Integration of spatial and temporal patterns for ecological environment management in river-riparian system

Abstract

(English) Rivers are important carriers of water resources and important components of ecosystems. In some areas, rivers have been artificially narrowed, riparian areas have been encroached upon, riparian resources have been over-exploited, and artificial restrictions have been placed on the river channel. This resulted in the loss of the river's role in receiving and storing flood waters, which leading to the collapse of river banks and the destruction of river embankments, severely affecting the stability of the river, threatening the safety of bridges, culverts and other critical river-related infrastructure, and endangering the ecological environment. The definition of riparian zones is particularly important for the management and protection of rivers. In the implementation of policies to promote river management in various countries, emphasis has been placed on strengthening the management of riparian zones, ensuring the safety of flood control and giving full play to the comprehensive ecological benefits of rivers. In recent years, various countries have proposed laws and regulations in recent years mainly to control overdevelopment, restore natural vegetation growth in riparian areas, protect habitats and achieve flood control. With the progress of water-related social development, the balance between environmental impact and benefits is increasingly emphasized. Changes in river shape, man-made riverbeds, and riverbank construction affect aquatic life and destroy wildlife habitats. River regulation also alters ecosystems. To reduce these impacts, government agencies implement protocols for riparian assessment and monitoring, including physical habitat, hydromorphological, and hydrological regime evaluations. The research first begins with a retrospective analysis as the starting point to acquire how existing laws and regulations on development and restoration lack effective integration and induce weak adaptability. A river-riparian model is developed based on two-dimensional hydraulic modelling integrated with numerical modelling by relying on topographical, hydrological, vegetation, and soil data to analyze the hydro-ecological cycle within the riparian zone and delineate the boundary of riparian. The model aims to provide a site-specific approach to riparian zone delineation. In addition, a system of parameters for ecological status assessment is proposed which focuses on the main contradictions between the environment conservation and the ecosystem services of riparian zones. In order to develop and analyze strategies for a good ecological status of the water bodies and riparian zones, the methodology of riparian zone delineation will provide tools for enhancing the coordination of the needs of riparian resource development and ecosystem protection and use, and the ecological environment assessment system will evaluate the hydromorphological quality and promote the healthy development of the ecological environment. The findings of this research propose a convenient and effective method for delineating riparian zones which can be basically universally applied. It is noteworthy for its applicability in riparian zone management practices and as a reference for policy strategy development. The proposed quantitative evaluation method covers the key aspects of hydromorphological quality evaluation. This eliminates the highly subjective assignment of weights and classification of evaluation levels while also avoiding the inclusion of complex calculation procedures. The river-riparian areas evaluation method allows the decision-makers to easily analyze the problems through the resulting calculations and lay the foundation for further solutions.

(Català) Els rius són transportadors essencials de recursos hídrics i components fonamentals dels ecosistemes. En algunes regions, els rius han estat artificialment estrets, les zones riberenques han estat envaïdes, els recursos riberenques han estat sobreexplotats i s’han imposat restriccions artificials en els llits fluvials. Això ha provocat la pèrdua de la capacitat dels rius per rebre i emmagatzemar aigües d’inundació, causant el col·lapse de les ribes i la destrucció de les defenses fluvials, afectant greument l’estabilitat del riu, amenaçant la seguretat de ponts, embornals i altres infraestructures crítiques relacionades amb els rius, i posant en perill l’entorn ecològic. La definició de les zones riberenques és especialment important per a la gestió i protecció dels rius. En la implementació de polítiques per promoure la gestió fluvial en diversos països, s'ha posat èmfasi en el reforç de la gestió de les zones riberenques, garantint la seguretat en el control d'inundacions i aprofitant plenament els beneficis ecològics integrals dels rius. En els darrers anys, diversos països han proposat lleis i regulacions principalment per controlar la sobreexplotació, restaurar el creixement de la vegetació natural a les zones riberenques, protegir els hàbitats i millorar el control d'inundacions. A més, amb el progrés del desenvolupament social vinculat a l’aigua, es reforça l’equilibri entre impacte ambiental i beneficis ecològics. Els canvis en la forma dels rius, els llits artificials i la construcció de ribes afecten la vida aquàtica i destrueixen hàbitats terrestres. La regulació fluvial també pot alterar l’ecosistema. Per reduir aquests efectes, les agències governamentals introdueixen protocols per avaluar i monitorar les zones riberenques, com l’anàlisi de l’hàbitat físic, la hidromorfologia i els canvis en el règim hidrològic. La investigació comença amb una anàlisi retrospectiva com a punt de partida per entendre com les lleis i regulacions existents sobre desenvolupament i restauració manquen d’una integració efectiva i presenten una adaptabilitat limitada. Es desenvolupa un model riu-ribera basat en un modelatge hidràulic bidimensional integrat amb modelatge numèric, utilitzant dades topogràfiques, hidrològiques, de vegetació i de sòl per analitzar el cicle hidroecològic dins de la zona riberenques i delinear-ne els límits. El model pretén proporcionar un enfocament específic per a la delimitació de la zona riberenques. A més, es proposa un sistema de paràmetres per avaluar l’estat ecològic, centrat en les principals contradiccions entre la conservació ambiental i els serveis ecosistèmics de les zones riberenques. Per tal de desenvolupar i analitzar estratègies per assolir un bon estat ecològic dels cossos d’aigua i les zones riberenques, la metodologia de delimitació proporcionarà eines per millorar la coordinació entre les necessitats del desenvolupament de recursos riberenques i la protecció i ús dels ecosistemes, mentre que el sistema d’avaluació del medi ecològic avaluarà la qualitat hidromorfològica i promourà un desenvolupament saludable del medi ambient ecològic. Els resultats d’aquesta recerca proposen un mètode pràctic i efectiu per delimitar zones riberenques amb aplicació gairebé universal. Destaca per la seva utilitat en la gestió de pràctiques riberenques i com a referència per al desenvolupament de polítiques estratègiques. El mètode d’avaluació quantitativa cobreix els aspectes clau de la qualitat hidromorfològica, eliminant la subjectivitat en l’assignació de pesos i la classificació de nivells d’avaluació, evitant així càlculs complexos. El mètode d’avaluació permet als responsables de presa de decisions analitzar fàcilment els problemes a partir dels resultats obtinguts i assentar les bases per a solucions futures.