本發(fā)明涉及一種基于水生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法。
背景技術：
河流生態(tài)退化已成為全球性的環(huán)境問題，受到國內外的普遍關注。我國是一個江河眾多的國家，卻有2/3以上的河流受到不同程度的人類活動干擾。隨著社會經濟的迅速發(fā)展及國民環(huán)保意識的提高，人們對退化河流生態(tài)系統(tǒng)進行生態(tài)修復或恢復的要求越來越迫切。傳統(tǒng)的河流治理工程多以防洪抗旱為前提，導致河流橫向和縱向連通性變差，進而影響了河流的生態(tài)系統(tǒng)健康，使得河流的自凈能力、自我恢復能力及生態(tài)服務功能降低，反過來阻礙人類社會的可持續(xù)發(fā)展。如何科學合理地評價河流生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，恢復河流的生態(tài)系統(tǒng)功能，是當前亟需解決的重要環(huán)境問題之一。
河流近自然狀況評價已然成為河流生態(tài)恢復目標設定與方案選擇的基石，河流近自然概念的提出至今已20余年，其內涵及評價方法主要來自于生態(tài)系統(tǒng)健康研究，國際上河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法學不斷發(fā)展，形成了一系列各具特色的評價方法，大致可分為水文評估方法、水質評估方法、棲息地評估方法、生物評估方法和綜合評估方法。相對來說，國內河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究起步較晚，但也逐漸形成了一些評價體系，如黃河、海河(包括京郊河溪)、長江及珠江等河流健康評價體系。
我國正處于經濟高速發(fā)展時期，對于水資源的可持續(xù)利用是社會經濟可持續(xù)發(fā)展的保障，片面強調開發(fā)或者單純地保護都不足取。因此，完全照搬傳統(tǒng)的河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法，會在一定程度上忽略了人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要，不足以體現(xiàn)“近自然”的內涵，且與河流生態(tài)恢復現(xiàn)實目標的銜接性不強。此外，我國目前相對成熟的近自然評價體系主要適用于小型河溪，無法滿足我國眾多河流近自然狀況評價的需要。故此，本發(fā)明引入水生態(tài)功能分區(qū)結果指導評價體系的權重賦分，從科學性、普適性、簡潔性及有效性等角度選取評價指標，簡化評價流程，為實現(xiàn)我國地表水環(huán)境的分區(qū)分級差異化管理及優(yōu)化受損水體的生態(tài)恢復目標打下堅實的基礎。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于水生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法，本方法的目的在于克服傳統(tǒng)意義上的河流近自然狀況評價方法在兼顧可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護理念上的不足，在保證科學性的前提下，簡化評價方法流程，提供一種基于生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法。該方法在堅持可持續(xù)發(fā)展的前提下，通過分析我國河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，提煉科學合理的生態(tài)學指標，構建適用于河流的近自然狀況評價方法,為實現(xiàn)我國地表水環(huán)境的分區(qū)分級差異化管理及優(yōu)化受損水體的生態(tài)恢復目標打下堅實的基礎。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：
一種基于水生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法，包括如下步驟：
