1.1研究背景及意义

长江作为横贯我国东西的第一大河，自古以来就是我国东、西部商贸交通的主通道，素有“黄金水道”之称。长江是我国内陆11个省市自治区的出海大通道，是连接西南、华中、华东三大经济区的交通运输大动脉。长江流域面积180多万平方公里，占我国内河流域面积的42%，水资源总量占全国的36%，矿产资源占全国80%以上，人口总数占全国40%左右。长江因其通航条件优越，通过能力巨大，在国家经济社会发展中具有举足轻重的地位。

长江航运是沿江综合运输通道的主骨架。长江航运通江达海，与沿江铁路线、公路线有效衔接，形成东西向运输大通道。长江干流横贯我国东西，航道已达三级(及三级以上)标准，可常年通航千吨级船队，其主要支流嘉陵江、乌江、汉江、湘江以及长江三角洲水网航道，沟通了长江流域南北地区水运通道，形成了天然的水运网络体系。

在长江水利委员会2005年编写的《维护健康长江, 促进人水和谐研究报告》中提出了由 4个层次和14个指标构成的健康长江评价指标体系。在这些指标中, 水系连通性作为一个重要指标被提出来, 定义为:河道干支流、湖泊及其他湿地等水系的连通情况, 反映水流的连续性和水系的连通状况^[19]。

水系连通是调整水土资源匹配关系、提升河湖服务功能、提高水资源调配能力、改善生态环境状况、降低洪涝灾害风险的重要手段与措施。经过多年来的治理与开发，我国现已基本形成了以天然水系为主体、人工水系为辅助、河势基本得到控制的河湖水系及其连通格局，为保障国民经济建设和社会发展做出了重大贡献。然而，一些流域或区域不合理的水土资源开发加剧了人水矛盾，河湖萎缩严重，河湖水系连通性变差，水体流动性减弱，水环境承载能力降低，河湖功能与作用发生了较大的改变，水安全问题日益突出^{[14-15、18、20]}。针对上述问题，2011年我国推出了河湖水系连通治水新方略，河湖水系连通概念被赋予了新的内涵，即河湖水系连通是以江河、湖泊、水库等为基础，通过适当的疏导、沟通、引排、调度等措施，建立或改善江河湖库水体之间的水力联系，以优化调整河湖水系格局以提高水资源可持续利用水平和可持续发展支撑保障能力。虽然自古以来，人们就意识到流域水系连通的重要性，然而目前对水系连通性及其对河流健康的影响的文献较少, 还需要加深水系连通对长江健康的影响机理的认识, 需要调查长江河流与其他水体之间的联系情况, 进一步认识长江流域河流连通的历史变化过程、现状及将来的可能变化和发展方向, 为健康长江总体评价、流域开发利用和综合管理提供基础信息支撑^[12-13]。

1.2国内外研究现状

早在20世纪50年代，前苏联就出现了关于河流生命的概念。进入20世纪80年代，人类越来越关心生态系统的管理问题。1989年，D. J. Rapport首次论述了生态系统的健康的内涵，同年，国际上首次成立有关生态健康的学术团体--水生生态系统健康与管理学会。美国也于1972颁布了《水污染控制修正法》（现又称清洁水法案），提出了恢复与维持水体的化学、物理及生物完整性的概念，一般认为这些是河流健康概念的雏形^[17]。

水系连通性指标作为评价河流健康独具特色的指标，是健康长江评价的重要内容。据统计资料显示，国外在1940年-1980年期间是长距离、大型跨流域水系连通工程的建设高峰期，世界上许多大型的水系连通工程都是在这一时期建设的，如美国中央河谷工程(1940年)、美国全美灌溉系统(1940年)、美国加里森调水工程(1965年)等^[21]。

20世纪80年代后，随着河湖水系连通工程的实践运行，水系连通带来的具有滞后性的生态负面影响也相继显现，并逐渐引起人们的关注和重视。加之，水系连通工程的前期研究和建设费用巨大，人类生态环保意识和人权意识的不断增强，在一些发达国家，水系连通工程的建设速度明显放慢，并对已建工程增加环保设计或生态保护的补充措施，而发展中国家仍在建设，如埃及、南非等^[10]。

Audrey H. Sawyer等人在三角洲分流河道网络中的地表水与地下水的连通性问题上，利用Deft3D（一种形态动力学流动和沉积物输运模型）模拟delta分布网络的自我形成演化，旨在恢复地表水-地下水连通性，并提出设计改道以捕获更多的沙子，从而最大限度地提高连通性^[6]。Pedro Segurado 等人以葡萄牙塔霍河流域整体结构连通性的历史变化作为案例，提出了基于空间图的分析作为评估河流系统的连通性的工具具有广阔的应用前景^[9]。ZHAO Junkai等人在基于河流和湖泊之间的分类系统，物质和能量交换，河湖互相关系的各种动态流动和生态功能，提出了基于互联水系统网络的河流系统健康评价的方法^[4]。Xiaojun Deng将河网的结构和连通性与季节变化和不同的土地利用模式相结合，针对中国东部苏南平原的河网，得到了水质与河网结构和连通性之间存在很强的连续性^[1]。YANG Wei等利用互联河流系统网络（IRSN）对引水方案进行评估，达到利益最大化^[2]。