[发明专利]一种适用于南方城市河流的河流健康评估方法

摘要

本发明涉及一种适用于多泥沙河流的河流健康评估方法，该方法从资料搜集、目标设定、现状调查、系统分析、综合评价等方面出发，构建较为系统和全面的多泥沙河流健康评估指标体系，参考水利部相关规定，研究确立河流健康评估方法、指标赋分方法及评估标准，对河湖健康评估指标体系进行了设计，通过对水文水资源、物理结构、水质、生物及社会服务功能5个准则层中的12项必选指标及4项自选指标进行赋分计算，以对河流的健康状况进行评估；本发明针对国内在河湖健康评估理论和方法研究方面相对落后且无较为完整评价框架的现状，构建适用于南方城市河流特点和较为系统全面的河流健康评估指标体系，开展南方城市河流的健康评估工作。

主权项

1.一种适用于南方城市河流的河流健康评估方法，其特征在于：该方法从资料搜集、目标设定、现状调查、系统分析、综合评价等方面出发，构建较为系统和全面的多泥沙河流健康评估指标体系，参考水利部相关规定，研究确立河流健康评估方法、指标赋分方法及评估标准，对河湖健康评估指标体系进行了设计；我国南方城市河流水系特征与经济社会发展特征决定南方城市河流健康评估的内涵是：既要有自然意义上的河流健康，即河流自身的健康，也有社会经济意义上的河流健康，即人‑水关系的健康，既要保护河流生态，也要支持经济社会可持续发展；具体包括以下步骤：步骤1，确定评估指标体系的必选指标依据水利部相关规定，试点河流的评估指标体系共包括水文水资源、物理结构、水质、生物及社会服务功能5个准则层中的12项必选指标，具体分述如下：（1.1）水文水资源准则层指标水文水资源准则层包括流量过程变异程度指标、生态流量满足程度指标2项指标；（1.2）物理结构准则层指标物理结构准则层包括河岸带状况指标、河流连通阻隔程度指标2项指标，其中，河岸带状况指标又包括河岸稳定性指标、植被覆盖率和河岸带人工干扰程度三个分指标；（1.3）水质准则层指标水质准则层包括溶解氧指标和耗氧有机物指标2项指标；（1.4）生物准则层指标生物准则层包括底栖动物完整性指数指标和鱼类生物损失指数指标2项指标；（1.5）社会服务功能准则层指标社会服务功能准则层包括水资源开发利用率指标、水功能区达标率达标、防洪指标和公众满意度指标4个指标；步骤2，确定河流健康评估必选指标标准依据水利部相关规定，采用历史状态法、专家经验及调查样点的统计，确定河流评估指标的评估标准如下：（2.1）水文水资源准则层的评估标准流量过程变异程度指标的评估以月均径流量作为基础数据，与天然月均径流量对比评估现有径流量过程的变化情况；生态流量满足程度指标反映的是最小生态流量的满足程度，在目前生态流量计算中比较常用的计算方法就是Tennant法，通过该法确定最小生态流量，并将该流量作为本次的评估标准；（2.2）物理结构准则层的评估标准河岸稳定性指标包括斜坡倾角、植被覆盖度、斜坡高度、基质类别及河岸冲刷状况，其中，斜坡倾角、植被覆盖度、斜坡高度一般通过现场工具实测得到，基质类别及河岸冲刷状况通过专家经验确定；河岸带人工干扰程度根据现场调查人类活动类型及河岸带位置情况确定，评估标准根据现场监测数据及相关赋分标准确定；河流连通阻隔状况主要通过调查鱼类迁移阻隔和水量及物质流通阻隔特征来评估，该指标的评估标准根据现场监测数据及相关赋分标准确定；（2.3）水质准则层的评估标准目前国家已颁布了相关行业质量标准，因此，水质准则层指标评估标准采用国家颁布的行业质量标准—地表水环境质量标准；（2.4）生物准则层的评估标准生物准则层的底栖动物完整性指数及鱼类生物损失指数以历史调查资料统计数据作为其评估标准；（2.5）社会服务功能准则层的评估标准社会服务功能与管理目标、专家的判断有较大的关系，因此，社会服务功能准则层的水功能区达标率指标采用水功能区规划的水质目标作为评估标准，防洪指标、水资源开发利用率指标分别采用防洪规划、水资源规划中的规划指标作为评估标准；公众满意度调查指标采用公众参与调查统计的方法进行，以实际调查数据为评估标准；具体各