CN113887876A - 一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，选取河流的评价指标，选定的指标包括河流的三类评价要素为水体质量、河流环境和涉河生物，共包含九类评价指标：水质级别、河道岸带形态、岸坡植被覆盖度、大型底栖无脊椎动物自然度、浮游动物自然度、浮游植物自然度、鱼类自然度、两栖类自然度和涉水鸟类自然度，根据所得的九类评价指标分值进行加权评分，得到河流生态自然度N的值，再根据N值将河流生态自然度判定为优、良、轻度退化、中度退化和重度退化五个等级。本发明提出了基于河流生态自然属性的综合指标评价体系，为河道综合治理和生态修复提供一个基于生态学角度的评判依据。

Description

一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法
技术领域
本发明涉及生态环境检测技术领域，具体是涉及一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法。
背景技术
由于人类活动和社会加速发展，导致河流环境恶化、生物多样性锐减、生态功能丧失等状况，河流生态***受到严重破坏。水质污染、栖息地环境破坏及生物多样性丧失等诸多问题频繁出现。针对这些问题，越来越多的国内外学者开始关注河流健康并开展对其进行健康评价的研究。河流评价始于20世纪中期，目前关于河流生态***健康评价的方法有很多，最初主要是对水体生物需氧量、化学需氧量以及大肠杆菌数量等的测定，但这种方法较片面，不能准确反映河流的总体状态。对河流生态***的健康或者自然度的评价工作，主要强调河流的单一属性(如水文、水质、栖息地、生物等)和综合评估方法(生态***健康等)。然而，目前的综合评估方法主要侧重河流的水质、水文、环境等非生物指标，而生物指标中所涉及的具体指标也相对不全面。本发明旨在从评价河流自然属性出发，侧重河流的生物及其栖息地指标，综合分析河流水质、生境和生物类群的九类指标，以及按权重和赋值，从生态学角度首次提出一个综合全面的评价方法，以期为河道治理、生态修复等提供基于生态学角度的评判依据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法。
本发明描述人类活动对自然环境的影响或自然属性保留程度，从河流自然属性出发，通过对河流生态自然度的评价，为河流生态修复提供一个基于自然属性的评价指标体系。河流生态自然度作为描述保护价值和现状保存状态的指标，主要用于描述人类活动对自然环境的影响，或者自然属性保留程度，即，当前河流生态***与自然参照河流状态的差距。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，它包括以下步骤：
S1.指标选定：选取河流的评价指标，选定的指标包括河流的三类评价要素为水体质量、河流环境和涉河生物，共包含九类评价指标，所述的九类评价指标分别为水质级别N1、河道岸带形态N2、岸坡植被覆盖度N3、大型底栖无脊椎动物自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9；
S2.数据调查：分别收集步骤S1中所述的九类评价指标评价数据；
S3.分值赋予：根据表1河流生态自然度评价指标赋分标准结合步骤S2收集的数据对九类评价指标赋予分值；
表1河流生态自然度评价指数赋分标准
Figure BDA0003250560190000021
S4.总分计算：根据S3所得的九类评价指标分值进行加权评分，得到河流生态自然度的值N；
其中，
Figure BDA0003250560190000022
式中，Ni为各评价指标计算结果所对应的分值，Mi为对应评价指标的权重，准则层水质权重为Y1，准则层生境权重为Y2，准则层生物权重为Y3；
S5.等级划分：根据N值将河流生态自然度划分为优、良、轻度退化、中度退化和重度退化五个等级，具体为：
当3.2≤N≤4.0时，河流生态自然度等级为优；
当2.4≤N＜3.2时，河流生态自然度等级为良；
