河流生態(tài)狀況分級系統(tǒng)是河流生態(tài)修復(fù)目標定量化的有用工具。在這個系統(tǒng)中，定義未大規(guī)模開發(fā)的自然河流生態(tài)狀況作為參照系統(tǒng)，是最佳理想狀況。定義河流生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化狀況作為最壞狀況，中間分成若干等級，據(jù)此構(gòu)造分級體系表(董哲仁，2013)。
1 指標矩陣
分級系統(tǒng)表分為要素層、指標層和等級層三個層次。生態(tài)要素包括生物質(zhì)量、水文情勢、物理化學(xué)和河流地貌形態(tài)4類。生態(tài)要素層下設(shè)若干生態(tài)指標，生態(tài)指標的數(shù)量，根據(jù)具體項目規(guī)模和數(shù)據(jù)可達性確定。生態(tài)指標下設(shè)5個等級，即優(yōu)、良、中、差、劣。
首先，需要定義一個河流參照系統(tǒng)，參照系統(tǒng)是自然河流生態(tài)狀況，可以近似認為水資源大規(guī)模開發(fā)前的河流生態(tài)狀況是近自然狀況。建立參照系統(tǒng)需要開展大量的基礎(chǔ)工作，包括河流調(diào)查、生物調(diào)查，收集歷史與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)資料，在大量數(shù)據(jù)支持下，按照統(tǒng)計學(xué)原理結(jié)合專家經(jīng)驗，確定各項指標值。有些指標如水質(zhì)類指標有相關(guān)國家或行業(yè)標準，可以直接引用。建立參照系統(tǒng)的具體方法見3-2-5節(jié)。
在分級系統(tǒng)中，把參照系統(tǒng)狀況定為“優(yōu)”等級。然后，以河流生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化狀況作為最壞狀況，定為“劣”等級，其表征是棲息地嚴重退化，生物群落多樣性嚴重下降，甚至導(dǎo)致水生生物死亡。在“優(yōu)”與“劣”之間又劃分“良”、“中”和“差”3級，形成優(yōu)、良、中、差、劣5級系統(tǒng)。所謂生態(tài)狀況“優(yōu)”，表示生物質(zhì)量、水文情勢、地貌形態(tài)和物理化學(xué)等生態(tài)要素均達到理想狀況。所謂“良”表示受人類活動影響，各生態(tài)要素均發(fā)生一定改變。所謂生態(tài)狀況“中”，表示各生態(tài)要素均發(fā)生中等變化。所謂生態(tài)狀況“差”，表示各生態(tài)要素均發(fā)生重大變化。所謂生態(tài)狀況“劣”，表示各生態(tài)要素均發(fā)生嚴重變化，生物群落大部分缺失，生物大批死亡。
按照生態(tài)狀況分級原則，構(gòu)造生態(tài)狀況指標賦值矩陣，其步驟如下：①按照上述構(gòu)建河流生態(tài)狀況參照系統(tǒng)方法，給“優(yōu)”等級的各項生態(tài)指標賦值。②依據(jù)不同類別的生態(tài)要素特征，確定賦值準則。③以參照系統(tǒng)的理想標準值為基準，按照與理想標準值的偏離程度(變化率)，將各生態(tài)指標分5個等級。生態(tài)指標與理想標準值的比值，是一個無量綱值，以100計分，“優(yōu)”等級記為100，其他等級依次遞減，不同類別生態(tài)指標遞減程度需符合賦值準則。這樣就構(gòu)造了生態(tài)狀況指標賦值矩陣。
表5-2-3是一個河流生態(tài)狀況指標賦值矩陣范例。該矩陣中，生態(tài)要素包括生物質(zhì)量、水文情勢、物理化學(xué)、河流地貌共4類。生態(tài)要素層下設(shè)10項生態(tài)指標。其中，生物要素下設(shè)豐度和生物量2項指標;水文情勢要素下設(shè)生態(tài)基流和水文過程2項指標;物理化學(xué)要素下設(shè)水質(zhì)、水溫和一般狀況3項指標;地貌形態(tài)要素下設(shè)連續(xù)性、連通性和河流形態(tài)3項指標。
采用矩陣下標表示法構(gòu)造指標矩陣。表5-2-3中的10項指標分別用a、b、c、d、e、f、g、h、i、j表示。下標的標注方法如下：規(guī)定第一個下標表示要素層，令生物、水文、物理化學(xué)、河流地貌等4類要素層的下標編號分別為m、n、o、p。規(guī)定第二個下標表示等級層，令等級層的優(yōu)、良、中、差、劣的下標編號分別為1，2，3，4，5。舉例：指標cn2中的c表示生態(tài)基流指標，第1個下標為n，表示屬水文要素類;第2個下標為2，表示屬于“良”等級。這樣指標cn2表示水文類要素，生態(tài)基流指標，等級為良。
對于生物質(zhì)量類指標，評價物種可以有多種，包括浮游植物、大型水生植物、魚類和底棲無脊椎動物等。在這種情況下，要素層下標m需要賦值，m=1,2,3，4。其中，規(guī)定浮游植物m=1，大型水生植物m=2，魚類m=3，底棲無脊椎動物m=4。例如b43則表示生物要素類，底棲無脊椎動物，生物量指標，等級為“中”。
多個評價物種的指標需經(jīng)過數(shù)學(xué)方法處理得到生物質(zhì)量的綜合指標。按照以上規(guī)則即構(gòu)造了一個指標矩陣，然后按照“優(yōu)”等級折減方法，為所有指標賦值，形成河流生態(tài)狀況分級系統(tǒng)(表5-2-3)。用這種方法既能表示出指標所屬生態(tài)要素類別，又可表示所屬等級，矩陣格式也方便計算機存儲運算。
