馮順新，廖文根，王俊娜，楊青瑞

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120）

1 研究背景

天然河流一般存在水深較淺、水流較緩、岸線較為曲折的近岸水域，這種水域雖然沿程寬窄不一，但一般呈現(xiàn)為連續(xù)的條帶狀結(jié)構(gòu)，可稱之為“近岸帶”。近岸帶一般水深較淺、流速較低、水溫較高［1］、餌料豐富，產(chǎn)黏沉性卵魚類（尤其是產(chǎn)黏草性卵魚類）往往在近岸帶繁殖，近岸帶也往往被魚類［2-3］以及豚類（如長江江豚）作為索餌場，如監(jiān)測表明長江江豚一般在離岸200～300 m的范圍內(nèi)活動［4］。鑒于近岸水體的重要性，研究者從不同側(cè)面進行了研究，涉及的內(nèi)容包括河流近岸區(qū)（Riparian zone）［5-7］、海洋近岸區(qū)（Coastal zone）［8-11］、潛流帶（Hyporheic zone）［12-16］、水生態(tài)屏障（Water ecological shelter zones）［17］、近岸緩沖帶（Riparian buffer strip）［18-19］、水陸交錯帶（Ecotone）［20-22］、近岸保持力（Inshore retention concept）［1］等。河流近岸區(qū)的研究主要集中在近岸植被［23-25］、底棲動物［26］、魚類及豚類棲息地條件［4，27-28］、土地利用［29］、水質(zhì)變化［30-33］、管理及風(fēng)險評價［34-35］等。河流近岸帶的空間位置和尺度除了隨水文條件的變化而變化外還受河流地貌的影響。此外，由于河流水質(zhì)、河床底質(zhì)、床面生物分布等存在空間差異，在近岸帶空間位置和尺度變化時，近岸水體的理化特性、光熱、生物特征以及生態(tài)功能也會隨之變化。顯然，近岸帶變化過程（可稱為近岸帶漲落）包含著較水文過程更為豐富的信息，從近岸帶概念出發(fā)研究河流生態(tài)系統(tǒng)的漲落，較基于水文過程進行研究更有優(yōu)勢。

對水文過程生態(tài)學(xué)內(nèi)涵的研究是河流生態(tài)學(xué)研究的中心內(nèi)容之一，在對水文過程的認識方面已發(fā)展了不少理論，如河流連續(xù)體概念［36-37］、串聯(lián)非連續(xù)體概念［38］、洪水脈沖理論［39］、自然水流情勢理論［40］、近岸滯留區(qū)概念［1］、河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能整體模型［41］、生態(tài)水文季節(jié)理論及生態(tài)標準河流概念［42-44］等，其中對生態(tài)水文組分的研究是重點之一。在之前對生態(tài)水文組分的研究中，往往針對長系列水文過程本身來分析和提取其中具有生態(tài)學(xué)意義的組分［45］或水文過程與生物過程之間的聯(lián)系（“水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系”）［46］；但事實上河流中的水文漲落與水域生境漲落有明顯的區(qū)別，后者綜合反映了水文、地貌、河流形態(tài)、水環(huán)境以及生物等多方面的影響，包含比水文過程更豐富的生態(tài)系統(tǒng)漲落信息。近岸帶漲落是河流生態(tài)系統(tǒng)水域生境漲落的一部分，鑒于其綜合反映了水文、河流地貌、底質(zhì)等因素的影響，有潛力將水文過程映射為更復(fù)雜、包含更多河流生態(tài)系統(tǒng)信息的漲落過程，從另一個側(cè)面刻畫河流生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化特征，并服務(wù)于生態(tài)水文組分的劃分。