(1)選擇相應的進行近自然狀況評價的河流，該處河流指的是除水庫、湖泊、池塘以外的所有地表水體，根據環(huán)保部《全國流域水生態(tài)功能區(qū)劃手冊》，將評價河流劃分為不同的評價單元；
(2)參考點選取：選取同一區(qū)域范圍內現(xiàn)有最佳狀態(tài)，即區(qū)域內最佳的樣板河段；
(3)指標選?。壕C合國內外最新研究成果，在科學性、目標性、系統(tǒng)性、獨立性、操作性等指標選取原則的基礎上，從水文水質、地貌、生態(tài)特征等方面挑選相互獨立、易于獲取的定量指標；
(4)數據標準化：采用離差標準化方法即min-max標準化(min-maxnormalization)，對原始數據進行線性變換，將所有指標結果落到[0,1]區(qū)間；
(5)權重的確定：指目標層采用熵權綜合指數法計算各指標的權重，準則層的權重則基于河流的水生態(tài)功能分區(qū)結果確定。目標層分值為準則層各類指標的加權和；
(6)評分標準的確定：根據實際情況，將評價水體自然狀況分為4級，即自然狀態(tài)、近自然狀態(tài)、退化自然狀態(tài)及退化狀態(tài)，采用頻率分布法設定自然狀況等級的評分標準；
(7)河流近自然狀況判斷：根據評分標準步驟(6)確定的評分標準，結合評價水體目標層分值，判斷其近自然狀況。
優(yōu)選地，所述步驟(1)中的近自然河流是指符合可持續(xù)發(fā)展要求的生態(tài)系統(tǒng)結構和功能較為穩(wěn)定的河流。
優(yōu)選地，所述步驟(1)中的水生態(tài)功能區(qū)指的是根據水生態(tài)功能分區(qū)的三級分區(qū)結果。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中的區(qū)域內最佳的樣板河段可為同一條河流生態(tài)狀況良好的河段作為參考，也可為同一地區(qū)選擇自然、經濟和社會條件類似的生態(tài)狀況良好的河流的某個河段。
優(yōu)選地，所述步驟(3)中的定量指標可以為連續(xù)性的數值，也可以為描述性的非連續(xù)數值。
優(yōu)選地，所述步驟(4)中的離差標準化的計算公式為：①當指標越大越好時，
根據權利要求1所述的基于水生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法，其特征在于：所述步驟(5)中目標層為“河流近自然狀況評價”，“準則層”為地貌、生態(tài)、水文水質等3個獨立指標層集合，“指標層”指具體的地貌、生態(tài)及水文水質參數。“熵權綜合指數法”的計算步驟如下：
(1)以各分區(qū)指標數據為列向量，構造i×j的矩陣；
(2)由式(1-1)計算第j個指標第i個測值的特征比重(pij)：
(3)根據式(1-2)由特征比重計算得到各指標的熵值：
(4)最后根據式(1-3)確定各指標權重：
優(yōu)選地，所述步驟(6)中“采用頻率分布法設定自然狀況等級的評分標準”，即根據參考點的目標層分值，取其下5％設定為退化狀態(tài)，下5％～50％的為退化自然狀態(tài)，50％～75％的為近自然狀態(tài),上75％的為自然狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：
(一)本發(fā)明將水生態(tài)功能分區(qū)理念引入河流近自然狀況評價體系，通過評價水體的生態(tài)功能三級分區(qū)結果，對目標層的各類指標賦予不同的權重。同時，采用統(tǒng)計學方法確定指標層權重，確定方法較為客觀、簡便，既兼顧可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護，又降低專家打分或技術人員經驗可能帶來的結果偏差，與我國水環(huán)境分區(qū)分級管理的理念一致。
(二)本發(fā)明通過直接在目標層設定河流近自然狀況評價標準，舍棄了傳統(tǒng)河流健康評價中各個指標設立賦分標準的方法，簡化了評價方法，便于環(huán)境管理者迅速建立不同水體的評分標準體系，擴大了方法的適用范圍。
表1為梧桐河干流河段監(jiān)測點經緯度
表2為梧桐河干流河段近自然河道評價指標及分值
