介绍河流水生态健康评价的方法.docx

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1、介绍河流水生态健康评价的方法河流健康评估应包括物理一化学评估、生物栖息地质量评估、水文评估和生物群落的评估等内 容。评估需要建立生境因子与生物因子的相关关系，需要建立基准点即参照系统，需要明确水文条 件、水质条件和栖息地质量三个要素，需要因地制宜地为每一条河流建立健康评估体系及建立生物 监测系统和网络。关键词：河流；健康；评估；生境；参照系统；栖息地；水文目录1 .序言2.我国生态文明建设战略的提出与开展22. 1.习近平生态文明思想金句23. 2.水环境管理开展趋势23.建立河流健康评估体系的原那么33.1. 建立生境因子与生物因子的相关关系33. 2.确定参照系统34. 3.明确影响河流生

2、态系统健康的要素34.4. 河流健康标准中应包括为社会兴利的内容.43. 5.因地制宜地制定每一条河流的健康评估体系.43. 6.建立完整的生物监测系统，进行长期监测和评估4.河流健康评估的内容51. 2.生物栖息地质量评估54. 3.水文评估65. 4.生物评估6.水质评价74 .生境评价9.生物评价97. 1. BMWP计分系统97. 2. Chandler 生物指数97. 3. Shannon-Wienner 多样性指数117. 4. Hilsenhoff 指数(Hilsenhoff Biotic Index, HBI)127. 5. Palmer藻类污染指数138. 6.生物完整性指数

3、(IBI)13水生态环境质量的综合评价144.1.物理一化学评估5第1页共15页Chandler生物指数(CBI)依据大型底栖无脊椎动物类群对水体污染的敏感性及各类群出现的多 度分别给予记分。按照分值分布范围，对监测位点水体质量状况进行评价。CBI分值越大说明水体 质量越好。根据Chandler指数计分表(表旬计算出每个样品计分的总分，并按照分值评价标准(表5)划分 监测位点污染等级，完成污染状况评价。表4 chandler指数计分表在样本中出现的类群12330多度31 5051 100100带翅石蝇科(Taenopteryeridae)、石蝇科 (Perlidae)以及包括石蝇科中的Pezo

4、didaeLsoperidae 和 Chiloroperlidae 各亚科中每个 种及 ru 111 真涡虫(Plcmciria alpina) 蜉蜥目(Ephemeroplena)中除去四节蜉90949899100(Baetis)外各种建巢的石蛾(毛翅目) (Cased casddis)7984909497表4 chandler指数计分表(续)第10页共15页在样本中出现的类群脉翅目中泥铃亚目(Mcgaloptcra),钩螺(Ancvlus)原石蛾科(Bhyacopilidas)大蚊科中的Dicaranda帆,泪花蝇亚科(Dimno phorinae)纳属(Simulium )鞘翅目(Col

5、eoptera) 线虫纲(Ncmatoda)各类特翅目(Plecoptera)中 Amphinemuza 屈钩虾(Gamma rus )除去原石蛾(Rhyacophila)外的所仃不建巢的石蛾(Caddis)中的彩个种三肠科(Tricladidae)中除去高山真涡虫水蜗(Hydnacazina)中各属除去钩螺外的所有软体动物中年一个种除去溪流摇蚊(Tendipes ripazius )外的摇蚊f4 (Tcndipedidad)的每一种扁蛭屈(Glersiphozia)的每一种tW/KS (Assellus)除去扁蛭属和吸血蛭(Haemopsis)外的所仃水蛭(Leech)吸血蛭额蚓(Tubif

6、e工溪流摇蚊仙女虫尿(Nais)尾呼吸种类的每一种没仃大型无背椎动物1233031 505110010075808691947075828791657077838860657278845661677375515561667247505458633836353331363331292532302825213028252218282521181526232016132522181410242016129231915107221813129211712742016106219159510多度表5 Chandler分值评价标准CBI分值045300300评价结果严重污染-中度污染粒度污染或未污染7.