對天然河流而言，無論流量大小，河道內(nèi)均存在近岸帶，近岸帶具有沿程連續(xù)性。這啟示我們可從連續(xù)性景觀結(jié)構(gòu)（或“基質(zhì)”）的角度看待近岸帶。當(dāng)前河流生態(tài)學(xué)發(fā)展的重要方面就是其和景觀生態(tài)學(xué)的交叉。景觀生態(tài)學(xué)關(guān)注整體性、格局、結(jié)構(gòu)、尺度間相互作用的特點［47］在一定程度上恰能彌補當(dāng)前河流生態(tài)研究的不足，如何將在陸地景觀研究中獲得了較大成功的景觀生態(tài)學(xué)理論應(yīng)用于河流生態(tài)研究得到了廣泛關(guān)注［48-51］。河流景觀與陸地景觀有較大的不同，主要體現(xiàn)為河流生態(tài)系統(tǒng)具有動態(tài)性、沿程強一維特性、強輸運性、網(wǎng)絡(luò)性等特征［52-53］，將主要基于陸地景觀研究發(fā)展出的景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)概念、理論、方法進行適應(yīng)河流生態(tài)系統(tǒng)特點的改造，闡明河流景觀中的格局、結(jié)構(gòu)以及尺度間的相互作用，是河流景觀生態(tài)學(xué)需要解決的問題。鑒于河流廊道為條帶形態(tài)，在考察河流生態(tài)系統(tǒng)時，對河流水域中具有明顯條帶狀形態(tài)的背景結(jié)構(gòu)如近岸帶、主流帶的漲落進行研究，對推進景觀生態(tài)學(xué)在河流生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

本文基于對河流近岸帶基本特征的認識，首先對近岸帶在定義上進行了拓展，提出了對多種河型都適用的近岸帶（尺度）變化和水文變化之間關(guān)系的概念模型（“水文-近岸帶漲落關(guān)系”），分析了近岸帶和主流帶的河流景觀內(nèi)涵，并以長江上游保護區(qū)干流南溪-江安河段為例，對概念模型進行了初步的量化研究。

2 水文-近岸帶漲落關(guān)系及其內(nèi)涵

2.1 近岸帶的特征及對其定義的拓展 近岸帶是河道內(nèi)一種隨水位漲落而在寬度（面積、體積）以及空間位置上不斷變化的條帶狀近岸水域。對天然河流而言，近岸水域和主流帶的區(qū)分是明顯的?；趯μ烊缓恿鞯挠^察，可認為近岸帶具有如下特征：

（1）近岸帶的水深和流速相對于主流帶較小。在河流自然水文條件的塑造下，天然河流一般呈現(xiàn)出靠近兩岸部位高程較高、主槽高程較低的特征，在岸邊淺水區(qū)河床對水流的阻力更大，流速一般也相對較小。在彎頂或丁壩、磯頭等控導(dǎo)工程下游往往還存在回流區(qū)，這種水域雖然仍有可能局部區(qū)域水深較大（如由于局部沖刷，磯頭附近一般水深較大），但仍屬于近岸水域。

（2）近岸帶往往具有獨特的生物分布特征。近岸帶一般流速低、水深小，其泥沙（某種程度上也代表營養(yǎng)物質(zhì)）沉積特性、光熱特征（如水體透明度、水溫）與主流帶不同；淺水區(qū)往往也是水陸交錯帶，近岸帶底質(zhì)、底棲、浮游生物以及水生植物分布與主流帶顯著不同，進一步導(dǎo)致多種魚類將近岸帶作為其棲息生境。如長江江豚是一種生境驅(qū)動的生物，其在長江江西江段的淺水區(qū)活動很大程度上是因為淺水區(qū)魚類等餌料生物較為豐富［4］。

對具有復(fù)式斷面的沖積平原河流而言，汛期洪水未漫灘時，主流兩側(cè)水深較淺、流速較小，靠近河岸的區(qū)域可視為近岸帶；洪水漫灘后，灘區(qū)水域水深和流速相對較小，往往存在回流，受床面影響較強，具有與近岸水域類似的特征。

