Геоморфология, гидрология и экология речных систем взаимодействуют через сложные процессы, происходящие в различных пространственных и временных масштабах. Взаимодействие между этими процессами и желание управлять речными системами в интересах природы и человека привлекает исследователей из многих дисциплин.
Управление экологическим распределением воды, включая количество, сроки, частоту, продолжительность и качество речного стока для пресноводных экосистем, именуемых экологическими потоками, все чаще требуется для поддержания согласованного уровня экологического состояния речной биоты и обеспечения достаточного водоснабжения для общественных нужд.
Управление экологическими потоками может быть использовано в качестве мягкого инженерного инструмента для предотвращения дальнейшей деградации рек, защиты сохранившихся ресурсов и/или восстановления экологических функций.
Среда обитания по умолчанию является междисциплинарной и предполагает сочетание физических и биологических компонентов. Важными физическими факторами являются макро- и микроморфологические особенности формы и русла, субстрат, гидравлика (скорость, глубина) и термические градиенты.
Важные биологические факторы включают поведенческие, физиологические и исторические характеристики вида для стратегий выживания и воспроизводства, а также специфические реакции или адаптации к физическим нарушениям или градиентам окружающей среды.
Интеграция биоэкогеографических исследований в области гидроэнергетики развивается в последние несколько десятилетий благодаря растущей популярности междисциплинарных исследований. Биогеоморфология и экогеоморфология (экоморфология) – это термины, наиболее широко используемые для описания двунаправленного влияния геоморфологических и биологических процессов друг на друга. Другие общие междисциплинарные термины, связанные с реками, включают экогидрологию, гидроэкологию и гидрогеоморфологию.
Некоторые ученые предложили развивать экогидроморфологическую область речных наук, которая определяется как «взаимодействие биологических объектов и экологических процессов реки с гидрологическими и геоморфологическими формами и динамикой». Экогидроморфология включает процессы и причинно-следственные механизмы, пространственную структуру речного ландшафта и изменчивость пространственных и временных масштабов. Экогидроморфология является наиболее инклюзивной из всех интегрированных терминов, поэтому чаще всего используется, когда речь идет о междисциплинарных процессах в речных экосистемах.
Процесс определения экологического потока требует участия многих специалистов, включая гидрологов, геоморфологов, биологов и экологов, а также экономистов, социологов и юристов. Сильной стороной геоморфологов в этом сотрудничестве является их способность решать сложные вопросы, связанные с течением, осадками и морфодинамикой.
Такой вклад может быть реализован только путем целенаправленного участия в междисциплинарных ситуациях прикладного управления речными ресурсами. Геоморфологи должны выходить за рамки фундаментальных исследований и применять свои знания для управления экологическими ресурсами.
Геоморфология влияет на биоту или речные экосистемы в различных масштабах. Она является такой же неотъемлемой частью, как и гидрология для поддержания экологических функций и биоразнообразия.
Глобальный обзор оценок экологического потока выявил четыре категории, основанные на методах:
- гидрологические,
- гидравлические характеристики,
- моделирование среды обитания,
- целостные методологии.
Хотя каждый из этих методов включает в себя некоторые признаки геоморфологии, они заслуживают внимания в силу ограниченного признания его центральной роли в экологических потоках. Только целостный подход учитывает динамические экогидрогеоморфологические взаимодействия в различных пространственных и временных измерениях по всему речному бассейну.
Различные морфологические и процессные элементы геоморфологии важны для изучения экологических потоков и требуют дополнительной информации для понимания влияния на экологические процессы. Между трилогией (геоморфологической, биологической и экологической) процессов, протекающих по всей сети рек от верховьев до базового уровня, существуют очень разные структурные и функциональные связи.
Речные системы являются динамичными, зависящими от процесса, и в результате тип среды обитания, качество и доступность, которые они обеспечивают, будут меняться с течением времени и пространства. Эта трилогия взаимодействий варьируется в продольном, поперечном, вертикальном и временном разрезе, а также в зависимости от макро- и мезомасштабной морфологии. Эта сложность взаимодействий позволяет одному и тому же стоку иметь весьма различные экологические результаты в зависимости от морфологии, лежащей в основе, а также одной и той же морфологии иметь весьма различные экологические последствия, зависящие от различных потоков. Эти сложные и изменчивые условия создают гетерогенное изобилие отличных друг от друга местообитаний, способных поддерживать биологическое разнообразие и жизнеспособность речных экосистем.
Управление для поддержания неоднородности среды обитания требует целого ряда условий потока. Оценки для определения экологического потока часто приводят к возникновению целого ряда потенциальных сценариев поддержания экологической целостности речной системы и включают в себя несколько целей.
Почти невозможно решить все экологические проблемы реки, и поэтому приоритет управления может быть отдан определенному виду (например, исчезающему или находящемуся под угрозой исчезновения), гильдии, нише или ключевому показателю потока для некоторых аспектов функциональной экологической целостности (например, пульсациям наводнений).
Выявление приоритетных элементов, которые, по мнению заинтересованных сторон, нуждаются в сохранении или восстановлении, зачастую является первым наиболее сложным шагом, связанным с любой оценкой экологических потоков. После выбора физических и биологических приоритетных элементов можно использовать исследовательские и полевые подходы для определения основанных на процессе связей между геоморфологией, гидрологией и биологией.