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河道及河岸带环境管理监测系统的设计
N. Debruxelles·H. Claessens·
P. Lejeune·J. Rondeux
水道是复杂的生态系统，许多经济、生态和生态问题汇聚在一起。为了确保有效的管理，必须对这些多功能的生态系统进行全面的分类，并随着时间的推移了解它们的演变。本文介绍了一种监测瓦隆尼亚(比利时南部)河道及其河岸带的方法。它是根据分层随机抽样的1071个抽样点所编制的清单编制的，这些抽样点分布在总长度为24,600公里的水道上，这些水道是由它们的来源所覆盖的。对每个采样点进行测量，并对50米长的水道段进行测量和精细观察。开发的方法是在区域范围内应用的，可以很容易地转移到其他实体，从大河流流域到整个国家。从第一个盘存阶段获得的结果的例子表明，这一工具旨在提供定性和定量信息以协助水道管理。
关键字 比利时；河岸走廊；河流监测；水管理
介绍
水道是许多经济、生态和社会问题汇聚在一起的生态系统。它是许多多样化的人类活动的中心，例如旅游业、农业、森林养殖和河水管理，同时也被要求发挥高质量水资源、景观、生态网络和生物多样性避风港的环境作用。(nei等人 . 1993;Mouchet和Lambot 2003)。水道管理意味着考虑到这些多重因素。因此，管理者和制造商需要不断地提供有效的信息。虽然经常有测量和监测水的物理、化学和生物质量以及测量主要水道流速的现有网络，但关于河岸带的资料却很少。然而，这些廊道构成了陆、水系统之间的界面和缓冲区，在植物区系组成、发育和处理方面具有特定的动力和特点(Piegay 等人. 2003)。它们的多重特性意味着必须将这些生态系统纳入水道及其直接环境的综合管理之中，因为它们直接作用于它们在物理和生物状态中反映的质量。这是建立监测水道及其河岸带特征的系统的主要理由(IWWR 2001;惠特克1997)。许多欧洲国家已根据《水框架指令》(Water Framework Directive, WFD)的规定，组织了与河流的水相质量有关的评估，以遵循水体状态的趋势(2000/60/EC指令中提出的概念，用于对不同的水系统进行分类)。大多数的监测，如河流生境调查(Raven 等人. 1998)，是基于与参考情况比较的原则。在比利时，使对水体进行水文质量控制的监测是基于法国使用的“质量法”(Qualphy method, AERM 2000)。但是，除了发展强制性测量网外，还没有采取一项全面的措施以便对沿岸带和有关水道的物理特征进行全面监测。事实上，WFD中使用的不同监测系统主要集中在河流和对河岸植被的全球描述上，并没有对生态系统进行详细的描述。瓦龙河岸监测的主要工作在于收集大量有关河岸带、树木和灌木的资料。这种方法允许对生态系统的所有元素进行完整的描述。
监测的进一步的经验是在2002年，是由样本估计赤杨的重要性疾病(Debruxelles 等人 . 2007年),这是决定的第一个描述河岸森林的样本(Mouchet 等人 . 2004),同时决定开发一个方法监测上面列出的问题。
监测装置的主要目标如下:
-根据河岸和干流河床的数量、水道的物理特性、河岸稳定性、周围景观、生物多样性等一系列变量，对河岸带的状态进行全面的永久性描述。这不仅可以提供国家指标，而且可以为实现某些管理目标提供指标，特别是欧洲-欧洲指令Natura 2000 ( 92 / 43 / EC )和欧洲水框架指令( 2000 / 60 / EC )所产生的指标；
-提供资料，以支持对管理方法和战略的思考，以便更好地利用河岸带(养护的类型、使用和可用的木材数量、开发自然等)。
-协助汇聚不同研究工作，探讨河道的物理及生态特征。
这一监测得到来自所有水道的样本的一份清单的支持。本文介绍了该方法的实现方法，并给出了一些初步的结果，并对未来的发展前景作了展望。
研究和方法的基础
这项研究涉及整个瓦隆尼亚，是比利时的三个行政区之一。它位于最南端，总面积为16844平方公里，分为5个生态区(Delvaux和Galoux 1962)，气候、地形和土壤都有明显的对比，从而形成了对比的植物覆盖、景观和河道类型。地表水体(“自然”水道、运河和池塘)覆盖面积的0.7% (Lambot，个人通信)。瓦隆尼亚有12000多个水道，总长度估计超过24 600公里，分布在15个水文分流域- - -属于四个流域区(Meuse、Escaut、Rhine和Seine)。