在汛期流量較小的時段或非汛期，由于河道內(nèi)流量和水深均較小，整個河道內(nèi)的水體均可認為在很大程度上具有近岸水體屬性，如水深、流速相對較小，水流紊動較弱，水流受邊界的約束較強，水體光熱條件較好，水域空間就其對生物棲息的適宜性而言與大流量時的近岸水域較類似。為此，可對近岸帶的定義進行拓展，將近岸帶定義為“水深、流速及床面剪應(yīng)力相對較小、河床邊界對水流約束相對較強、水體光熱條件相對較好的沿河流縱向連續(xù)的沿岸條帶狀水域”。按照拓展后的近岸帶定義，小流量（無論汛期還是非汛期）時的河道內(nèi)水域均可視為近岸帶水域，從而近岸帶可被視為在汛期及非汛期、大流量和小流量時均普遍存在的、沿河流縱向連續(xù)的條帶狀背景結(jié)構(gòu)。按照景觀生態(tài)學(xué)關(guān)于“基質(zhì)”的定義［47］，這意味著近岸帶是景觀生態(tài)學(xué)意義上河流生態(tài)系統(tǒng)的一類基質(zhì)。

在完成對近岸帶定義的拓展后，可從近岸帶的角度建立對不同類型河流水域空間漲落的統(tǒng)一描述。隨著河流水位的變化，近岸帶的尺度和空間位置也會變化，近岸帶空間尺度（如河道斷面內(nèi)的近岸帶寬度或河段內(nèi)的近岸帶面積、體積等）變化和水位變化之間呈現(xiàn)一種非單調(diào)的映射（函數(shù)）關(guān)系，這里稱為“水文-近岸帶漲落關(guān)系”。對不同類型的河流而言這種關(guān)系具有共性。

2.2 不同類型河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系 一般認為，沖積平原河流可被劃分為四種類型：順直型、彎曲型、分汊型和游蕩型（辮狀）［54］。在長江流域，由于其獨特的邊界條件，還發(fā)育有一種平面形態(tài)與一般分汊型河道有較大不同的鵝頭型分汊河道［55］，在這里仍將其納入分汊河道的范疇。

2.2.1 順直/微彎河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系 順直/微彎的沖積平原河流一般具有復(fù)式斷面和U型主槽，對該類河道，近岸帶特征尺度（河道橫斷面內(nèi)的近岸帶寬度）隨水位的變化而變化的概念模型如圖1。

圖1 沖積平原順直/微彎河道水文-近岸帶漲落關(guān)系（陰影部分為近岸水域）

（1）當(dāng)河道內(nèi)流量為零時，近岸帶寬度為零。

（2）當(dāng)河道內(nèi)流量逐步增加時，由于流量較小，水深、流速和床面剪應(yīng)力也較小，全部河寬水域均具有近岸水體特征，屬于“近岸帶”，近岸帶寬度等于主槽寬度B。此時近岸帶寬度隨著流量的增加而急劇增加。

（3）當(dāng)河流內(nèi)流量增加導(dǎo)致主槽內(nèi)水深加大、但水流尚未漫灘時，由于河槽為U型，近岸帶表現(xiàn)為主槽內(nèi)左、右兩側(cè)較窄的條帶。此時近岸帶寬度相對于主槽寬度B大幅度減小。

（4）當(dāng)河道內(nèi)流量繼續(xù)增大，使水流漫灘、但漫灘水深較小時，灘面對水流的約束較強，整個漫灘區(qū)域可認為均屬于近岸帶，從而近岸帶寬度急劇擴大。

（5）大洪水使得水流漫灘水深也較大時，灘面對水流的約束減弱，近岸帶再次縮減為復(fù)式斷面河道兩岸的近岸水域，近岸帶寬度再次變小。

2.2.2 彎曲河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系 彎曲型河道近岸帶的形態(tài)和彎道的曲率有關(guān)。對曲率較大的彎道，近岸帶除了包括河道兩側(cè)的淺水水域外，還包括由彎道凸岸所掩蔽的水域。彎道的近岸帶尺度（這里表現(xiàn)為彎道內(nèi)近岸水域的面積）和水位之間關(guān)系可用圖2所示的概念模型來描述?？梢?，在本文的近岸帶定義下，彎曲型河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系曲線同樣具有雙峰特征。

