河流在横向上,可划分为两个部分:即①河道;②河岸交错带。
(1)河道形态。河道是由水流及其所搬运的沉积物共同塑造、维持以及改变的。通常情况下,河道的形状可分为V形、U形等,从上游到下游,河道形状差异较大。
图2.9 展示了一个典型河道的断面。倾斜的河堤叫做斜坡;河道最深的部分叫做最深谷底线。河道断面的大小决定了在水流不溢出河堤的前提下,能够经过的水量的大小。河道冲淤平衡和流量是河道最基本的两个特性,也是影响河流的最重要的物理特性,同时也是河流管理者最关心的问题。
图2.9 河道断面示意图
河道平衡涉及到4个基本要素,即①沉积物(Qs);②流量(Qw);③沉积物颗粒大小(D50);④河流的坡面(S)。他们之间互相影响,共同塑造河道的形态[52]。它们之间的关系可以表示为
Qs·D50∝Qw·S
当这四种因素处在平衡状态时,才会出现河道平衡。如果任何一种因素发生变化,平衡就会暂时出现倾斜现象。如果一个变量变化了,在平衡能够维持的前提下,其他的一个或更多的变量就会相应地成比例增加或减少。例如,假设河道坡面增加了(如河道加固),在流量保持不变的前提下,沉积物负荷或沉积物颗粒的大小同样也会增加。同样,如果流量增加了(如流域内的调水),而坡面仍然保持不变,为了保持平衡,沉积物负荷或沉积物颗粒大小也会相应增加。总之,河流为了达到一个新的平衡,在流量增加的情况下,就会侵蚀更多的河堤与河床,输送更大颗粒和更多的沉积物。而对于以基岩或人工水泥型的非冲击性河流的河道而言,因为不能调整沉积物颗粒的大小和数量,就不能满足上述的关系,属于不能适应以上四种变量之间关系的平衡,通常会重新建立起一个新的平衡。
(2)河岸交错带。河岸带、河岸生态系统或河岸边生态交错带,是介于河溪和高地植被之间典型的生态过渡带,具有明显的边缘效应。大多数河流河谷的阶梯都相当平坦,这是因为随着时间的推移,河流不停地在河谷的阶梯上往返运动,这个过程叫做侧向移位。另外,周期性的洪水引起沉积物纵向地移动,并且沉积到河道附近的河谷阶梯上。这两个过程相互交织不断地改变着河漫滩。(www.daowen.com)
水文学上的河漫滩(见图2.10)是低于齐岸水位的基流流量所在的河道附近的区域,在三年中可能有两年的时间都处在被淹没的状态。并不是每一条河流廊道都存在水文学上的河漫滩。地形学上的河漫滩是包括水文学上的河漫滩以及水位在某个频率下达到了洪水高峰期时河道附近的区域(如百年一遇洪水形成的河漫滩)。
图2.10 河岸带示意图
河岸带是一个具有高生物多样性的区域,同时起着通道的作用。在与河流生态系统相联系的群落的组成、多样性和动态变化等方面,河岸带起着举足轻重的作用。河岸带在功能上将上游和下游连为一体,在结构上是高地植被和河溪之间的桥梁,尽管河岸植被复杂多变,在多数情况下呈斑块状分布,但其组成和结构在整个河流连续统中的状况有一定的规律,这是河流连续统理论的重要组成之一。河岸的低草地及河漫滩小水池是鱼类重要的生境,河岸灌木的枝条和根系为鱼类提供食物来源和避难所。河岸带对两栖类和爬行类动物尤其重要,沿河道、天然河漫滩,特别是河漫滩湖泊和小水池等区域,是两栖类和爬行类动物分布较为密集的地区。鸟类常常是水陆交错带的一个象征,许多鸟的生活周期与洪水泛滥有关。
洪水定期泛滥能够为洪泛平原带来营养物质,提高初级生产力,为动物提供更多的食物来源,所以一定程度的泛滥对于维持生物多样性十分必要。河流洪水泛滥平原的自然特征主要由地形条件和水文形态作用决定。随着河谷谷地坡度的下降和宽度的增加,水生/陆生过渡地区变得更加宽广,大量的洪水能淹没整个洪水平原。水生系统的多样性为各种各样的鱼类提供了水生栖息地条件。
河流的弯曲性对鱼类群落的作用十分重要。许多物种在冬天或者洪水期退回到河流拐弯处,栖息在河流或者与河流相连的支流,但是当水位上升的时候,他们迁移到被洪水淹没的湿地植被中去。不流动的浅水地区为鱼苗提供了理想的产卵底层和栖息地。洪水过后不久,底栖动物高密度地出现,并且首先是浮游物种明显地相继出现。不流动的浅水地区也为各种鱼类的鱼苗和幼体提供了最佳的饲养条件。随着地下水位的消退,这些鱼类迁移回河流栖息地,在低水位时,这些鱼类在开放性河流拐弯处或者河流本身的更深的地方汇集[53]。
河流生态的完整性与河道不同连接程度的水体多样性有很大的关系,如河流弯曲系数、河岸边小的湖泊等。由于河流整治以及洪水平原被人类利用等,河道与洪泛平原之间的联系已经大大减少。此外,改变了的水文条件打乱了或者减少了湿地与河道主流系统之间的典型的季节联系。为了避免河流管理的不良影响,河流恢复的重点应放在河道和洪泛平原水体之间的动态连接上来。
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