当1.6≤N＜2.4时，河流生态自然度等级为轻度退化；
当0.8≤N＜1.6时，河流生态自然度等级为中度退化；
当0≤N＜0.8时，河流生态自然度等级为重度退化。
进一步地，步骤S2中的水质级别N1根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》(GB3838)进行测量与分类。
进一步地，步骤S2中的岸坡植被覆盖度N3采用岸线植被覆盖度PCr表示，其计算方法为：
Figure BDA0003250560190000031
式中，PCr：岸线植被覆盖率赋分，Aci：岸段i的植被覆盖面积(km2)；Aai：岸段i的岸带面积(km2)；Lvci：岸段i的长度(km)；L：评价岸段的总长度(km)。
进一步地，步骤S2中大型底栖无脊椎动物的自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9均采用以下生物自然度公式计算：
生物自然度＝(Ha-Hb)/Hb×100％
其中，Ha：待评价河流生物的香农-维纳多样性指数；Hb：相近河流规模原生河流的生物的香农-维纳多样性指数。
香农-维纳多样性指数H计算公式：
H＝∑(Pilog2Pi)
其中，Pi为物种i的相对丰富度。
本发明所述的原生河流是指未受或者轻微人为干扰影响的河流，当找不到合适的参照河流时，可借助历史资料、数据、档案、调查访问或者生态模型估计自然合理的指标状态。
进一步地，步骤S4中所述Y1为0.2，Y2为0.4，Y3为0.4。
进一步地，步骤S4中所述Mi具体为：水质级别的M1为1、河道岸带形态的M2为0.4、岸坡植被的M3为0.6、大型底栖无脊椎动物的M4为0.2、浮游动物的M5为0.1、浮游植物的M6为0.1、鱼类的M7为0.2、两栖类的M8为0.2、涉水鸟类的M9为0.2。
进一步地，步骤S5中所述等级划分采用百分评分制得分S进行划分，所述百分评分制得分S＝N×25，具体为：
当80≤S≤100时，河流生态自然度等级为优；
当60≤S＜80时，河流生态自然度等级为良；
当40≤S＜60时，河流生态自然度等级为轻度退化；
当20≤S＜40时，河流生态自然度等级为中度退化；
当0≤S＜20时，河流生态自然度等级为重度退化。
通常，权重可通过划分多个层次指标进行判断和计算，常用的方法包括层次分析法、模糊法、模糊层次分析法和专家评价法等。本发明中所述的权重是指要素或者指标相对于河流生态自然度的重要程度，其不同于一般的比重，强调和倾向于水生生物的对河流生态自然度的直接指示作用和相对重要程度。本发明中，基于多年的生态学调查研究，准则层权重分别设定为：水质Y1为0.2，生境Y2为0.4，生物Y3为0.4；各评价指标的权重Mi分别为：水质级别的M1为1、河道岸带形态的M2为0.4、岸坡植被的M3为0.6、大型底栖无脊椎动物的M4为0.2、浮游动物的M5为0.1、浮游植物的M6为0.1、鱼类的M7为0.2、两栖类的M8为0.2、涉水鸟类的M9为0.2。
本发明具有以下优点：本发明建立了一种河流生态自然度的评价方法，基于水质质量、生境、生物三大要素的九类指标：水质级别、河道岸带形态、岸坡植被覆盖度、大型底栖无脊椎动物自然度、浮游动物自然度、浮游植物自然度、鱼类自然度、两栖类自然度和涉水鸟类自然度，且生物指标数据通过对待评价河流与自然参照河流香农-维纳多样性指数，对评价河流的生态自然度进行分级和赋值，充分反映被评价河流与自然参照河流的差距。本发明构建了强调河流自然属性的综合指标评价体系，以完善河流健康评价，有助于河流管理、修复等工作，为河道治理、生态修复等提供一个基于生态学的评判依据。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
实施例1：以四川省广汉市鸭子河和成都市锦江为例进行本发明的具体描述。
1.鸭子河流经彭州市、什邡市、广汉市城区，最终在广汉市和兴镇双河村汇入沱江支流石亭江。鸭子河全长122公里，总流域面积1694平方公里。以鹿茸溪为正源，鸭子河长57.8公里，流域面积262.37平方公里。主要支流有小石河、新马牧河、坪桥河等。广汉市鸭子河是众多野生水禽在成都平原最重要的越冬地之一。