圖2 彎曲型河道水文-近岸帶漲落關(guān)系

2.2.3 分汊河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系 分汊河道可視為由彎曲方向相反的兩個彎道拼接而成。對分汊河道而言，在洪水淹沒江心洲后，淹沒水深較小時，洲上水域也可視為“近岸區(qū)”；淹沒水深較大時，洲面流速變大，洲上水域不再屬于近岸區(qū)。分汊型河道的水文-近岸帶漲落關(guān)系和順直/微彎型、彎曲型河道是類似的，但由于各汊道深泓線高程一般不同，低水位時的映射關(guān)系可能更為復(fù)雜（圖3）。

圖3 分汊型河道水文-近岸帶漲落關(guān)系（陰影部分為近岸水域）

上文針對沖積平原河流討論了近岸帶尺度隨水文過程的變化。研究表明，魚類對具有V型斷面山區(qū)河道的主流區(qū)及主流區(qū)之外的水域具有明顯不同的生境利用模式［56］，有些魚類選擇主流兩側(cè)流速相對較緩的水域底層作為棲息場所［57］，說明山區(qū)河流也存在明顯的近岸水域。此外，對人工渠化河流，若河流具有直立邊墻（如諸多城市河流），則僅在河流水深較小時具有本文所定義的意義上的近岸帶（全部河寬），當(dāng)流量較大時，河道內(nèi)缺乏近岸帶，生境十分單一；若河流具有梯形斷面，則由于河流缺乏洪泛灘區(qū)，相應(yīng)的水文-近岸帶漲落關(guān)系曲線僅具有第一個峰值。從某種意義上說，上述具有雙峰的水文-近岸帶漲落關(guān)系主要反映自然河流的特征。

2.3 河流近岸帶的界定 實現(xiàn)水文-近岸帶漲落關(guān)系的應(yīng)用需要對近岸帶的范圍進行界定。需要注意的是，近岸帶尺度和河流尺度很可能是相關(guān)的?！敖丁笔莻€相對于“主流”的概念，大江大河近岸帶的尺度和小河的近岸帶的尺度是不同的，小型河流不因為小而缺乏主流帶，大型河流不因為大而缺乏近岸帶?？偟膩砜矗瑢稁?yīng)綜合考慮河流尺度、河道內(nèi)水域的水深、流速、平面流態(tài)以及生物特征等進行界定。

2.4 水文-近岸帶漲落關(guān)系的生態(tài)學(xué)內(nèi)涵

2.4.1 近岸帶是河流水域中最具有時空連續(xù)性的基質(zhì) 景觀生態(tài)學(xué)在河流生態(tài)研究中得到了越來越多的重視［51，58-59］。景觀的概念是在對陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究中建立的。對陸地景觀而言，組成景觀的結(jié)構(gòu)單元不外乎三種：基底、斑塊、廊道［47］。當(dāng)前，在關(guān)于河流景觀的研究中，對斑塊、尺度及等級關(guān)系等已進行了較多的討論［60-62］；對廊道等主要從連通性的角度進行研究［49，52，62-63］，未見從景觀的角度對河流中廊道的研究；對河流生態(tài)系統(tǒng)中是否存在基質(zhì)則基本沒有涉及。景觀生態(tài)學(xué)中的基質(zhì)指“景觀中分布最廣、連續(xù)性最大的背景結(jié)構(gòu)”［47］。

在河流中，仍存在在縱向條帶狀、具有較強時空連續(xù)性的背景結(jié)構(gòu)。河流廊道本身是條帶狀的，主流帶、近岸帶、河岸帶也是縱向連續(xù)、條帶狀的。事實上，河流水域沿橫斷面方向一般可劃分為主流帶（水深和流速均較大的帶狀結(jié)構(gòu)）和近岸帶（水深和流速較小的帶狀結(jié)構(gòu)，包括回水區(qū)等緩流水域），按照本文拓展后的近岸帶概念，河流的近岸帶很明顯是在河流中分布最廣、在時間和空間上連續(xù)性均最大的背景結(jié)構(gòu)。鑒于近岸帶無時無刻不存在，可認為近岸帶為河流水域中最基礎(chǔ)、最具有一般性的基質(zhì)。河流水域在近岸帶之外為主流帶，主流帶的出現(xiàn)體現(xiàn)為河道內(nèi)流量增大時在近岸帶這一“基質(zhì)”上出現(xiàn)的“突變”，亦即近岸帶的破碎和一種新的基質(zhì)（也是新的生境）的涌現(xiàn)。在小流量（如非汛期的情形）時可認為不存在主流帶。總體上看，近岸帶、主流帶、河岸帶、河岸帶兩側(cè)的帶狀高地可認為是河流生態(tài)系統(tǒng)中時空連續(xù)性有所不同的幾種條帶狀基質(zhì)。