7、3. Shannon-Wienner 多样性指数Shannon-Wienner多样性指数反映了生物群落结构的复杂程度。其评价原理是基于，通常多样 性指数越大，表示群落结构越复杂，群落稳定性越大，生态环境状况越好；第11页共15页而当水体受到污染时，某些种类会消亡，多样性指数减小，群落结构趋于简单，指示水质出现 下降。Shannon-Wienner多样性指数的计算公式如下：S=-2（;）唾2（二）/=1式中：H-多样性指数；n-大型底栖动物（藻类）总个体数；S-大型底栖动物（藻类）种类数；ni-第i种大型底栖动物（类）个体数。H3.0为清洁，3.02.0为轻度污染，2.010为中污染，01.0为

8、重污染，0为严重污染。7. 4. Hilsenhoff 指数（Hilsenhoff Biotic Index, HBI）利用不同的大型底栖动物对有机污染（如富营养化）有不同的敏感性/耐受性与不同类群出现的丰 度信息对监测位点水体质量状况进行评价。HBI分值越大说明水体质量越差。HBI的计算公式为：ni=t式中：n-第i个分类单元（通常为属级或种级）的个体数；N-样本个体总数；ti-第i个分类单元的耐污值。HBI分值03.75为极清洁；3.764.25为很清洁；4.26-5.00 为清洁；5.01-5.07 为一般；为轻度污染；6.51-7.25 为污染；7.26-10为严重污染。第12页共15

9、页7. 5. Palmer藻类污染指数如表6&表7,根据藻类对有机污染耐受程度的不同，对能耐受污染的20属藻类，分别给予 不同的污染指数值。按照指数分值分布范围，对监测位点水体质量状况进行评价。Palmer分值越小 说明水体质量越好。根据水样中出现的藻类，计算总污染指数。将水样中出现的藻类赋以一个污染指数值，计算样品中总污染指数，然后按照Palmer评价标 准评价水体污染状况。表6藻类的污染指数值属名污染指数值属名污染指数值集胞藻属1微芒藻属1纤维藻属2舟形藻属3衣藻属4菱形藻底3小球藻属3颤藻属5新月藻属1实球藻属1小环藻属1席藻属1裸藻属5扁裸藻属2异极藻属1栅藻属4鳞孔藻属1毛枝藻属2直

10、链藻属1针杆藻属2表7 Palmer评价标准指数201519WQI233WQI222WQI21WQK1表征颜色蓝色绿色黄色橙色红色整理自：河流水生态环境质量评价技术指南（试行），中国环境监测总站，2014-06,转自: 国家长江保护修复联合研究中心第15页共15页1.序言河流水生态质量评价要结合河流生态环境实际情况，遵循水生生物类群栖息及生存规律，并充 分考虑水域环境的自然地理条件、生物类群的时间变化特点、工作目的及人员的技术水平，从而选 择评价类群的评价方法。要评价一条河流的水生态环境质量的方法，先要确定水生态环境质量评价的要素，并确定参照 状态。一般来讲，主要的评价要素包括水体理化参数、物

11、理生境和生物类群，而生物类群又包括大 型底栖动物和着生藻类两大类。今天我们一起来了解水生态环境质量评价的主要方法。河流健康概念是河流管理的一种评估工具，其目的是建立一套河流生态系统评估体系，评估在 自然力与人类活动双重作用下，在长期进化过程中河流生态状态的变化趋势。河流健康概念包含了 对于人类合理开发河流现实的成认，寻求在生态保护与水资源开发之间取得平衡点，河流健康概念 是相对的，需要建立一种参照系统，经与这个参照系统比拟获得现实河流生态状况的评价。我国 近十余年来开展的河流环境评估，主要是基于水质的物理一化学监测的环境评估，其缺乏是忽视了 河流的水文、水质条件以及河流地貌条件的变化对于河流生

12、物群落的影响。河流健康概念的建立， 导致谋求建立较为完善的评估体系，对于河流生态系统状况进行综合评估。如何建立评估体系，是 河流健康评估的关键技术问题。2.我国生态文明建设战略的提出与开展2.1. 习近平生态文明思想金句A我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金 山银山A像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境A山水林田湖草是生命共同体A生态环境保护是中华民族永续开展的千年大计生态环境保护是功在当代、利在千秋的事业2.水环境管理开展趋势水环境管理目标由单一水质达标导向逐步过度为水生态系统健康是必然趋势美国和欧盟诸国都将河流健康作为河流治理的根