2.锦江，原成都府南河，系岷江水系流经成都的两条主要河流，都江堰引入的四条河中的一条：走马河，它流到成都形成府河和南河，府河进入成都市区后绕城北、东而流，南河绕城西、南而流在合江亭处汇合，汇合后称府南河，2004年改名为锦江，长期污染较为严重。
S1.指标选定：选取河流的评价指标，选定的指标包括河流的三类评价要素为水体质量、河流环境和涉河生物，共包含九类评价指标，所述的九类评价指标分别为水质级别N1、河道岸带形态N2、岸坡植被覆盖度N3、大型底栖无脊椎动物自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9。
S2.数据调查：分别收集步骤S1中所述的九类评价指标评价数据；
评价指标数据调查分别采用以下方法进行：
水质级别N1：采用便携式水质监测仪器，校准仪器、测量、记录每项水质参数表征值，调查者需要注明所使用的仪器类型和数量单位。分别在河流的上、中和下游采样。在每段采样时，采样点选择与河流宽度相关：当河流宽度＞100m，分别在该段左、中、右各设置1个采样点；若河流宽度在50-100m，可在两岸有明显水流处设点；若河流宽度＜50m，则只在中心区设1个采样点。每月采样1次。水质级别根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》(GB3838)进行测量与分类。
河道岸带形态N2：现场实地观察，根据河道人工硬化程度定性描述。河道岸带形态反映河道生境受人类影响的程度，根据岸坡人工硬化程度不同进行分类。
岸坡植被覆盖度N3：植被覆盖度可采用照相法和目测法相结合的方式观测。通过相机获取植被覆盖的数码照片，重复拍摄2-3次，然后分别计算每次的植被覆盖度，求得平均值。对于相机不易识别的区域，采用目测法观测。调查时间为7-9月，每年1次。岸坡植被覆盖度N3采用岸线植被覆盖度PCr表示，其计算方法为：
Figure BDA0003250560190000051
式中，PCr：岸线植被覆盖率赋分，Aci：岸段i的植被覆盖面积(km2)；Aai：岸段i的岸带面积(km2)；Lvci：岸段i的长度(km)；L：评价岸段的总长度(km)。
大型底栖无脊椎动物自然度N4：调查准备阶段，可初步设置采样区和采样点，进行实地勘察，而后确定调查采样区和采样点，确定调查路线和调查方法。采样点的设置与鱼类相同。如有特殊生境，则增设调查点，根据动物特点，适当进行取舍与增加。采用踢网(1m×1m)、三角拖网(边长30cm)、D形网(30cm宽)进行调查，并记录大型底栖动物样品。在可涉水溪流，河流的沿岸带等各种不同生境中进行采集。春秋两季各调查1次。
浮游动物自然度N5：分别在河流的上、中和下游采样，分别在每段采样时，采样点选择与河流宽度相关。当河流宽度＞100m，在该段左、中、右各设置1个采样点；若河流宽度在50～100m，可在两岸有明显水流处设点；若河流宽度＜50m，则只在中心区设1个采样点。采用浮游生物网或其他专业浮游生物采样器，在一定深度采集水样，而后对样品进行固定、浓缩、种类鉴定与计数。根据调查期的水文、水温和水位等环境要素的变动来确定采样时段，春秋各采样1次。
浮游植物自然度N6：主要测定浮游藻类，采用浮游生物网或其他专业浮游生物采样器，在一定深度采集水样，而后对样品进行固定、沉淀与浓缩、种类鉴定与计数。浮游藻类监测时期应包括藻类生长旺盛季节，春秋季节各调查1次。
鱼类自然度N7：河流上、中、下游分别采样，采用现场捕获法，指根据采样河段的调查种类习性和生境类型，选择相应的捕鱼设备，直接捕获鱼类；渔获物调查法，指从渔民处调查、收集其持有的所有渔获物，进行定量统计分析，春秋两季各1次。
两栖类自然度N8：采用标记重捕法调查两栖类动物，同时参照观察到的或采获的实体、蝌蚪、幼体等标本确定属种。在调查点内，划定边界明确的区域，捕捉一定数量的动物个体，进行标记。标记完后及时放回，经过一个设定时期后进行重捕。根据重捕取样中标记比例与样地总数中标记比例的假定，来估计样地中被调查动物的总数N：
N＝M×n/m