2.4.2 洪水意味著近岸帶基質(zhì)的“突變” 如上文所述，近岸帶為河流水域最具有時空連續(xù)性的基質(zhì)，而主流帶則體現(xiàn)為汛期在近岸帶中突然出現(xiàn)的區(qū)域（涌現(xiàn)出的新特征）。這提示我們，在思考什么是洪水、什么是生態(tài)流量時，應(yīng)評估相關(guān)水文過程能否創(chuàng)造出這種基質(zhì)的“突變”以及能塑造出什么樣的主流帶基質(zhì)。在考察什么是生態(tài)流量時，可能需要思考如下幾個問題：（1）“洪水”是否就是這種能使河流中出現(xiàn)主流帶的水文過程？（2）水文過程的相似除了意味著水文過程波形的某種相似外，是否也應(yīng)包括近岸帶、主流帶等基質(zhì)格局及變化過程的相似？（3）不能使河流中出現(xiàn)主流帶的流量過程，如所謂的“生態(tài)基流”［64］，是否可稱之為生態(tài)流？對上述問題的回答有利于加深對生態(tài)流量及其管理的認識。

2.4.3 水文-近岸帶漲落關(guān)系提供了一種新的描述河流生態(tài)系統(tǒng)漲落的方式 當(dāng)前對河流景觀的認識仍強烈地受陸地景觀生態(tài)學(xué)靜態(tài)觀點的影響，基于河流地貌的景觀單元定義和河流景觀格局劃分［53，60-62］，采用的是固結(jié)于地球的坐標系，使用的是一種適用于陸地景觀研究的靜態(tài)的觀點，未能較好地反映水域生態(tài)系統(tǒng)中水體空間隨水文漲落而變化的特點，未能充分反映河流的網(wǎng)狀及準一維特征。這種描述采用的仍是一種將水文變化視為對水域生態(tài)系統(tǒng)的“干擾”、而非水生態(tài)系統(tǒng)賴以依存的空間的視角，不利于建立對不同類型河流生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一描述。

任何自然河流均存在動態(tài)變化的主流帶、近岸帶。因此，可改變以往將坐標系固結(jié)于地球的、靜態(tài)地看待河流生態(tài)系統(tǒng)的觀點，在描述河流生態(tài)系統(tǒng)時不再使用諸如主槽、洪泛灘區(qū)等表征絕對地理位置的概念，而認為河流生態(tài)系統(tǒng)由近岸帶、主流帶、河岸帶、河岸帶外側(cè)的高地等縱向條帶狀基質(zhì)所組成，當(dāng)水文過程發(fā)生變化時，近岸帶、主流帶等條帶狀基質(zhì)也隨之在平面上位移、在尺度上漲落，而淺灘、深潭、水生生物（如魚類）的關(guān)鍵生境呈現(xiàn)為鑲嵌在這些條帶狀結(jié)構(gòu)上動態(tài)變化的斑塊。鑒于山區(qū)河流、平原河流均存在主流帶、近岸帶，上述描述不僅適用于沖積平原河流，也適用于山區(qū)河流。與基于地貌特征對河流的靜態(tài)描述相比，這種描述可能更有利于考察河流生境空間的動態(tài)變化。