13、本目标，我国在经历了 “污染控制-水质改 善生态修复”开展历程之后，也引申出“河湖健康”概念 “十四五”时期，水环境管理坚持山水林田湖草整体保护和水资源、水生态、水环境“三第2页共15页水统筹”的系统思维，推动实现“清水绿岸、鱼翔浅底”美丽中国阶段目标。3.建立河流健康评估体系的原那么3.1. 建立生境因子与生物因子的相关关系生态系统是指一定空间中的生物群落(动物、植物、微生物)与其环境组成的系统，其中各成员 借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能复合体。生态系统是由生物和生境两大局部有机组 成，生命局部是生态系统的主体，生境是生命支持系统。河流是水域生物生命的载体，又是水域生 态系统物质

14、流与能量流传输的介质。在评估体系中需要重视河流生物群落的历史、生存和演变过 程，需要重视水域生物群落与河流生境之间的耦合关系。监测由于人类活动和自然力作用引起的河 流的流量、水质、流速、水温、水深和水文周期的种种变化，调查水利水电工程建设、土地利用以 及城市化引起的河流地貌学特征的变化，确定生物因子与生境因子之间定性或定量关系，综合评价 这些变化对河流生态系统健康的影响。3. 2.确定参照系统河流健康是一个相对概念，需要建立基准点即参照系统，在比照的基础上，进行生态状况的评 估。参照系统可以按照时间和空间分类。按照时间分类，取同一条河流历史上的自然状况作为理想 参照系统，这往往定义为大规模人类

15、活动前的洪荒时期河流生态状况。我国具有几千年悠久的治河 历史，依靠有限的历史资料建立河流原始状况的情景，对我国大多数河流来说是不可能的。因此只 能选择掌握一定记录资料、生态状况相对较好的历史状况作为理想参照系统。还有一种方法是在历 史监测资料缺乏的条件下，同一条河流在同一监测断面上，以当前河流生态状况为参照系统，逐年 积累监测数据.进行先后变化的趋势评估，分析河流的状态是向健康方向开展还是趋于退化。按照 空间分类，可以选择同一条河流生态状况良好的河段作为参照系统，也可以选择自然与经济社会条 件类似的生态状况良好的另一条河流作为参照系统。国外也有一种在建立历史资料调查分析的基础 上人为规定的“理

16、想参照状态”，定义为“可以到达的最正确状态”，如美国环境署执行的生物快 速评估草案(R.B.P)就属这一类。3. 3.明确影响河流生态系统健康的要素水文条件、水质条件和栖息地质量是影响河流生态系统健康的三要素。河流枯竭、断流以及水 体污染造成河流生态系统退化和富营养化，已经有许多研究成果和案例。栖息地质量是河流健康的 重要胁迫因子。栖息地对于河流生态系统的作用分析，是基于河流地貌学原理。研究说明，假设在 水量与水质条件不变的情况下，生物群落多样性与生境的空间异质性存在线性关系。一个地区的生第3页共15页境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物 环境

17、变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成 生态系统某种程度的退化。河流的空间异质性具体表现为河流地貌学特征的多样性，包括河流系统 的纵向连续性，河流洪泛区的侧向连通性，河流形态的蜿蜒性，河床断面多样性以及岸坡材料和岸 边植被结构等。研究成果还说明，对于自然河道和岸边结构的干扰是河流生物结构和功能退化的主 要原因。3. 4.河流健康标准中应包括为社会兴利的内容河流健康概念不同于强调保护原生态的自然保护主义的观点，而是包含了对于人类合理开发河 流现实的成认，河流要为供水、灌溉、发电、航运、旅游等目标服务，力图在保护河流生态系统与 开发利用水资源之间取得某种