有关该区域的所有空间数据, 特别是其水文网络, 都是在地理上储存和组织的。
信息系统 (GIS) 的实施, 降低三制图层 (矢量模式):
bull;水道测量网(比例尺1/ 10000)，由一组表示地上河道弯曲路径的线组成。在这一层资料中，水道根据其流域面积的大小分为三类。在瓦尔洛-尼亚，水道按照排干集水区表面的其他类别分为五个行政类别。对于监控，这些类别被归为三类，仅由流域区域的地表排水定义，从而生成一致的组来证明分级清单(表1)在默兹河上游和瓦兹省 (塞纳河流域) 分组后的水文分盆地, 编号为 14;图1)
bull;水文分盆地，在划分了上游和松石(塞纳河流域)后，编号为14。图1)
bull;生态区(5号)由生态领地划分为Delvaux和Galoux (1962);图1)。
图1 五生态区和14瓦隆水文分盆地 (比利时南部)
方法
抽样计划和程序
主要制约因素
新的监测系统不仅必须在测量时提供水道图网的图像，而且还必须允许继续更新数据，以便为有关地区的真正管理政策提供支助。为了与欧洲的法规相一致，监测系统将水文分流域(HSBs)作为其基本实体，对每一项都采用相同的抽样方案。在每一个HSB中，根据流域面积的大小，将水文网络细分为对应于上述类别的三层。这一细分标准将许多小型的水道从大型的水道中分离出来，虽然在数量上较少，但对于管理约束(更深远的侵蚀和洪水的影响，密集的城市化)的影响是特别重要的。它被用来根据所研究的水道的重要性来衡量取样工作。如果没有这个排名，大多数采样点将位于非常小的水道(宽度小于1米)，这些水道在水文图层中非常多，而大的水道则需要更复杂的管理。在其他一些调查中，如Munne等人(2003)开发的评估河岸栖息地生态逻辑质量的方法，调查单位的长度取决于河流的重要性。根据Rondeux(1999)的建议，与其扩大调查单位的规模，不如增加调查单位的数量，以描述更多不同的情况。
除了HSBs和流域面积的大小之外，生态区也被认为是制定抽样计划的重要标准。这些地区在气候、地形和土壤方面有很好的差异性，因此在景观特征上也有很大的差异。因此，它们是在确定水道及其河岸及其相关植被的类型时要考虑的一个重要因素。因此，必须使它们在抽样计划中有良好的个别代表性，使其中两个所占的面积比其他的小得多。
根据2002年进行的测试，我们决定只在生长期进行库存。除了更适合进行植物计数和评估树木的健康状况外，这段时间通常也与较低的水流速度有关，这有助于准确描述水道和河岸。
测量点的位置
用于测量点位置的方法源自Herlihy等人(2000)开发的方法。它基于Visual Basic版本6中开发的一个数据处理模块，该模块使用了Pickard(2007)开发的库dll ArcViewShapeFileDLL(库dll)。该模块在存储在代表水文网络现实的GIS (ESRI shapefile格式)中的线的网络上定位同轴点。与数字化水道断面相对应的线段被组装成一个单一的虚拟线段。然后根据预设的时间间隔(图2)，将调查点定期定位在这条线上(图2)。只有沿着这条虚线，调查点定位的系统性特征才会显现出来。它们的空间布局，在沿着水道的过程进行的同时，由于水道段的装配没有逻辑的顺序，并且测量点在有规则间隔的位置的起点是随机设置的，所以具有随机的外观。测量点分布在整个水文网络中，所有的潜在点，被选中的概率相同。
抽样计划的选择
在地理信息系统中，利用不同的调查速率对每一类水道进行了模拟。然后对这些不同的情况进行比较，并考虑到由生态区和整个有关领土所产生的抽样图的数目。调查率,等于长度之和的比例抽样的情节水道的总长度,不同根据水道的类(表1),利率最大应用于河道(A和B类)被设置,生成至少10抽样水文sub-basin情节,允许一个好的水道的整体描述在这个级别,以及sub-basins之间的比较。费率分别为6.25permil;和2.00permil;。
相比之下，对于最小的水道(C类)，故意选择较低的调查率为0.78permil;，因为对应的制图数据质量参差不齐。因此，设定调查率可以被视为第一个探索性方法，旨在确定制图层的可靠性和所遇到的模式的可变性，从而校准随后的取样活动。
为弥补两个最小生态区中取样地块的不足, 对与集水区河道有关的信进行了双倍的调查率 (CAs)ge;100公顷。自在对数据的解释中避免任何偏差, 对这些抽样地块分配了不同的权重。