3 實例研究

3.1 研究區(qū)概況 長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區(qū)（簡稱“長江上游保護區(qū)”）地處長江流域上游，涉及長江干流及部分支流，其中長江干流部分為長江從金沙江向家壩水電站軸線下1.8 km至重慶地維大橋江段。長江上游保護區(qū)在長江上游水域生態(tài)系統(tǒng)中具有代表性和典型性，特別是在金沙江/長江上游密集的水電開發(fā)后，該自然河流生境相對完整，是保存長江上游水生生物多樣性不可或缺的棲息繁殖地，保護區(qū)共發(fā)現(xiàn)魚類199種，其中194種為土著魚類，土著魚類中有38種被列入各級別的保護動物名錄；土著魚類中共有長江上游特有魚類70種［65］。長江上游保護區(qū)魚類產(chǎn)卵場密集，根據(jù)調(diào)查［65］，長江干流從金沙江向家壩大壩至重慶朝天門共有產(chǎn)卵場107個，索餌場65處，其中南溪-江安江段和羊石盤-朱沱江段為產(chǎn)卵場最為密集的河段。南溪-江安江段的位置見圖4，該江段長約22 km，平均寬度約1200 m，年平均流量約6500 m3/s，洲灘密布。本文以該江段為例，考察近岸帶的界定方法以及該河段的水文-近岸帶漲落關(guān)系。

圖4 長江上游保護區(qū)南溪-江安江段

3.2 近岸帶的界定 對長江上游保護區(qū)魚類繁殖時間的統(tǒng)計［66］表明，雖然魚類繁殖時間在年內(nèi)分布較廣，但幾乎所有魚類的繁殖時段都包括4月，由此可認為4月是一個較典型的、多數(shù)魚類都有繁殖行為的月份。由魚類習(xí)性可知，產(chǎn)黏沉性卵魚類的繁殖往往發(fā)生在近岸水域［65］，從而產(chǎn)黏沉性卵魚類的產(chǎn)卵場在產(chǎn)卵時段可認為應(yīng)處于近岸帶。本文通過統(tǒng)計長江上游保護區(qū)魚類產(chǎn)卵場在典型產(chǎn)卵時段（4月）的平均水深來確定近岸帶的臨界水深。鑒于長江上游保護區(qū)干流江段內(nèi)岷江口至赤水河口河段產(chǎn)卵場相對密集，且該河段包括了長江南溪-江安江段，本文主要使用長江干流岷江口-赤水河口段的產(chǎn)卵場位置調(diào)查成果［65］。

對2006—2010年五年內(nèi)長江上游保護區(qū)內(nèi)李莊、朱沱站4月逐日流量的分析表明，由于4月為汛前期，長江干流水流較為平緩，流量變幅不大，大體可按恒定流看待；不同河段流量有所不同，流量主要受岷江、沱江、赤水河等支流入?yún)R的影響。統(tǒng)計表明，李莊站4月平均流量（代表岷江口至沱江口河段）為2948 m3/s，可按2950 m3/s考慮。

使用長江上游保護區(qū)調(diào)查報告［65］中的魚類產(chǎn)卵場中心點經(jīng)緯度，結(jié)合長江上游2005—2006年度河道地形圖確定各產(chǎn)卵場中心點高程，通過長江上游一維水動力學(xué)模型［67］計算各產(chǎn)卵場所在斷面在4月平均流量下的水位，獲得了各產(chǎn)卵場中心點水深，見圖5。從圖5可知，產(chǎn)卵場中心點水深從上游往下游（產(chǎn)卵場編號從上游往下游單調(diào)增加）呈逐步增加的趨勢，所有產(chǎn)卵場中心點水深（包括負水深）的均值為5.28 m?？紤]到在4月平均流量下中心點水深為負的產(chǎn)卵場實際上位于岸上，可不予考慮，在刪除中心點水深為負的產(chǎn)卵場（圖6）后，4月平均流量下所統(tǒng)計河段產(chǎn)卵場中心點平均水深為5.98 m。由此可知，長江上游岷江口-赤水河口4月平均流量下魚類產(chǎn)卵場中心點水深約為6 m，該值可作為本河段（以及長江南溪-江安江段）近岸帶臨界水深。