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求和摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
一種基于水生態(tài)功能分區(qū)的河流近自然狀況評價方法，包括如下步驟：
(1)選擇相應的進行近自然狀況評價的河流，該處河流指的是除水庫、湖泊、池塘以外的所有地表水體，根據環(huán)保部《全國流域水生態(tài)功能區(qū)劃手冊》，將評價河流劃分為不同的評價單元；
(2)參考點選?。哼x取同一區(qū)域范圍內現(xiàn)有最佳狀態(tài)，即區(qū)域內最佳的樣板河段；
(3)指標選?。壕C合國內外最新研究成果，在科學性、目標性、系統(tǒng)性、獨立性、操作性等指標選取原則的基礎上，從水文水質、地貌、生態(tài)特征等方面挑選相互獨立、易于獲取的定量指標；
(4)數據標準化：采用離差標準化方法即min-max標準化(min-maxnormalization)，對原始數據進行線性變換，將所有指標結果落到[0,1]區(qū)間；
(5)權重的確定：指目標層采用熵權綜合指數法計算各指標的權重，準則層的權重則基于河流的水生態(tài)功能分區(qū)結果確定。目標層分值為準則層各類指標的加權和；
(6)評分標準的確定：根據實際情況，將評價水體自然狀況分為4級，即自然狀態(tài)、近自然狀態(tài)、退化自然狀態(tài)及退化狀態(tài)，采用頻率分布法設定自然狀況等級的評分標準；
(7)河流近自然狀況判斷：根據評分標準步驟(6)確定的評分標準，結合評價水體目標層分值，判斷其近自然狀況。
優(yōu)選地，所述步驟(1)中的近自然河流是指符合可持續(xù)發(fā)展要求的生態(tài)系統(tǒng)結構和功能較為穩(wěn)定的河流。
優(yōu)選地，所述步驟(1)中的水生態(tài)功能區(qū)指的是根據水生態(tài)功能分區(qū)的三級分區(qū)結果。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中的區(qū)域內最佳的樣板河段可為同一條河流生態(tài)狀況良好的河段作為參考，也可為同一地區(qū)選擇自然、經濟和社會條件類似的生態(tài)狀況良好的河流的某個河段。
優(yōu)選地，所述步驟(3)中的定量指標可以為連續(xù)性的數值，也可以為描述性的非連續(xù)數值。
優(yōu)選地，所述步驟(4)中的離差標準化的計算公式為：①當指標越大越好時，
優(yōu)選地，所述步驟(5)中目標層為“河流近自然狀況評價”，“準則層”為地貌、生態(tài)、水文水質等3個獨立指標層集合，“指標層”指具體的地貌、生態(tài)及水文水質參數。“熵權綜合指數法”的計算步驟如下：
(1)以各分區(qū)指標數據為列向量，構造i×j的矩陣；
(2)由式(1-1)計算第j個指標第i個測值的特征比重(pij)：
(3)根據式(1-2)由特征比重計算得到各指標的熵值：
(4)最后根據式(1-3)確定各指標權重：
優(yōu)選地，所述步驟(6)中“采用頻率分布法設定自然狀況等級的評分標準”，即根據參考點的目標層分值，取其下5％設定為退化狀態(tài)，下5％～50％的為退化自然狀態(tài)，50％～75％的為近自然狀態(tài),上75％的為自然狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：
(一)本發(fā)明將水生態(tài)功能分區(qū)理念引入河流近自然狀況評價體系，通過評價水體的生態(tài)功能三級分區(qū)結果，對目標層的各類指標賦予不同的權重，同時，采用統(tǒng)計學方法確定指標層權重，確定方法較為客觀、簡便，上述賦值方法既兼顧可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護，又降低專家打分或技術人員經驗可能帶來的結果偏差，與我國水環(huán)境分區(qū)分級管理的理念一致。
(二)本發(fā)明通過直接在目標層設定河流近自然狀況評價標準，舍棄了傳統(tǒng)河流健康評價中各個指標設立賦分標準的方法，簡化了評價方法，便于環(huán)境管理者迅速建立不同水體的評分標準體系，擴大了方法的適用范圍。
實用例1：