评估指标采用的标准及方法如下表所示：步骤3，计算河流健康指数参考水利部相关规定，河流健康评估采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分，即河流健康指数；河湖健康分为5级：理想状况、健康、亚健康、不健康、病态，河湖健康评估分级情况如下表所示：步骤4，确定评估指标必选指标的计算方法与赋分标准（4.1）水文水资源指标1）流量过程变异程度指标计算公式如下：其中，式中，为评估年实测月径流量，为评估年天然月径流量，为评估年天然月径流量年均值，天然径流量按照水资源调查评估相关技术规划得到的还原量，流量过程变异程度指标值越大，说明相对天然水文情势的变化程度越大，对水生生物的影响越大，流量过程变异程度指标的赋分标准如下表所示：2）生态流量满足程度指标生态流量满足程度采用最小生态流量进行表征，分不同的水期计算最小生态流量占多年平均日均量的比值进行该指标的评估；具体计算公式如下：其中为评估年实测日径流量，为多年平均径流量，为4‑9月份日径流量占多年平均流量的最低百分比，为10‑3月份日径流量占多年平均流量的最低百分比；生态流量满足程度指为满足不同时段的河流生态系统结构、功能而必须维持的流量，根据最小生态流量法计算一般水期和鱼类产卵育幼期的最小生态流量，取最小值为该指标的分值；生态流量满足程度指标的赋分标准如下表所示：3）水文水资源准则层该准则层包括流量过程变异程度和生态流量满足程度两个指标，根据层次分析法确定各指标的权重及赋分范围如下表所示：水文水资源准则层赋分计算公式如下：（4.2）物理结构指标1）河岸带状况指标该指标包括河岸稳定性指标、植被覆盖率和河岸带人工干扰程度三个分指标；①海岸稳定性指标河岸带稳定性指标计算公式为：式中，为岸坡稳定性指标赋分，岸坡倾角分值，岸坡覆盖度分值，岸坡高度分值，河岸基质分值，坡脚冲刷强度分值；河岸稳定性评估指标的赋分标准如下表所示：②河岸带人工干扰程度指标调查河岸带及附近陆域的9类人类活动，包括河岸硬性砌护、采砂、沿岸建筑物、公路、垃圾填埋场、河滨公园、管道、采矿、农业耕种、畜牧养殖等，指标赋分方法采取每出现一种人类活动减少相应的分值；具体指标赋分情况如下表所示：③河岸带植被覆盖率指标根据河岸带陆域植被乔木、灌木和草本的覆盖度调查情况，采用直接赋分法计算确定该指标的分值：具体计算公式如下：其中，、、分别为评估河段所在生态分区参考点的乔木、灌木及草本植物覆盖度；赋分标准如下表所示：④河岸带状况指标根据河岸带人工干扰程度、河岸带植被覆盖率和岸坡稳定性三个指标计算得分值，赋分计算公如下：河岸带状况指标赋分公式变量说明如下表所示：2）河流连通阻隔程度指标河流连通阻隔程度指标通过调查河流闸坝建设情况，对河道径流调节及鱼类是否产生阻隔；具体计算公式如下：式中，为河流连通阻隔程度赋分，为评估断面下游河段大坝阻隔赋分，为评估断面下游河段水闸阻隔赋分，其中；，而和分别为下游大坝座数和下游水闸座数；闸坝阻隔赋分如下表所示：3）物理结构准则层根据以上2个指标的赋分计算，采用指标权重与所赋分值加权求和得到物理结构准则层的分值；具体赋分标准如下表所示：（4.3）水质指标1）溶解氧指标溶解氧指标采用全年12个月的月均浓度，按照汛期和非汛期分别进行平均计算该指标数值，分别对其赋分，取最小值为该指标赋分值；具体赋分标准如下表所示：2）耗氧有机物指标耗氧有机物指标选用评估全年12个月的月均浓度，按照汛期和非汛期进行平均，分别评估汛期与非汛期赋分，取其最低赋分为水质项目的赋分，取4个水质项目的赋分平均值作为耗氧有机污染状况赋分；具体计算公式如下：取高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮等4项对河流耗氧污染状况进行评估，其中，高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮4项耗氧有机物的赋分如下表所示：（4.4）生物指标1）底栖动物完整性指数底栖动物完整