圖5 岷江口-赤水河口各產(chǎn)卵場4月平均水深

圖6 岷江口-赤水河口各產(chǎn)卵場4月平均水深（刪除負水深點）

3.3 長江南溪-江安段水文-近岸區(qū)漲落關(guān)系 使用長江上游宜賓至朱沱河段一維水動力模型［67］，模擬獲得了不同流量級下長江南溪-江安段的水位以及江安斷面的水位流量關(guān)系；結(jié)合一維模型模擬成果，使用三維水動力學(xué)模型分別模擬了長江流量Q=2950、5000、7000、10 000、12 000、15 000、20 000 m3/s時長江-江安江段的流場，以6 m水深作為閾值，得到了各流量下近岸帶的形態(tài)（圖7），并統(tǒng)計了南溪-江安江段近岸帶的尺度（分別用近岸帶面積及相應(yīng)水體空間的體積（簡稱“近岸帶體積”）來表示）隨流量的變化（圖8）。

圖7 長江上游保護區(qū)南溪-江安段近岸帶形態(tài)隨流量的變化

圖8 長江上游保護區(qū)南溪—江安江段近岸帶面積及體積隨流量的變化

需要說明的是，南溪-江安江段在河流縱向呈現(xiàn)淺灘、深槽交替的形態(tài)，從而在小流量時深槽內(nèi)部分水域水深超過6 m，雖然該部分水域流速很小，但在依據(jù)水深進行統(tǒng)計時也未被納入近岸水域范圍，因而圖8中對近岸帶尺度的統(tǒng)計結(jié)果有一定的偏差。

從圖8可知，近岸帶體積隨流量增加而變化的曲線上有兩個峰值，第一個峰值對應(yīng)的流量介于1500～2000 m3/s，第二個峰值對應(yīng)的流量為5000 m3/s，兩個峰值高度比較接近，意味著這兩個流量下近岸水域的體積較為接近?？紤]到流量趨于零時近岸帶面積也會趨于零，圖8中近岸帶面積隨流量變化的曲線上也有兩個峰值，其中第一個峰值對應(yīng)的流量小于500 m3/s，第二峰值對應(yīng)的流量也是5000 m3/s。

綜上所述，在以6 m作為近岸帶臨界水深時，長江上游南溪-江安江段近岸帶尺度（面積或體積）隨流量變化的曲線和圖1-圖3所示的概念模型曲線較為一致，曲線呈現(xiàn)雙峰形態(tài)，兩個峰值較為接近，較小峰值對應(yīng)的流量約為500～2000 m3/s，較大峰值對應(yīng)的流量約為5000 m3/s。雖然上述界定近岸帶的方法仍是探索性的，但從圖8來看，本文所提出的水文-近岸帶漲落關(guān)系在定性上是成立的。

4 討論

4.1 界定近岸帶應(yīng)考慮的主要因素 近岸帶的界定要綜合考慮水深、流速和底質(zhì)條件。上文以水深6 m作為界定近岸帶的標準通過數(shù)值模擬給出了長江南溪-江安段近岸帶的范圍，但從實踐上看（圖7），近岸帶的寬度很小，乃至幾乎缺失，與一般認識之間存在矛盾。這表明使用固定的水深作為近岸帶的界定標準是有缺陷的，且這一方法對不同大小的河流缺乏通用性。事實上，若以6 m水深來界定近岸帶，很多小型河流根本就沒有主流帶。

水流流速是界定近岸帶時需考慮的重要因素。魚類、豚類等生物選擇近岸帶作為自己的棲息或覓食生境，可能主要有兩個原因：

（1）近岸帶具有相對較小的流速，從而生物克服流速影響保持其位置所需要的能量較小。典型生物如魚類等克流能力是與其體型大小有關(guān)的［68］，從而這種流速的閾值可能與所屬河流中典型生物（如魚類）的尺度有一定關(guān)系。大河如長江，其魚類體型一般較大，界定近岸帶的流速可能也較大；而對小型河流，其魚類體型可能較小，界定近岸帶的流速可能也較小。

（2）較小的流速有利于細顆粒泥沙的沉積，細顆粒泥沙或淤泥底質(zhì)為底棲生物的生存提供了良好的條件，通過食物鏈的傳導(dǎo)，流速較小的區(qū)域成為魚類等的覓食生境。從這個角度看，具有宜于細顆粒泥沙沉積的流速范圍可能也是近岸帶應(yīng)具備的特征。

