键指标可以达标。河道中的潜流层（砾石层）有很强的净化作用，同时河流廊道能有效去除污染物及截留沉积物[30]。但是河流的自净能力需要很长的时间、空间才能起作用。国外研究显示，河道在经过污水厂排污流动一周后（约80 km），水质及生物量才可能恢复至排污前[2]。
此外，城市及农田的面源污染是我们下一阶段需要解决的问题。建议充分利用海绵城市及蓝绿空间融合的方式解决这一问题。农田面源污染小部分是地表径流污染，大部分是经过淋溶进入地下水的氮污染[6]。对此，需要对农业进行土壤健康管理。
研究表明，河岸带的林地能够去除农业污染流入河道的地下水中的大部分硝酸盐,因此河岸带植被对去除农业面源污染有着积极作用[14]。其中7.6 m宽的河岸带对降低地表径流和地下水渗出中的氮、磷起到有效作用，宽度达到16.8 m则可以做到减少沉积物。当宽度达到20 m时可以减少60%~70%以上的氮，达到30 m可以减少85%的总氮和氨氮[31]。河岸边的原生植被具有良好的水土保持功能，且对氮、磷的吸收和水质净化起到积极作用[32]，河流中的沉水植物及附于河卵石表面的微生物膜可以有效降低水中污染物的含量。
我国在完成黑臭水体的治理后，下一步水质提升的任务同样艰巨。投入设备和梳理管网等工程手段无法持续保证地表水四类或者更好的水质。需要更系统的水质统筹譬如“每日最大总污染物负荷法”及利用自然界的生物处理能力来提升水质，譬如河流的自净能力、湿地、植被、土壤、海绵设施等对面源污染物进行去除。
“每日最大总污染物负荷法”是美国管理水质的一种方法。这个方法根据水体目标，分析水质及水量，将每日可以承受的污染物量分配给面源污染及点源污染，由此决定每条支流的水质要求及治理方案。局部地方水质可以劣于考核段面的要求，譬如美国的污水处理厂在下游有很大河流自净能力的情况下允许出水水质劣于我国的一级标准。从欧美其他国家来看，面源污染是未来水质进一步提升的主要压力，会影响生物多样性进一步提升。一般来说，水质越好，生物多样性越高。目前国际上一般以大型无脊椎动物作为水质的指示物种。
水质提升的下一个阶段则要充分利用海绵城市及河岸带的功能，其中城市建成区的面源污染去除主要利用海绵城市的功能，而乡村区域则主要利用土地管理及和河岸带管理的功能。海绵城市实践下一阶段的目标应包含面源污染的去除及韧性城市建设。雨水污染物的去除是澳大利亚水敏感城市设计的主要目标之一，而北欧一直在使用蓝绿系统融合来提高城市韧性，解决超标雨水的防洪排涝问题。土壤是植物和微生物的能量循环和物质流动的环境。农田除了基本的生产功能外，同时提供养分再循环、碳汇、水分调节、水体质量、生物多样性及栖息地、空气质量调理、疾病缓解等生态服务功能及农业休闲等娱乐功能。土壤退化和城市化是土地资源减少的主要原因。实际规划设计中，农业用地因其对土壤质量、保水能力等具有特别高的要求，应优先被保护。农业种植的方法对地表及地下水水质产生很大影响。国际上的研究表明无翻耕种植、混合种植、土壤覆盖植被不裸露等做法可以大幅提升土壤健康并且提高农田产量[6]。
3.7 廊道宽度及栖息地的大小是保护生物多样性的核心要素
流域内的生物多样性保护原则依据Forman提出的景观生态学理论“斑块-廊道-基质”模式[33]。建设原则为“目标物种及生态廊道的位置和宽度是规划的核心”，生态廊道越宽越好，以满足多种生物的迁徙和生存需要；流域规划需要建立包含本土物种的栖息地体系，并要充分考虑山脊栖息地、高地栖息地、湿地栖息地及水生栖息地；建议每个国家公园的面积不低于数百平方公里，以满足大型及濒危物种的栖息要求。
此外要优先保证目标物种扩散廊道的宽度及位置。在目前的一些规划中，经常可以见到几十米宽的生态廊道，实际上这种尺度的生态廊道规划价值不高。大型哺乳动物需要的廊道宽度至少在1 km以上，其生存领域面积也在几十到上百平方公里[34]。但由于自然干扰或人类活动，大面积连续分布的栖息地被分成多块小面积且不连续的小斑块，导致野生动物种群数量减少，甚至某些种类在小斑块中消失。在自然保护区以及生物栖息地的保护与规划中，基于岛屿生物地理学理论，假如每个小保护区支持同样的物种，我们可以将多个小面积的保护区合并为一个大的保护区以容纳更多的物种。但是如果每个保护区的保护物种是异质性的，则需要保留若干个不同的保护区，其总体的保护效果超过一个大的保护区，能容纳更多的物种[4]。
河流两岸的规划设计要考虑生物对栖息地、廊道的宽度要求。生物多样性敏感区及其廊道是重要物种的栖息地和基因廊道，宽度至少应为 1 km[32]，且需要在道路穿过栖息地和廊道的区域增设生态桥梁和生态箱涵。此外，笔者在之前的研究中就提到建议不要在河流两侧规划连续的机动或非机动车道，以保证生物活动不受干扰。
目标物种是对栖息地敏感度高的物种，即满足了目标物种的需求，也就满足了其他物种的需求。在实际项目中，生态学家一般优先选择1~2种哺乳动物和2~3种鸟类作为目标物种。此外也可以根据场地性质和必要性选择两栖爬行类、鱼类（以洄游性为主）和昆虫类物种。目标物种及生态廊道的位置和宽度是规划的核心，设计中需要预留出充足的动物迁徙和生存空间，又要考虑未来发展需求，集约利用土地。在植物规划中，通过合理设计水文环境和地形，利用土壤中的种子库，让自然做工，自发形成植物的动态演替。
4 结论与建议
针对全球流域尺度的水资源保护和气候危机等环境问题，科学性的流域生态系统规划的理论和方法对流域的健康可持续发展提供了丰富的研究途径和思路。以生态要素研究为本底，将整个流域范围内的生物和非生物要素统筹规划，协调人类活动和生态系统保护之间的关系是当下的重要课题。
流域是各种生态系统的叠合，因此河流治理要与河岸带的土地关联，这是流域生态修复关键目标。理解生态要素之间的关系，对流域生态规划及生态修复大有裨益。用基于自然的解决方案做防洪排涝项目，可以提升生物多样性，因为生物多样性与水文、土壤、地形、植被等要素强关联。除此之外，农业用地具有很高的生态价值，可以作为生物多样性的重要组成部分。为了科学地规划设计，各专业人士需要理解流域内生态功能之间的关系，理解山水林田湖草沙等自然要素之间的关系，各领域的科学家和工程师在协同规划后，可以集约使用生态用地，从而释放出更多的建设用地、农业用地，提高项目的经济性和生态效益的最大化。