性指数评估选用的参数包括物种数量、物种丰富度、物种多样性指数、耐污度和抗逆能力等；具体选用评估参数如下表所示：评估河段底栖动物完整性指标的赋分采用如下公式进行计算：式中，评估河段底栖动物完整性指标赋分，为评估河段底栖动物完整性指标值，为河流所在水生态分区底栖动物完整性指标最佳期望值；2）鱼类生物损失指数鱼类生物损失指数的指标计算公式如下：式中，为鱼类生物损失指数，为评估河段调查获得的鱼类种类数量，为1980s以前评估河段的鱼类种类数量；鱼类生物损失指标赋分如下表所示：鱼类生物损失指数FOE10.850.750.60.50.250指标赋分FOEr100806040301003）生物指标层以2个评估指标的最小分值作为生物准则层的赋分：式中，为生物准则层赋分，为底栖动物BIB指标赋分，为鱼类生物损失指标赋分；（4.5）社会服务功能指标1）水资源开发利用率指标具体计算公式如下：式中，为评估河流流域水资源开发利用率，为评估河流流域水资源总量，为评估河流流域水资源开发利用量；2）水功能区达标率指标水功能区的功能包括提供工农业用水、城镇饮用水、灌溉用水、景观用水等多种用途，评估方法采用达标水功能区的个数占评估水水功能区个数的比例确定该指标的赋分值，赋分计算公式如下：式中，为评估河流水功能区水质达标率指标赋分，为评估河流水功能区水质达标率；3）防洪指标防洪指标评估针对防洪工程措施和非工程措施的完好率进行评估，具体计算公式如下：式中，为河流防洪指标；为河段n的长度，评估河流根据防洪规划划分的河段数量；根据很短防洪工程是否满足规划要求进行赋值：达标，，不达标，；为河段规划防洪标准重现期；防洪指标赋分标准如下表所示：赋分1007550250防洪减灾指标（FLD）95%90%85%70%50%4）公众满意度指标公众满意度指标通过调查典型河段水利、农业、环保等方面专家及民众代表对该河段水质、水量、鱼类、娱乐设施、景观文物保护等方面的满意程度，统计分析公众的满意度；具体计算公式如下：式中，为公众满意度指标赋分，为有效调查公众总体评估赋分，为公众类型权重；具体赋分标准如下表所示：5）社会服务功能指标依据社会服务功能准则层的5个指标的赋分计算结果，根据如下公式计算确定社会服务功能准则层的赋分值：式中，为社会服务功能准则层赋分，其它变量说明如下表所示：步骤5，确定南方城市河流健康评估自选指标及赋分标准根据南方城市河流的特点，除了必选的12项指标之外，增加了健康流量指标、重金属污染指标、苯系物指标和附生硅藻指标等4个指标为作为自选指标，且其具体赋分标准如下：（5.1）健康流量指标健康流量指标由丰水期水量指标、枯水期水量指标、最大月水量指标、最小月水量指标、连续高流量指标、连续低流量指标、连续极小流量指标和水量季节性变化指标8个指标组成，其赋分标准取上述8个指标的平均值；（5.2）重金属污染指标根据地表水环境质量标准确定汞、镉、铬、铅及砷的赋分，然后取其最低赋分为水质项目的赋分；（5.3）苯系物指标苯、甲苯、二甲苯分别赋分，取其最低赋分为水质项目的赋分，由于地表水环境质量标准中未制定苯系物等级限值，因此只采用其标准值进行评估，若达标，则评定为健康，反之则为不健康；（5.4）附生硅藻指标附生硅藻指标采用法国的硅藻监测技术及评价标准，法国硅藻分析主要使用2个指数：特定污染敏感指数和硅藻生物指数，这两个指数均是法国淡水水质监测的标准方法，其计算依据是样本中每个硅藻种类的丰富度，它们之间的不同之处主要是计算指数的数据库包括的硅藻种类不同：特定污染敏感指数包括了所有硅藻种群，而硅藻生物指数包括209种在法国淡水中生活的指示型物种；硅藻生物指数的计算方法如下表所示：藻类种类IBD/200<B<212<B<6(4.75×B)‑8.56<B<720特定污染敏感指数的计算方法如下表所示：特定污染敏感指数值赋 分评估等级ISP≥17100A（健康）17＞ISP≥1375‑100B（亚健康）13＞ISP≥950‑75C（一般）9＞ISP≥525‑50D（不健康）ISP＜50‑25E（病态）