4.2 水文-近岸帶漲落關(guān)系對生態(tài)水文組分劃分的作用 對河流的水文過程，如何基于生態(tài)功能區(qū)分水文組分一直為人們所關(guān)注，洪水脈沖理論［39］、自然水流情勢理論［40］、生態(tài)水文季節(jié)理論［43］、Richter等人關(guān)于環(huán)境水流組分的研究［45］等均可被視為在這一問題上的探索。自然水流情勢理論將環(huán)境水流劃分為高流量、低流量和洪水脈沖這3種流量組分，Richter等對此進行了發(fā)展，將水文過程劃分為逐月低流量、極端低流量、高流量脈沖、小洪水（頻率為2～10年一遇）、大洪水（頻率為10年以上一遇）等5種環(huán)境水流組分［45］。這種劃分有其不足，如小洪水和大洪水的界定仍基于水文學(xué)上洪水頻率的概念，缺乏生態(tài)學(xué)內(nèi)涵；高流量的確定依賴于主槽存在與否，對長江上游這種洪泛灘區(qū)不明顯的U型或W型河道（分汊河道）較難確定；逐月低流量和極端低流量等組分同樣是水文學(xué)的概念。也就是說，上述自然水流情勢中的流量組分多數(shù)仍體現(xiàn)為“水文組分”而非“生態(tài)水文組分”。

圖1至圖3所示的概念模型曲線上存在2個峰值和2個谷值，在對該曲線實現(xiàn)科學(xué)的定量化后，可以借助這些峰谷值（閾值）對特定河段的水位（從而流量）組分進行劃分。此外，對水文數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘已成為水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系研究中的重要方法，水文-近岸帶漲落關(guān)系可將簡單的水位上漲過程映射為更為復(fù)雜的雙峰過程，有望在針對水文過程的數(shù)據(jù)挖掘中發(fā)揮一定的作用。

5 結(jié)論

在天然河流中存在其特征與主流帶有較大不同的近岸帶。本文基于對近岸水體特征的認識對近岸帶的定義進行了拓展，將近岸帶定義為“水深、流速及床面剪應(yīng)力相對較小、河床邊界對水流約束相對較強、水體光熱條件相對較好的沿河流縱向連續(xù)的沿岸條帶狀水域”。按照這一定義，隨著水位的抬高，河流近岸帶尺度（表現(xiàn)為近岸帶寬度、面積或體積）的變化不是單調(diào)的，而是會出現(xiàn)變大-變小-再變大-再變小的“雙峰”形態(tài)。這種變化關(guān)系對順直、彎曲和分汊河道具有共性，可稱為“水文-近岸帶漲落關(guān)系”。從時空連續(xù)性上看，近岸帶為河流水域中最具有連續(xù)性的結(jié)構(gòu)，從景觀生態(tài)學(xué)的觀點來看，可認為是河流水域中最具有一般性的條帶狀基質(zhì)，而在流量較大時出現(xiàn)的主流帶體現(xiàn)為在近岸帶這一基質(zhì)上的突變或涌現(xiàn)。應(yīng)用這一關(guān)系的難點在于對近岸帶的科學(xué)界定。本文以長江上游為例對如何界定近岸帶進行了初步的探索，將長江上游岷江口至赤水河口江段魚類產(chǎn)卵場中心點在繁殖魚類種類最多的4月份平均流量下的水深（6 m）作為區(qū)分近岸帶和主流帶的臨界水深，通過統(tǒng)計獲得了魚類產(chǎn)卵場非常密集的南溪-江安江段的水文-近岸帶漲落關(guān)系，統(tǒng)計結(jié)果基本印證了所提出的水文-近岸帶漲落關(guān)系曲線的雙峰特征。但這種僅基于水深界定近岸帶的方法有其不足，對近岸帶的界定仍需結(jié)合流速、泥沙沉積特征等進一步研究。在完成水文-近岸帶漲落關(guān)系的定量化后，該關(guān)系有望為河流生態(tài)水文組分的劃分提供相關(guān)閾值。