下面以黑龍江省松花江一級支流梧桐河干流河段為例進行本發(fā)明的具體描述。
(1)梧桐河發(fā)源于小興安嶺山脈哲溫山，地處小興安嶺南麓山丘及山前過渡到平原地帶。全流域集水面積4763平方公里，其中山區(qū)占流域面積的80.5％，寶泉嶺水文站以下進入平原，于梧桐河農場南屯處匯入松花江，干流河段全長120公里，評價河段集中在中下游地區(qū)，全長58km。梧桐河屬于典型的高緯度寒冷地區(qū)河流，冰封期142天左右，春季干旱，秋季洪澇，土壤類型以暗色草甸土和泥炭沼澤土為主，植被類型以農田植被面積為主，其次為小白花地榆、金蓮花、禾草草甸植被。60年來河道兩岸水田面積急劇上升，侵占了大量的濕地，但草地和林地面積變化較小，總體上看，梧桐河干流河段上游植被狀況良好，中下游則存在植被退化、群落蓋度降低及物種組成發(fā)生改變的現(xiàn)象，植被群落發(fā)生逆向演替；梧桐河干流河段無大型水利樞紐工程，僅有用于農業(yè)灌溉的小型排水閘站8座，干、支溝148條，橋涵69座；中上游以農田面源污染為主，下游則以生活污水、工業(yè)廢水及農田面源為主?？傊嗤┖由嫌紊絽^(qū)河段生態(tài)環(huán)境狀況良好，而中下游河段則受到不同程度的人為干擾，如墾殖、采砂、放牧等，但人為干擾類型較少。
(2)評價河段：梧桐河干流寶泉嶺水文站至南屯入江河段為評價河段，包括10個典型的河段，從下往上分別為南屯、梧桐河農場大橋、梧桐河農場4隊、柞木林子、梧桐河農場8隊、梧桐河農場5隊、小山亮子、寶泉嶺農場33隊、寶泉嶺農場2隊及是s101梧桐河大橋(表1)；
(3)參考點選?。焊鶕巴猬F(xiàn)場踏查結果,選取梧桐河干流中上游的老梧桐河大橋、雙豐大橋及十八灣漂流處等3個河段作為近自然狀況評價的參考河段；
(4)指標選?。壕C合國內外最新研究成果，在科學性、目標性、系統(tǒng)性、獨立性、操作性等指標選取原則的基礎上，從水文水質、地貌、生態(tài)特征等方面挑選相互獨立、易于獲取的定量指標。其中，水文水質指標5個，包括流速、溶解氧、氨氮、磷酸鹽及清澈度；生態(tài)特征指標9個，包括林草地面積比、緩沖帶植被寬度、緩沖帶植被物種多樣性、蓋度、緩植被結構完整性(喬灌草空間植被層數)、河岸帶通達性(100米內大于10米的植被缺口數)、岸帶植被投射陰影寬度、有遮蔽水面占水寬比、大型底棲動物物種多樣性；地貌指標7個，分別為水深、水寬、河寬、水寬河寬比、坡度、蜿蜒度及人為干擾方式(表2)；
(5)權重的確定：根據“十二五”水專項成果“《松花江流域水生態(tài)功能分區(qū)研究”》，評價河段全部為“三江平原松花江下游平原城鎮(zhèn)農田河流類型”，功能主要是維持農業(yè)生產，而河段地貌、生態(tài)特征及水文水質指標對農業(yè)生產的重要性是同等的。因此，準則層的3類指標為等權重，各賦值1/3，指標層的21個量化指標則是采用熵權綜合指數法計算各指標的權重，詳見(表2)；
(6)評分標準的確定：根據評價河段的實際情況，將其近自然狀況分為3級，即近自然狀態(tài)、退化自然狀態(tài)及退化狀態(tài)。根據參考點的目標層分值，采用頻率分布法設定近自然狀況等級的評分標準：﹤0.195的為退化狀態(tài)，[0.195,0.204)為退化自然狀態(tài)，位于[0.204,0.224)之間的為近自然狀態(tài),≥0.224的為自然狀態(tài)；
(7)近自然河流狀況判斷：根據步驟(6)確定的評分標準判斷各評價河段的近自然狀況，結果顯示，梧桐河農場8隊及5隊河段處于退化自然狀態(tài)，其它8個河段均處于退化狀態(tài)。
根據評價結果，參考點中老梧桐河的生態(tài)環(huán)境處于退化自然狀態(tài)，雙豐大橋處于自然狀態(tài),十八灣漂流處處于近自然狀況；參考點近自然比例已超過60％；同時，本例在梧桐河干流中上游河段選取了2個典型受損河段(鶴北鎮(zhèn)采砂廠及志誠漁場)，采用本方法對其近自然狀況進行評價。評價結果顯示，鶴北鎮(zhèn)采砂廠及志誠漁場河段的目標層分值分別為0.1441、0.1230，其對應的生態(tài)環(huán)境狀況均為“退化”，這與實際情況相符。綜上所述，本例方法合理可行。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。