2 指標賦值準則
1)生物質(zhì)量
生物質(zhì)量包括豐度(am)和生物量(bm)2項指標，可選擇浮游植物(m=1)、大型水生植物(m=2)、魚類(m=3)和底棲無脊椎動物(m=4)作為評價物種，其指標賦值準則分述如下：
?、俑∮沃参?m=1)
am1～am5，bm1～bm5-以植物物種的類別構(gòu)成、藻類生長狀況以及水體透明度等與受到大規(guī)模干擾前比較，以變化率為指標，劃分5個等級。
②大型水生植物(m=2)
am1～am5，bm1～bm5-大型水生植物類別構(gòu)成及平均數(shù)量與參照系統(tǒng)比較，以變化率為指標，劃分5個等級。
?、埕~類(m=3)
am1,bm1-魚類類別構(gòu)成與參照系統(tǒng)幾乎一致。所有特定類別的干擾敏感性物種都存在。魚類群體年齡結(jié)構(gòu)受人類活動干擾微小，物種的繁殖發(fā)育可順利進行。
am2,bm2-由于人類活動對水質(zhì)和水文過程影響，魚類的構(gòu)成和數(shù)量與特定的生物群落相比發(fā)生了一定變化。魚類群體的年齡結(jié)構(gòu)受到干擾，個別物種的繁殖發(fā)育失敗，某些魚類的年齡段缺失。
am3,bm3-由于人類活動對水質(zhì)和水文過程影響，魚類的構(gòu)成和數(shù)量與特定的生物群落相比，發(fā)生了中等程度的變化。魚類年齡結(jié)構(gòu)受到干擾的跡象明顯，個別魚類物種消失或數(shù)量降低。
am4,bm4-由于人類活動對水質(zhì)和水文過程影響，魚類的構(gòu)成和數(shù)量與特定的生物群落相比，發(fā)生了重大變化。魚類年齡結(jié)構(gòu)受到嚴重干擾。
am5,bm5-由于人類活動對水質(zhì)和水文過程影響，大量魚類死亡，漁業(yè)資源嚴重破壞，一些珍稀和特有魚類物種消失或瀕危。
?、艿讞珶o脊椎動物(m=4)
am1～am5，bm1～bm5-底棲無脊椎動物豐度、種類組成、耐受性/非耐受性、食性和棲息地特征與參照系統(tǒng)相比較，以變化率為指標，劃分5個等級。
2)水文
cn1～cn5-生態(tài)基流的滿足程度，劃分5個等級。
dn1～dn5-若按水文過程表示，則與干擾前的自然流量過程相比;若按敏感生態(tài)需水表示，則敏感期內(nèi)水流條件與具有生物目標的敏感生態(tài)需水相比。二者均以偏差率為指標，劃分5個等級。
3)物理化學(xué)
eo1～eo5-以規(guī)劃區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達標率為指標評估，劃分5個等級。
fo1～fo5-以水環(huán)境質(zhì)量標準和水污染物排放標準為依據(jù)，以污染物入河控制量、納污能力、湖庫富營養(yǎng)化指數(shù)為指標，劃分5個等級。
go1～go5-結(jié)合敏感生物物種目標，水工建筑物下泄水流水溫與自然水流水溫的偏差率，劃分5個等級。
4)河流地貌
hp1～hp5-連續(xù)性指標?？紤]營養(yǎng)物質(zhì)、泥沙輸移條件和魚類洄游條件，以縱向連續(xù)性指數(shù)為指標，劃分5個等級。
ip1～ip5-連通性指標?？紤]灘區(qū)漫灘效應(yīng)、河湖連接、水網(wǎng)連通條件，以河流橫向連通性指數(shù)或河湖、水網(wǎng)連通性指數(shù)為指標，劃分5個等級。
jp1～jp5-河流形態(tài)指標。與干擾前河流蜿蜒性、寬深比、岸坡結(jié)構(gòu)和河流基質(zhì)相比較，以變化率為指標劃分5個等級。
3 簡易賦值方法
為簡化計算，小型河流可以采用簡易賦值方法。以參考系統(tǒng)值為基準，各生態(tài)要素的其他等級按照變化率φi折減，用以表示與參考系統(tǒng)的偏離程度，獲得不同等級的指標。不同生態(tài)修復(fù)項目的變化率φi取值應(yīng)根據(jù)當?shù)刈匀粭l件、水資源開發(fā)程度以及水質(zhì)現(xiàn)狀具體確定。表5-2-4給出了生態(tài)狀況等級劃分參考值。舉例，“中”等級的水文類指標值變化率φi=60%;“良”等級地貌類指標值變化率φi=80%，等等。
4 生態(tài)現(xiàn)狀與參照系統(tǒng)對比分析
生態(tài)現(xiàn)狀與歷史狀況的對比分析，是理解河流生態(tài)系統(tǒng)演替趨勢的重要方法。利用河流生態(tài)狀況分級系統(tǒng)，把現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)填進分級表，然后與等級“優(yōu)”的相應(yīng)指標進行對比，就可以掌握該項生態(tài)指標與參照系統(tǒng)的偏離程度。舉例，表5-2-5中，現(xiàn)狀生態(tài)指標標記為▲，可以查出河流生態(tài)現(xiàn)狀水體物理化學(xué)一般狀況指標、水質(zhì)、河流地貌形態(tài)3項指標均為“差”，水溫指標為“良”，其余6項為“中”。分析指出，由于人類大規(guī)?；顒樱瑢?dǎo)致水環(huán)境污染和河流自然地貌條件發(fā)生較大改變，致使水質(zhì)和地貌形態(tài)(蜿蜒性、連通性等)等指標發(fā)生較大偏離。
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