关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上, 确定环境因子与生物因子的相关关系, 必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、婉蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括:调查单个生物因子的基本需求, 评估各种生物因子的相互关系和制约条件, 对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。需要强调的是, 在众多的环境因子中, 识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子, 在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地设计。

　　3.生态系统自设计、自我恢复原则　有关生态系统的自组织功能的讨论始于20 世纪60 年代, 以后有不同学科的众多学者涉足这个领域。以各种不同形式构成的自组织功能, 是自然生态系统的重要特征。

　　生态学用自组织功能来解释物种分布的丰富性现象, 也用来说明食物网随时间的发展过程。生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择, 也就是说某些与生态系统友好的物种, 能够经受自然选择的考验, 寻找到相应的能源和合适的环境条件。在这种情况下生境就可以支持一个能具有足够数量并能进行繁殖的种群。自组织功能原理与达尔文的进化论有相似之处, 只是研究的尺度不同而已。达尔文的进化论研究是在地球生物圈所有种群的尺度上进行的, 而自组织功能是在生态系统中种群之间发生的。

　　生态系统的自组织功能对于生态工程学的意义是什么,H .T .Odum 认为:“生态工程的本质是对自组织功能实施管理。”Mitsch 认为:“所谓自组织也就是自设计”[ 6] 。将自组织原理应用于生态水利工程时, 生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计, 建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中, 建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同, 生态工程设计是一种“指导性”的设计, 或者说是辅助性设计。依靠生态系统自设计、自组织功能, 可以由自然界选择合适的物种, 形成合理的结构, 从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明, 人工与自然力的贡献各占一半[ 7] 。

　　我国古代传统哲学注重人与自然的和谐相处, 老子主张:“人法地, 地法天, 天法道, 道法自然” 。反映了一种崇尚自然, 遵循自然规律的哲学观。在建筑理念方面, 提倡“工不曰人而曰天, 务全其自然之势”(《管氏地理指蒙》), “虽由人作, 宛自天开”(《园冶》), 都提倡一种效法自然, 依靠自然的思想。国际生态学界一些学者认为, 系统生态学的哲学理念应该追溯到公元前11 世纪中国的周代。其中“阴阳五行” 、万物竞争共存和相生相克等哲学思想, 体现了促进与抑制, 成长与腐朽, 合成与异化之间的平衡与转化, 这些正是现代生态学的哲学基础。

　　传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时, 要求工程师必须放弃控制自然界的动机, 树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的, 这种一厢情愿的企图最终往往归于失败。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富, 实现人与自然的和谐。需要强调的是, 地球上没有两条相同的河流, 每一条河流的特点都是各不相同的。因此, 每一项生态水利工程必须因地制宜, 充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值, 寻求最佳的生态工程方案。

　　自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子, 也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时, 需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度, 防止生物入侵。

　　要区分两类被干扰的河流生态系统。一类是未超过本身生态承载力的生态系统, 是可逆的。当去除外界干扰即卸荷以后, 有可能靠自然演替实现自我恢复的目标。另一类是被严重干扰的生态系统, 它是不可逆的。在去除干扰即卸荷后, 还需要辅助以人工措施创造生境条件, 再靠发挥自然修复功能, 有可能使生态系统实现某种程度的修复。这就意味着, 运用生态系统自设计、自我恢复原则, 并不排除工程师和科学家采用工程措施、生物措施和管理措施的主观能动性。

　　4.景观尺度及整体性原则　河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行, 而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低, 而且成功率也低。

　　所谓“整体性”是指从生态系统的结构和功能出发, 掌握生态系统各个要素间的交互作用, 提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法, 而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题, 也不仅仅是恢复单一物种或修复河岸植被。