18、平衡。比方河势摆动有利营养物质的迁移扩散，为生物群落生存繁衍 提供机会。但是在一般情况下，为了防洪平安还是把稳固河势作为一项河流健康标准的条件。而在 河流堤防设计中，尽可能展宽堤防间距，为洪水留有一定的空间，增强河流侧向的连通性，为鱼类 和两栖动物提供避难所和栖息地。3. 5.因地制宜地制定每一条河流的健康评估体系我国幅员辽阔，各流域的自然条件不同，经济社会开展水平各异。制定河流健康评估准那么既不 能照搬国外经验，也不可能制定全国统一的细那么标准，应经过调查、论证因地制宜地制定符合流 域、地区自然及社会经济条件的健康评估准那么。黄河的特点是水少沙多，河势游荡，大局部水量都 在人工控制之下，流域

19、内供需矛盾尖锐，水文、水质和生物栖息地都已经发生了巨大的变化。而长 江水量丰沛，流域内生物群落多样性水平高，中下游是我国人口密集、经济兴旺地区，现实的风险 一个是三峡工程建成后清水下泄冲刷，引起河势和江湖关系变化导致对于生物栖息地的影响，一个 是长江中下游污染加剧；潜在的风险是上游水电梯级开发对于长江健康的长远影响。因地制宜制定河流健康的评估标准，重点是分析对于河流健康的主要胁迫因子。在人为干扰方 面，需要分析诸如水体污染、过度取水、土地利用和城市化、水流的人工控制、河道的人工改造等 因素影响强度，发现对于生态系统的主要胁迫因子；在自然条件方面，要综合气象、水文、生物群落、植被、景观、土地等多

20、种因素，明确具体河 流的健康定位。在河流健康评估准那么中，要突出主要胁迫因子，加强对其监测和评估。2. 6.建立完整的生物监测系统，进行长期监测和评估河流健康评估的基础是河流生态监测数据资料。我国已经形成了较为完善的水文监测体系，需 要建立的是生物监测系统和网络。监测方法从使用复杂仪器到简单的现场目测记录，可根据河流规第4页共15页模不同因地制宜确定。因为河流生态系统演替是一个长过程，所以要强调生物监测资料长系列，才 能进行长期的河流健康评估。4.河流健康评估的内容2.1. 物理一化学评估物理一化学评估作为河流健康评估指标之一，是因为这些指标可以反映河流水流和水质变化、 河势变化、土地使用情况

21、和岸边结构。物理量测参数包括流量、温度、电导率、悬移质、浊度、颜 色。化学量测参数包括pH值、碱度、硬度、盐度、生化需氧量、溶解氧、有机碳等。其他水化学 主要控制性指标包括阴离子、阳离子，营养物质等(磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、硅)。在河流健康评估中应突出物理一化学量测参数对河流生物群落的潜在影响。比方总磷、总磷/ 总氮和叶绿素等，可能导致水体的富营养化；由于盐的输入可能改变电导率造成某些敏感物种死亡；生化需氧量(BOD)的降低会引起生物窒息，造成鱼类死亡；由于泥沙输移造成悬移质和浊度变化，引起淤积和地貌特征变化，改变吸附在泥沙颗粒外表上 的营养盐的输移规律及栖息地质量；由于污染引起pH值、

22、有机物和金属等参数变化，可能造成敏感生物的减少等。一些机构和研究者倾向于综合各种水质指数为一组简单的水质指数，目的是可以满足社会公众 对于水质的关注需求。这种非专业的综合水质指标采用数量不多的指数作为一种工具，可以表示水 体受损的相对水平，也可以对于水质改善过程进行评估，并且研究随时间演变趋势。3. 2.生物栖息地质量评估生物栖息地评估的内容是勘查分析河流走廊(rivercorridor)的生物栖息地状况，调查生物栖息 地对于河流生态系统结构与功能的影响因素，进而对栖息地质量进行评估。具体表达在河流的物理 一化学条件、水文条件和河流地貌学特征对于生物群落的适宜程度，特别是对于形成完整的食物链

23、结构和完善的生态功能的作用。生物栖息地质量的表述方式，可以用适宜的栖息地的数量表示，或者用适宜栖息地所占面积的 百分数表示，也可以用适宜栖息地的存在或缺失表示。栖息地评估的变量指数可以包括以下内容：(1)传统的水文和水质条件，包括径流变化与参照系统的对照、水体污染、水库人工调节影响 等；(2)河流地貌特征，主要评估栖息地结构和河势稳定性，包括河流蜿蜒性、河床的淤积与冲刷、第5页共15页 岸坡稳定性、人工渠道化程度、闸坝运行影响等；(3)河道构造，按照尺度、河床材料、本底材料和河道改造进行描述；(4)岸边植被，指评估岸边带植被数量和质量，包括植被宽度、顺河向植被连续性(用植被间断 长度表示)、结

