文章信息：Grill, G. Lehner, B. Thieme, M., et al. (2019). Mapping the world’s free-flowing rivers. Nature, 569(7755), 215-221. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1111-9.

阅读笔记：王舜奕，2017级硕士生

阅读时间：2019年5月22日

选题视角:

河流是环境健康，经济财富和人类福祉的重要来源。自由流动的河流（FFRs）支持全球多样化，复杂和动态的生态系统，提供重要的社会和经济服务。

基础设施发展威胁着这些河流支持的生态系统过程，生物多样性和服务。河流受到来自破碎和河流连通性丧失的持续压力，限制了它们畅通无阻的能力，影响了健康河流许多基本过程和功能，导致生物多样性和基本生态系统服务的迅速衰退。

评估全球1200万公里河流的连通状况，并确定那些在整个河流中保持自由流动的河流。

研究方法：

1、河流的连通性评估：评估方法是由30多位科学家，生态保护从业者和行业代表在三年的时间内共同开发的，目的是更新已有的FFR全球评估方法。主要步骤：

第一步：明确FFR的全面定义，包括连接度的4个维度：

①纵向(上下游连通)

②横向(与洪泛区和河岸区连通)

③垂直(与地下水和大气连通)

④时间(基于水流季节性的连通)

第二步：根据广泛的研究综述确定影响河流连通性的五个主要压力因素：

①河流破碎

②流量调节

③沉积物拦截

④水消耗（地表水或地下水抽取）

⑤河岸和洪泛区的基础设施开发

第三步：根据全球遥感数据汇编或数字模型输出的数据，计算6个代理指标：

Degree of fragmentation (DOF) 破碎化程度

Degree of regulation (DOR) 调节度

Sediment trapping index (SED) 沉积物拦截指数

Consumptive water use (USE) 消耗水量

Road density (RDD) 路网密度

Urban areas (URB) 城市面积

第四步：开发加权模型，将六个压力指标结合起来

第五步：在多标准平均计算中应用最终权重选择，得出每个河流范围的综合连通性状态指数（CSI）

第六步：CSI的范围从0％到100％，后者表示完全连接。只有CSI>≥95％的河流被认为具有良好的连通状态，而河流达到95％以下被归类为受影响

最后，根据从河源到河口的连续流动路径，如果河流在整个长度上达到或高于CSI阈值95％，则为FFR。否则，河流被判断为不自由流动，但它可以保持混合的延伸，具有良好的连通状态和受影响的延伸。

数据来源：

“河段”定义为一个制图单元，而不是一个功能单元，它由全球河网中最小的空间元素表示，即两个相邻汇流点之间的线段；指两条或两条以上相邻的河段，但不是一条完整的河；“河流”为从源头到出水口形成单线程连续流动路径的河流河段的集合。

数据集成：HydroSHEDS数据库的空间单元将所有指标数据集集成到建模框架中

HydroSHEDS是一种水文测绘产品，以一致的格式为区域和全球规模的应用提供河流和集水区信息，包括集水区和排放估算。

河流和流量数据：通过将流提取为超过0.1m3s-1的长期平均自然流量或上游集水区的所有像素，从提供的排水方向网格中以500 m像素分辨率提取全球河网。

长期流量平均值的估算（1971-2000）：通过地理空间缩减程序，该程序来自全球WaterGAP模型的0.5°分辨率径流和排放层。WaterGAP是一个记录良好且经过验证的综合水平衡模型，可模拟自然排放（即无人为修改）和人为排放。

网络计算：应用全局河流路由模型HydroROUT，建立在HydroSHEDS数据库。具有嵌套的多尺度模型方法和连接的高级实现，并在图形中使用新颖的面向对象的矢量数据结构-理论框架。

图 世界河段连通性状况指数

图 全球河流的主要压力指标低于95%的CSI阈值

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1111-9