第1章水生态功能分区研究概况
1.1水生态功能分区的背景和意义
1.1.1水生态功能分区的重大需求
我国经济社会长期快速发展导致水生态系统退化问题突出，不仅影响人民群众健康，也制约经济社会可持续发展。近年来，水生态健康受到高度重视，长江大保护、黄河流域生态保护和高质量发展先后上升为国家战略。重点流域水生态环境保护“十四五”规划提出“有河有水、有鱼有草、人水和谐”的总体要求和“水资源、水环境、水生态”三水统筹的目标，体现了水生态健康保护的迫切需求。水生态健康保护强调水生态监测、健康评价以及生态管控措施等技术的应用，由于水生生物具有显著的区域差异性，依据水生态功能区实施差异化管理是国际普遍认可的方法。美国和欧盟都建立了基于水生态分区的流域管理体系，实现了流域水生态健康管理保护和水陆统筹管理，代表了当前水环境管理的发展方向。
我国正在实施的水功能区划方案、生态功能区划方案、主体功能区划方案都是不同管理部门根据其管理需求开展的区划工作。这些区划方案分别反映了水资源使用功能的差异、陆地生态功能类型差异及国土开发活动要求的差异，难以体现水生态系统类型及其功能的需求，不能作为水生态系统健康评估、水生态保护物种识别、水生态安全保护目标制定、生态恢复和管理措施实施的基本单元。因此，迫切建立体现我国水生态区域分异规律的新型水生态管理单元，实现水环境污染控制向水生态系统完整性保护的转变，对于提升我国水生态环境精细化管理能力，*终建成生态文明社会具有重要的支撑作用。
1.1.2水生态功能分区的概念和目的
（1）水生态功能分区的概念
水生态功能区是指具有相对一致的水生态系统结构、组成、格局、过程和功能的水体及影响其陆域组成的区域单元。水生态功能分区是在研究水生态系统结构、过程和功能空间分异规律的基础以及不同尺度上，按照一定的原则、指标体系和方法进行的区域划分。
（2）水生态功能分区的目的
水生态功能分区的目的是科学统筹水陆相互关系及水资源、水环境、水生态系统特征，了解流域不同区域的水生态特征，明确水生态功能要求，确定生态保护目标，提出针对性的分区管理措施。
一是识别流域不同区域的水生态系统、水生生境及其水生态功能的特点，为水生态监测评价、保护和管理提供科学依据。
二是按照水生态系统完整性的科学治理规律，建立水资源、水环境、水生态统一的水生态功能分区体系，实现“山水林田湖”一体化的管理目标。
三是统筹协调水环境质量改善、生态功能保护、水资源优化利用与社会经济发展，建立以保证水生态系统健康为*终目标的分级别、分类型的精细化管理体系。
1.2水生态功能分区研究历程
1.2.1国外水生态功能分区主要进展
“生态区”一词在1967年首次被提出，是指具有相似生态系统或期待发挥相似生态功能的陆地及水域，它的提出意味着传统的地理分区研究进入了生态学领域。生态区划的目的是为全面有效地研究和管理各种生态系统与资源，以及生态系统评价、修复和管理提供空间结构单元。国外许多学者在此方面开展了深入研究，针对不同研究对象和目的提出了不同类型的生态区划体系，如以陆地生态系统为对象的Bailey分区、以森林生态系统为对象的美国林业局（U.S.Forest Service）区划、以淡水生态系统为对象的美国国家环境保护局（U.S.Environment Protection Agency，USEPA）区划、以湖滨河岸带保护区为对象的五大湖（Great Lake）区划、以海洋生态系统为对象的海洋生态区划和以生物多样性保护为对象的世界自然基金会（World Wildlife Fund，WWF）区划等。