24、构完整性(指各类植物的密度与自然状态的比拟)、当地乡土物种覆盖比例及再生性状 况、湿地河洼地状况等；(5)河流周围社会经济开展状况，包括人口、经济结构、土地利用方式变化以及城市化影响等。4. 3.水文评估水文评估的目的是分析水文条件的变化对于河流生态系统结构与功能产生的影响。引起水文条 件变化的因素很多，包括由于气候变迁引起的径流变化、上游取水增减变化、由于水库调度和水电 站泄流改变了自然水文周期、土地利用方式改变和城市化引起的径流变化等。所谓水文条件，既包 括传统的水文参数，还包括水流的季节性特征和水文周期模式、基流、水温、水位涨落速度等，这 些都对鱼类和其他生物的栖息繁衍产生影响。水文评估

25、中具有研究性质的课题有两个：1)一是建立河流水文特性与生态响应之间的关系，特别是水流变动性与生态过程的关系，从中 分析对于河流生物群落有重要影响的关键水文参数；2)二是通过水文长系列资料分析认识河流地貌演变及生态演替的全过程。每一条河流都有自己 的特性，因此这两个问题的答案都是各不相同的。在确定水文变化参数时，以哪一种径流模式为基础，不同河流各有侧重。有的国家的规范考虑 用平均年径流指数给出总水量变化，用不同频率的洪水月径流过程曲线给出水流模式的变动，用水 流季节比例指数变化的模式评估季节变化，季节峰值指数评估季节最高和最低水位。水文评估方法 应力求简单明了，具有可操作性。评估的基本方法是比照

26、现实的水流模式与理想的自然状况的水流模式，通过两种水文参数的比 较，得到一个相对的无量纲的指数，评估以记分的形式表述。4. 4.生物评估河流生物群落是河流生态系统的主体。生物评估具体是分析水文条件、水质条件和栖息地条件 发生变化对于河流生物群落的影响程度。可能产生的变化包括水域生物群落物种成分变化、栖息地 生物优势种群的变化、物种枯竭、整个种群死亡率、生物行为变化、生理代谢变化、组织变化和形 态畸变等。基本评估方法是与参照河段的生物状况以记分的方式进行比照。“参照河段” 一般选取水质、 河流地貌以及生物群落基本未受到干扰的河段。第6页共15页由于不可能对河流所有的生物群落成分进行监测取样，变通

27、的方法是选择几种标志性物种。标 志物种有几种类型：(1)关键物种(keystone species)。指物种在生态系统中所居的地位不同，一些珍稀、体型较大的 特有物种在维护生物多样性和生态系统稳定性方面起着重要作用，它们的消失或削弱可能要使整个 生态系统发生根本的变化。(2)保护物种(protected species)。指由于稀缺性、文化或历史的重要性，或者其栖息地受到威 胁而受到法律保护的物种。(3)保护伞物种(umbrella species)o保护这种物种及其栖息地可使大量也依赖于同样栖息地的其 他物种同样受到保护。(4)旗舰物种(flagship species)o指社会公众普遍接受

28、的标志性生物。它们往往以独特的体型使 之成为具有魅力的动物，对它的保护会使与之共生的物种受到保护。具体标志性物种往往在藻类、大型无脊椎动物和鱼类中选择。一般情况下，岸边植物不适宜作 为标志性物种，原因是不少植物对于水体污染并不敏感。5 .水质评价如表1,水质评价方法是将参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)基本工程划分水质类别并 进行单因子评价后的水体，根据水质类别进行赋分，IV类水质类别的水体分别依次赋分51分。表1生境栖息地打分标准第7页共15页评价指标好1A一般差1底ft75%以上是附公.卵石、大 石余为细沙等沉枳物50%75%是帮石、M卵石.大 石.余为细沙等沉枳物25%50