式中：M为标记个体数；n为重捕个体数；m为重捕样中标记数；N为样地中个体总数。
涉水鸟类自然度N9：以实地调查、查阅相关资料等方法确定种类组成。采用样线法进行，在评价范围内布设一定数量的样线，样线要尽量保证穿越不同生境和海拔。鸟类种类根据所见个体外形及其鸣叫、访问当地居民等方法获得。
样线法为观测者在观测地选定路线，观测者沿该路线行走，调查一定空间范围内出现的鸟类物种。由至少2名调查人员组成调查组，配备8倍双筒望远镜，观测近距离鸟类；25-60倍单筒望远镜，观测远距离鸟类；以及工具书、记录表、GPS、鸟类野外手册等工具书等。其中至少1人进行种类识别和计数，1人记录数据。在鸟类活动频繁的时段(一般为早晨6点-8点、傍晚5点-7点)，调查者保持均匀速度，沿样线行走，观察并记录样线两侧、前方的鸟类种群及数量。根据观测区域鸟类繁殖、迁徙及越冬习性确定观测时段。
其中，大型底栖无脊椎动物的自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9均采用以下生物自然度公式计算：
生物自然度＝(Ha-Hb)/Hb×100％
式中，Ha：待评价河流生物的香农-维纳多样性指数；Hb：相近河流规模原生河流的生物的香农-维纳多样性指数。
香农-维纳多样性指数H计算公式：
H＝∑(Pilog2Pi)
式中，Pi为物种i的相对丰富度。
本发明所述的原生河流是指未受或轻微受人为干扰影响的河流，当找不到合适的参照河流时，可借助历史资料、档案、调查访问或者生态模型估计其指标。
通过上述的方法收集，S1中的水质级别N1、河道岸带形态N2、岸坡植被覆盖度N3、大型底栖无脊椎动物自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9等九类评价指标数据如表2所示。
表2鸭子河和锦江河流评价指标数据
Figure BDA0003250560190000071
S3.分值赋予：根据表1河流生态自然度评价指标赋分标准对九类评价指标赋予分值，如表3所示；
表3鸭子河和锦江河流评价指标赋值数据
Figure BDA0003250560190000072
S4.总分计算：根据S3所得的九类评价指标分值进行加权评分，得到鸭子河和锦江河流生态自然度的值N；
其中，
Figure BDA0003250560190000073
式中，Ni为各评价指标计算结果所对应的分值，Mi为对应评价指标的权重，准则层水质权重为Y1，准则层生境权重为Y2，准则层生物权重为Y3；
所述Y1为0.2，Y2为0.4，Y3为0.4；所述权重Mi具体为：水质级别的M1为1、河道岸带形态的M2为0.4、岸坡植被的M3为0.6、大型底栖无脊椎动物的M4为0.2、浮游动物的M5为0.1、浮游植物的M6为0.1、鱼类的M7为0.2、两栖类的M8为0.2、涉水鸟类的M9为0.2。
经计算，得到鸭子河的生态自然度N的总分为3.4，锦江的生态自然度N的总分为1.28。
S5.等级划分：根据N值将河流生态自然度划分为优、良、轻度退化、中度退化和重度退化五个等级。
进一步地，步骤S5中所述等级划分采用百分评分制得分S进行划分，所述百分评分制得分S＝N×25，具体为：
当80≤S≤100时，河流生态自然度等级为优；
当60≤S＜80时，河流生态自然度等级为良；
当40≤S＜60时，河流生态自然度等级为轻度退化；
当20≤S＜40时，河流生态自然度等级为中度退化；
当0≤S＜20时，河流生态自然度等级为重度退化。
鸭子河的生态自然度总分为3.4，河流生态自然度等级为优，百分制评分为85。
锦江的生态自然度总分为1.28，河流生态自然度等级为中度退化，百分制评分为32。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1.指标选定：选取河流的评价指标，选定的指标包括河流的三类评价要素为水体质量、河流环境和涉河生物，共包含九类评价指标，所述的九类评价指标分别为水质级别N1、河道岸带形态N2、岸坡植被覆盖度N3、大型底栖无脊椎动物自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9；