考虑到所有这些考虑因素，并考虑到采样点沿水道延伸50米，每一类水道所选择的调查率(表1)在0.78至6.25permil;之间(三倍样地总长度与水道总长度之比)。应用于整个水道测量网络，这些测量速率产生了1071个测量图，保证了空间覆盖的密度和规律性，如图3所示。
这些调查率使我们能够以生态群落的规模来描述河岸带，或用许多描述性变量来描述整个瓦隆尼亚(河岸带的连续性和类型学，木本河岸植被的结构和组成，有衰老的木材等)。然而,估计的准确性下降如果需要更详细的信息水平(与减少抽样的情节),如水文或者更精确的问题必须被解决(例如,分析类HSB伍迪河岸植被),或如果我们想量化非常具体的变量(例如,死木头的百分比沿着河道宽15米)。在这种情况下,精确度损失是不可避免的。然而，这并不一定说明，一般监测水道的取样地的数目会大量增加，因为技术和财政上的限制限制了每次测量活动可考虑的取样地的数目。
由于大型鱼群的数量较少，这些鱼群的样本密度更大，以产生统计上更重要的信息。
抽样图的结构
图3 瓦隆水文网络取样地块分布
采样点的尺寸是基于实地试验的结果而定的，目的是在对河岸、水道和植被最具代表性的描述与最短的实施时间(用于安装和维护)之间找到最佳的折衷。为此目的，考虑了各种因素:
bull;不同河道间的变异性大于同一河道内的变异性，大量中等大小的样品地块比少量大型地块更受青睐。
bull;对库区的宽度进行了露头挖掘，以限制取样到离水最近的木本植物，这些木本植物往往不同于邻近地区的木本植物，它们直接影响着河岸的稳定性和河道的遮挡。
bull;采样区域的长度被设定为这样一种方式，以便对木质地层的数量和变异性做出最好的评估。
bull;进入采样点所需的时间(平均约30分钟)。
通过地图坐标识别采样点，并在任意一个河岸随机设置。两个25米部分被描绘成这个点的上游和下游形成一块长50米后集中在采样点和绕组的水道(图4)。这个长度是一样的。
这个采样点的宽度是从河岸的底部(由平均水位设置)到超过河岸顶部2米(在第一个冲积台之前的河岸最高点)测量的;微调装置1995)。从定义上说，该河岸位于河床和向泛滥平原过渡之前的最高点之间。
在某些情况下，接受调查的河岸没有向冲积阶地过渡。在这种情况下，我们认为河岸肩位于与对面河岸肩相同的水平平面上。不同于它的长度，地块的宽度因此沿水道随河岸坡度而变化。根据文献，所考虑的河岸带宽度与研究的目的有关。这一监测集中于沿河的河岸带。因此,植被的调查在冲积平原或纤毛刷50米到20米的河流不是一个优先级至于冲积森林的库存(杜福尔和桥2006)将多余的库存为自然2000指令(92/43 /中东欧)。与此相反，在河流生境调查(RHS)中对河堤1米范围内植被结构的描述;Raven等人(1998)似乎对描述冲积带及其结构过于严格。
图4 取样图位定位方案
某些变量的描述等的整体类型学伍迪河岸植被(森林地带,灌木或树木,位于水道,这可能与不同的com-position相邻non-riparian林地数量),周边环境的描述,和更多的总结描述其他河岸(河岸、伍迪河岸vegeta-tion和相邻环境)超越这个情节,但仍然密切依赖于河岸的结构和组成。
收集的数据类型
收集的信息和抽样图 (SP) 上的测量包括:
- 一般和管理信息。
- 景观观测。
- 河岸带的全局描述
- 对河岸和水道的物理状态的描述。
- 工厂库存。
- 树木的测量。
大多数参数是用名义变量或序数变量来描述的，只有少数参数是量化的。为了避免字段操作符之间的过度变化，每个要估计的参数都分布在不同的类别中。这些调查是在夏季进行的，以便对植被进行完整的描述。为了保证抽样的可重复性和限制偏差的风险，对单位的描述是由在两个团队中工作的四名现场操作员完成的，这四名操作员经过特别的培训，能够进行调查技术，并且熟悉所有要记录的数据。团队的组成每天都在变化，目的是保持标准化的工作方法和定期组织简报。
一般情况下，这涉及到采样点的定位和识别:SP数、兰伯特坐标、地域性和地形图。景观观测。
这些景观观测描述了采样点在景观水平上的环境。他们关心:
bull;全球土地使用
bull;木质河岸植被的特征和任何建筑物在水道上的存在(表2)。河岸带的全球描述(表2)
bull;调查河岸河岸带的特征;
bull;生境的类型学位于河岸肩膀2米之外
工厂库存基本上是在研究中的河岸
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