29、%是臂石、籍卵石、大 石.余为细沙等沉枳物碎石、解卵石,大石少于 25%.余为细沙等沉枳物20 19 18 17 1615 14 13 12 1110 9 8 7 65 4 3 2 1 02栖境复杂 性有水生植被、枯枝落叶.倒 木,倒凹河岸和巨石等各肿 小精境仃水牛植被、枯枝落叶和倒凹 河岸等小栖境以1种或2构小栖境为k以1种小栖境为1：.底 质多以淤泥或细沙为120 19 18 17 1615 14 13 12 II10 9 8 7 65 4 3 2 1 03V/D结合特性慢深.慢浅.快深和快 浅4肿类型均仃,近乎平均 分布只仃3种情况（如快浅未出 现.分值较低）只仃2种情况出现（如快浅和

30、慢浅未出现.分值较低）只有1种类型出现20 19 18 17 1615 14 13 12 II10 9 8 7 65 4 3 2 1 04河岸稳定性河岸稳定.无口拽楸选.观 察苑惘内（100m）小尸5% 河岸受到损甫比拟也定.观察范国内（100m） Tf 5%30%的向枳出现侵蚀现致观察他也30%60%面枳发生 侵蚀, n洪水期可能会有较大 防患观察的国内60%以上的河岸发生侵独20 19 18 17 1615 14 13 12 1)10 9 8 7 65 4 3 2 1 05河道变化梁道化没有或双少河道第持正常模式集退化较少.通常出现于桥城 m.对水生生物影响较小果道化较广泛.出现于两小仃

31、筑堤或桥架支柱的M况吟对 水生生物行一定影响河岸由铁处和水泥固定. 对水生生弼影响严布. 使其柄境完全改变20 19 18 17 1615 14 0 12 1110 9 8 7 65 4 3 2 1 0评价指标好较好一般差6河水水状况水H较大河水淹没到河岸 两测，或仅仃少H的河道丛露水M比拟大.河水淹没75%左右的河道水H 一般，河水淹没25% .75%的河道水量报小.河道F涸20 19 18 17 161$ 14 13 12 1110 9 8 7 65 4 3 2 1 07植被多样性河岸周围植被种类很多面 枳大.河岸植被泓需50% 以上河岸周围植被种类比拟多，而枳般，河岸植被附*50%-25

32、%河岸附用位被种类比拟少.而 枳较小，河岸植植覆盖少于 25%河岸周阳几乎没仃任何植被,河岸无植被覆般20 19 18 17 1615 14 13 12 II10 9 8 7 65 4 3 2 108水质状况很清澈，无任何异味，河 水眇况后无沉淀物质较清澈，轻微异味，河水静 置后仃少H的沉淀物质较浑浊，仃弁味，河水静置后 有沉淀物质很浑浊,仃大鼠的剌激 性气体溢出,河水静置 后沉淀物很多20 19 18 17 1615 14 13 12 1110 9 8 7 65 4 3 2 109人类活动无人类活动F扰或少“人 类活动人类干扰较小，行少量的步行者或自行车通过人类干扰较大,少量机动车通过人类扰

33、很大.交通必经之路，有机动车通过20 19 18 17 1615 14 13 12 II10 9 8 7 65 4 3 2 1010河岸土 地利用类型河岸两18无耕作土填，营养 丰富河岸一僧1无耕作上填，另一例 为耕作士康河岸两侧阴作上填，需要俺加化肥和农药河两例为耕作废弃的 裸露的风化上填发.臂养物质很少20 19 18 17 1615 !4 13 12 II10 9 8 7 65 4 3 2 10合计总分第8页共15页6 .生境评价生境评价同样是赋分法。首先通过调查获得生境监测数据，并按照栖息地生境评价计分表对参 数分别评分（生境评价打分标准见表1）并累加各项参数总值，最后对获得的评价栖息地生境质量分 值H进行赋分，赋分标准见表20表2河流栖息地生境质量的分级评价标准得分分值等级赋分H150无干扰5120VH100优未受污染71100良轻微污染4170中中度污染11-40差污染0-10劣重度污染7. 2. Chandler生物指数第9页共15页