倪晉仁 院士 主講才齋講堂第118講：人與河流

河流系統是最重要的陸地生態系統之一，也是人類文明賴以生存和發展的基礎。在強調人與自然和諧相處的當下，如何處理人與河流的關系成為可持續發展的重要議題。2016年4月28日，北京大學環境科學與工程學院教授、中國科學院院士倪晉仁做客才齋講堂，從環境科學與工程的專業角度，以河流密碼、人河關系、河流診斷、河流治理、治水案例、人水和諧六部分，深入淺出地講述了人與河流的關系。研究生院副院長王天兵主持了本次講座。

“河流之所以重要，不僅因為它在全球水循環中發揮著重要作用，還因為人類文明都起源于河流。因此，我們需要重視人與河流的關系，這也是我們研究河流的原因。”倪晉仁教授從一開始就強調河流在人類文明發展中所扮演的重要角色。他首先對河流進行了定義：“河流是由河流水環境和棲息的所有生物構成的統一整體；河流不僅是水循環的重要路徑，對全球物質和能量傳遞和輸送起著重要的作用，還不斷改變著地貌形態并對氣候產生一定的調節作用。”

倪晉仁分別講述了河流的兩大組成部分——河流水環境與生物群落。氣候和地質是影響河流發育的兩大基本要素。河流作為流域的產物，其發育與發展受制于氣候因子、地形因子、植被因子、土壤因子等流域因子和人類活動因子的共同作用。基于這樣的理解，可以構建“紀、系、統、類、型”五個層次的河流綜合分類結構，“這五個層次疊加起來，就會生成各類河流的密碼，從而從根本上決定了河流的生境條件和生物群落組成”。倪晉仁教授解釋道：“紀是指河流發育的地質歷史；系是指河流所處的地理氣候條件，在熱帶、亞熱帶、溫帶、寒帶等不同氣候帶發育的河流具有不同的景觀；統指向河水補給，包括地下水補給、雨水補給、湖泊沼澤補給和冰川融雪補給等；類指河流流經的地貌單元類型；型則是不同河段呈現的形態。”對這五個層次進行分類編碼，就能確定每一條河流的生境密碼，從而為了解河流特性和開展河流治理提供依據。倪晉仁教授結合具體的河流圖片，深入淺出地向同學們展示了不同系、統、類、型下的河流所呈現的不同景觀與特點。

河流具有泄洪、輸沙、航運、供水、發電、自凈、生態、景觀等功能，這些功能受人類活動的影響，同時也深刻地影響著人類生活與文明發展。實際上，隨著社會經濟的快速發展，近年來人類與河流的矛盾已經非常嚴重。在中國，近30年來有大量河流干涸或出現功能性斷流，尚存的河流也有相當部分因河流物質通量變化而導致基本功能衰竭。倪晉仁教授深入闡釋了水沙變化影響河流功能的原因。河流的水-沙變化趨勢包括九種基本類型，從統計意義上來看，水、沙長期沒有顯著變化（穩定）是一種理想的自然狀態。當流域水土保持、建壩攔沙等人為活動在不同地理條件下實施后，就會有不同的河流水-沙變化趨勢；在濕潤地區的砍伐森林、調水分水、開墾土地、開礦等活動會引起河流水穩沙增，而在干旱地區則往往導致水沙俱增。“水沙通量變化將改變水沙介質中多相物質間的相互作用，從而導致河流橫向和縱向的響應。在橫向響應上，河岸潛流帶與水文的連接作用、與水力的相互作用、與生物的關系都將受到影響；而在縱向響應上，水沙通量變化將導致河流形態的變化，從而改變河流功能。”

人類的干擾惡化了人與河流的關系并導致河流系統出現了許多新的問題。為了對這些問題進行準確的把握，做到“弄清病理、對癥下藥”，需要預先對河流進行功能診斷和系統健康診斷。河流的諸多功能相互聯系、相互影響、相互競爭，任何一項功能受損都會影響其他功能，從而最終影響河流系統的功能健康。為此，倪晉仁教授向同學們介紹了河流診斷的功能層、要素層、閾值層和健康受損狀態層四個層次的河流系統健康狀況診斷體系。此外，倪晉仁教授還向同學們簡介了河流健康的“西醫式診斷”：根據河流紀、系、統、類、型的多維信息進行生境識別與水文-生境的精準模擬，依照水文-生境信息和多秩生物信息建立定量生態模型，深入揭示二者的響應機制，有效服務于河流健康評估。他指出，目前我國已建立了40000多個水文測站和7000多個水質監測斷面，但同步匹配的生物監測信息較少，亟需建立國家河流健康的常態化評估體系。

河流健康狀況診斷是河流治理的基礎。人與河流的關系可概要地劃分為自然和諧、工程控制、污染治理和生態修復四個階段，不同階段河流治理的關注重點有所差異。工程控制階段多以物理指標為主，傳統的治河工程以防洪、航運和取水為目標，主要進行河道整治、堤防工程、建設水庫和蓄滯洪區等；污染治理階段多以物化指標為主，針對不同的水污染類型與程度選擇治理方案；而生態修復階段則以生物指標為主，旨在恢復河流自然生態系統健康。

隨后，倪晉仁教授以長江水系、黃河水系和深圳水系的河流治理為案例，簡單介紹了完全不同的治河思路。他主導開展了長江和黃河主要干支流全物質通量同步監測，提出了黃河河流功能性斷流的概念、診斷方法及其治理策略；分析了深圳快速城市化帶來的水環境結構性問題，從來水、蓄水、用水、排水和納水等方面探索了水環境改善途徑。

河流治理和生態修復的終極目標是實現人河和諧。要達到這個目標，倪晉仁教授認為：首先，需要人們對河流可持續性的認識有一個質的飛躍；其次，要切實關注河流系統的完整性與功能健康；最后，要遵循自然生態發展的規律，重建河流水生態系統的良性循環。他這樣總結河流研究：“雖然河流研究早期多以水為出發點，但是對于多功能河流的研究則要求從物質通量作為新的切入點，在科學上選擇多介質相互作用和物質通量表征為突破點，在應用上關注多過程耦合效應和多維閾值調控。無論如何，研究河流的落腳點最終都是恢復河流系統健康，促進水生態文明建設，實現可持續的河流管理。”