水生态区首先在美国被提出并得到发展，是指淡水生态系统或生物体及其环境之间的相互关系相对同质的土地单元，20世纪70年代末，USEPA在成立之后对水环境管理提出了更高的要求，期望管理不仅关注水化学指标，还要关注水生态系统的保护，这就需要有一种能够针对水生态系统的区划体系，它不仅能够指导水质管理，而且能够反映水生生物及其自然生活环境的特征，从而为水生生物标准的确定提供科学依据，实现从水化学指标向水生态指标管理的转变。USEPA*初是选择一种陆地生态系统的分区方案作为水管理单元，即Bailey分区方案，但事实证明，这种以陆地生态系统为对象的分区方法不适宜于水生态系统的分类，因为它更多的是以一种影响陆地植被特征的要素来划分每个层次的生态区，如Bailey分区方案是根据Kucher的自然植被类型来划分“地域”层次的生态区，以Hammond的地表形态类型来划分“地段”层次的生态亚区。研究发现，水生态系统的区域特征并不是单一地表要素所能决定的，而是取决于多种自然要素的共同作用，并且这些要素在各个区域所发挥的作用也不尽相同。因此，USEPA从80年代开始着手水生态区划方案的研究，在1987年提出了USEPA区划方案。与陆地区划方案不同的是，USEPA区划方案不是根据某一种自然因素来划定各个级别的水生态区的，而是认为各种特征因素都相对比较重要，需要把它们相互结合在一起，共同诠释其对不同层次的水生态系统的影响。水生态区得到美国管理部门的普遍认可，并被广泛应用于水生态系统的管理，特别是用于区域监测点的选择和建立区域范围内受损水生态系统的恢复标准。
自从美国提出了水生态区划的管理思想后，越来越多的国家或地区开始研究和采用这种方法，如澳大利亚、英国和奥地利等。欧盟在2000年12月颁布的《欧盟水框架指令》（Water Framework Directive，WFD）中，明确提出要以水生态区和水体类型为基础确定水体的参考条件，根据参考条件评估水体的生态状况，*终确定生态保护和恢复目标的淡水生态系统保护原则。
1.2.2国内水生态功能分区主要进展
我国从20世纪50年代就开始了水体区划研究，当时以自然区划方法为主，如根据湖泊的地理分布特点把中国湖泊划分为五大湖泊区，熊怡（1995）以径流深度、径流的年内分配和径流动态为主要指标，将全国划分为11个水文一级区和56个水文二级区；尹民等（2005）开展了中国河流生态水文区划研究，将中国河流划分为10个一级区、44个二级区、406个三级区；1981年，李思忠等根据鱼类组成和属种的差异，将淡水鱼类分区分为5个一级区、2个二级区。20世纪80年代开始，环境保护部门开展了全国水环境功能区划分，以期为水污染控制提供依据。2002年，水利部提出了全国水功能区方案，以其作为全国水体功能管理的基础。这些区划都是针对水生态系统的某种特征要素制订的，不是真正意义上的水生态区划，但其为我国水生态区划方法研究奠定了基础，不同程度地反映出地貌、水文指标对我国水生态系统的影响规律。
20世纪80年代以后，我国进入了陆地生态区划阶段。区划更多是强调生态学意义，反映生态系统的地域分异规律，如傅伯杰等（2001）提出了我国生态区划的原则和方法，建立了我国的生态区划体系，根据气候、地势、植被类型、地貌等指标将全国划分为3个生态大区、13个生态地区以及57个生态区。2008年环境保护部和中国科学院联合编制了《全国生态功能区划》，其根据生态系统的特征、生态服务功能的重要程度以及区域面临的生态环境问题和生态敏感性，把特定区域划分为自然生态区、生态亚区和生态功能区3个等级单元。这些区划主要以反映陆地生态系统的综合特征和功能为目的，而不是以表征水生态系统特征为目标，区划结果往往不能直接作为水管理的空间单元。为了满足生态水量标准制定的需求，尹民等（2005）在以往水文区划的基础上，提出了我国的生态水文区划方案，将水文要素特征与水生态系统特征区划进行了初步关联，标志着我国的生态区划已开始向水生态区划方向发展，但我国真正的水生态分区体系还尚未建立。