S2.数据调查：分别收集步骤S1中所述的九类评价指标评价数据；
S3.分值赋予：根据表1河流生态自然度评价指标赋分标准结合步骤S2收集的数据对九类评价指标赋予分值；
表1河流生态自然度评价指数赋分标准
Figure FDA0003250560180000011
S4.总分计算：根据S3所得的九类评价指标分值进行加权评分，得到河流生态自然度的值N；
其中，
Figure FDA0003250560180000012
式中，Ni为各评价指标计算结果所对应的分值，Mi为对应评价指标的权重，准则层水质权重为Y1，准则层生境权重为Y2，准则层生物权重为Y3；
S5.等级划分：根据N值将河流生态自然度划分为优、良、轻度退化、中度退化和重度退化五个等级，具体为：
当3.2≤N≤4.0时，河流生态自然度等级为优；
当2.4≤N＜3.2时，河流生态自然度等级为良；
当1.6≤N＜2.4时，河流生态自然度等级为轻度退化；
当0.8≤N＜1.6时，河流生态自然度等级为中度退化；
当0≤N＜0.8时，河流生态自然度等级为重度退化。
2.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S2中水质级别N1根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》GB3838进行测量与分类。
3.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S2中岸坡植被覆盖度N3采用岸线植被覆盖度PCr表示，其计算方法为：
Figure FDA0003250560180000021
式中，PCr：岸线植被覆盖率赋分，Aci：岸段i的植被覆盖面积(km2)；Aai：岸段i的岸带面积(km2)；Lvci：岸段i的长度(km)；L：评价岸段的总长度(km)。
4.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S2中大型底栖无脊椎动物的自然度N4、浮游动物自然度N5、浮游植物自然度N6、鱼类自然度N7、两栖类自然度N8和涉水鸟类自然度N9均采用以下生物自然度公式计算：
生物自然度＝(Ha-Hb)/Hb×100％
式中，Ha：待评价河流生物的香农-维纳多样性指数；Hb：相近河流规模原生河流的生物的香农-维纳多样性指数。
5.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S4中所述Y1为0.2，Y2为0.4，Y3为0.4。
6.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S4中所述权重Mi具体为：水质级别的M1为1、河道岸带形态的M2为0.4、岸坡植被的M3为0.6、大型底栖无脊椎动物的M4为0.2、浮游动物的M5为0.1、浮游植物的M6为0.1、鱼类的M7为0.2、两栖类的M8为0.2、涉水鸟类的M9为0.2。
7.根据权利要求1所述的一种基于涉河生物和生境质量的河流生态自然度评价方法，其特征在于，步骤S5中所述等级划分采用百分评分制得分S进行划分，所述百分评分制得分S＝N×25，具体为：
当80≤S≤100时，河流生态自然度等级为优；
当60≤S＜80时，河流生态自然度等级为良；
当40≤S＜60时，河流生态自然度等级为轻度退化；
当20≤S＜40时，河流生态自然度等级为中度退化；
当0≤S＜20时，河流生态自然度等级为重度退化。
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CN112070362A (zh) * 2020-08-13 2020-12-11 北京东方利禾景观设计有限公司 一种适用于平原地区季节性河流生态廊道功能评价方法

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南京水利科学研究院 *

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