周华荣和肖笃宁（2006）对塔里木河中下游河流廊道的分区进行了研究，应用景观生态学方法，划分了三大景观生态功能类型区。燕乃玲等（2006）以流域生态系统单元为基础对我国长江源区进行了生态功能区划，共划分了5个生态功能分区，为长江源区生态系统管理和保护提供了基础框架。也有研究人员对我国水生态区划的方法及其应用前景进行了评述，并以辽河流域为例开展了水生态分区研究，辨析了水生态区划、水功能分区、水环境功能分区等概念间的联系与差异，强调了水生态区划工作的重要性，对后续类似的研究工作提供了借鉴。2008年，国家启动了水体污染控制与治理科技重大专项，计划在2008～2020年，分3个阶段投资300多亿元开展我国水体污染控制技术和水污染防治管理技术研发。其中“十一五”“十二五”“十三五”期间设置了“流域水生态功能分区与质量目标管理技术”、“流域水生态承载力调控与污染减排管理技术研究”和“流域水质目标管理技术体系集成研究”3个项目5个课题，根据“示范流域划定——自下而上成果归纳——自上而下体系——全国划定”的总体设计思路设计开展了我国水生态功能分区研究工作。
1.3国内外水生态功能分区研究现状
1.3.1国外水生态功能分区研究现状
1.3.1.1美国国家环境保护局水生态分区
美国是*早根据水生态区进行水环境管理的国家。Omernik于1987年提出水生态分区的概念和水生态分区的方法。以Omernik理念为指导，USEPA于1987年第一次出版了北美1∶7 500 000比例尺的生态分区图。目前，水生态区划方案已从过去的3级体系发展到5级体系。其中，1级和2级层次分别将北美大陆划分为15个和52个生态区；3级层次将美国大陆划分为84个水生态区，阿拉斯加州划分为20个水生态区；4级层次是在3级生态区基础上由各州进行划分的；5级层次是区域景观水平的水生态区划分。4级区划工作在美国各州正在开展，5级区划仅在个别区域开展，*终目标是在每个州都完成4级区划。在实际应用中，根据数据分析的要求，可以在不同的层次上对水生态区进行重新集合，如在美国国家营养物基准制定中3级生态区被集合成14个区域。
USEPA是以4个区域性特征指标为基础进行3级生态区划的，具体包括土地利用、土壤、自然植被和地形，它们被认为是影响水生态系统特征、能够反映水生态系统与周围陆地生态系统相关关系的关键性因素。这些环境要素之间是相互关联的，如气候和地貌影响土壤构成，土壤类型和气候进一步影响植被类型，植被类型反过来也影响土壤类型，这些因素又都对土地利用方式有所作用，它们共同决定着水生态系统的空间类型。但是在不同的区域，这些因素的相互作用不同，因此需要对其进行具体分析，才能判断出主要的影响要素。因此，USEPA水生态区划分的*大特点就是没有全国统一的划分标准。在3级区划的基础上，各州开始利用更大精度的数据来划分4级区，以反映水体的特殊环境特性。4级区的划分主要是根据3级区内的气候、地质、水文、土地利用、土壤、植被以及地表水质等指标的差异进行划分。USEPA水生态区边界*初是以定性分析的方法进行确定的，具体是首先对4个特征因素的专题图进行叠置和比较，确定4个特征因素的空间特点和关系，在权衡各个因素的重要性之后确定水生态区的潜在范围，然后结合专家经验*终确定区域边界。该方法的优点在于能够将主导因子和专家意见相综合，缺点在于方法是非定量化的，不具有可重复性。随着地理信息系统（geographic information system，GIS）技术的发展，美国各州逐渐开始采用定量化的区划技术方法，对原有的生态区划边界进行重新确定，如Host等于1996年采用多变量空间统计分析方法对威斯康星西南部进行了区划边界的重新确定，与手工区划结果相比，精度提高了45%。
1.3.1.2欧盟水生态分区
欧盟于2000年颁布了WFD，以法律形式规定了欧盟各成员国的地表水在2015年以前必须达到好的状态（good status），这种好的状态被详细定义为生物质量单元（浮游植物、大型藻类
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