湖泊生态系统健康评价数据处理方法

第4卷第"期2021年3月水利科学与寒区工程HydroScienceandColdZoneEngineeringVol.4,No.2Mar.:2021赵科学！王立权，李铁男！等.关于河湖健康评估中指标赋分方法的优化水利科学与寒区工程！2021,4(2)：10-14.关于河湖健康评估中指标赋分方法的优化赵科学1,王立权1,李铁男2,张柠2(1.黑龙江大学，黑龙江哈尔滨150080； 2.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨150077)摘要：河湖健康评估工作是通过对目标河湖在评价周期内的物理、化学、生物等一系列指标的监测分析，从而对河湖自身水环境、水生态健康状况和河湖社会功能发挥情况综合评价的过程，有着很强的现实意义。

文中通过 明确河湖健康评估的部分工作要求，以及对众多国内外河湖健康评估指标赋分方法的分析，发现在目前河湖健康评估工作中被广泛采用的指标静态赋分无法将河湖健康状况的变化趋势反映出来，存在着赋分方法上的局限性。

文中调整了河湖健康评估工作中的指标赋分方法，新的指标赋分方法由原来单一的指标静态赋分优化调整为指标静态赋分、指标动态赋分和指标综合赋分三项赋分构成的赋分体系，并对优化调整后的指标赋分体系的主要框架、适用范围、优缺点进行了分析阐述。

关键词：河湖健康评估.赋分方法；局限性；动态赋分中图分类号：TV213.4文献标志码：A文章编号：2096-5419(2021)02-0010-05河湖健康评估工作在我国处于起步阶段，河湖健康评估可以使我们更加及时、准确、全面的了解河流湖泊的健康状况，是河长制、湖长制工作的重要抓手，同时可以为河流湖泊的保护、修复和开发利用等工作提供有力支撑。

彭文启提出，河湖健康评估应遵循科学性原则采用统一、标准化方法开展取样监测，准确反映河湖健康状况随时间和空间的变化趋势；应遵循适应性原则密切结合河湖长制的任务要求，可为强化河湖长制管理提供支持，可为河湖保护问责与社会监督提供支持《河流健康评估指标、标准与方法(试点工作用)(1.0版)》中提出河湖健康评估的指标应“能够反映河流健康状况随时间变化的趋势；尤其是通过对比，评估管理行为的有效性+目前我国广泛采用的河湖健康评估指标赋分方法多停留在指标静态赋分阶段，鲜有提及指标动态赋分、指标变化趋势、河湖健康变化趋势等方面的内容，无法很好地满足反映河湖健康变化趋势的要求+目前缺健况化趋势的指标动态赋分体系的相关研究，主要原因在于我国河湖健康评估工作起步较晚，数据资料不足。

生态系统健康诊断与评价技术生态系统是指一个地区内所有生物和非生物要素的互动关系。

在过去的几十年中，人类的活动对生态系统造成了严重的破坏，导致许多生物物种濒临灭绝，而且目前大部分地区的生态系统都已经进入退化状态。

为了有效地保护和恢复生态系统，需要对其健康状况进行准确的诊断和评价。

本文将介绍生态系统健康诊断与评价技术。

一、生态系统健康诊断技术生态系统健康诊断技术是通过分析不同的生态系统要素来确定生态系统健康状况的技术。

生态系统要素包括水、土壤、气候、生物等多个方面。

以下是一些常用的生态系统健康诊断技术：1. 常见物种复合指数（CSI）常见物种复合指数（CSI）是一个常用的生态系统健康诊断指标，它是基于生物多样性数据计算的。

CSI是衡量生物多样性的一个指标，多样性越高，CSI值越高。

生态系统中物种数量和种类对CSI计算结果有重要影响。

2. 土壤质量指数（SQI）土壤质量指数（SQI）是一个衡量土壤健康状况的指标。

SQI 考虑了土壤的化学、物理和生物特性。

对于不同的土壤类型，需要使用不同的指标来计算SQI。

3. 水质指标水质指标是衡量水体质量的指标，包括化学物质、微生物、营养物质等方面。

一般情况下，水样品会被采集并送至实验室进行分析。

常用的水质指标包括溶解氧、总氮、总磷、pH值等。

二、生态系统评价技术生态系统评价技术是以生态系统为单位，基于多种指标，对生态系统的功能和服务进行评价的技术。

以下是一些常用的生态系统评价技术：1. 生态系统服务评估（ESA）生态系统服务评估（ESA）是一种多指标评估方法，它包括物质、功能和非物质三个方面，对生态系统服务进行评估。

ESA评估可以评估出生态系统的状况，且可以帮助政府和社区制定保护生态系统的策略和目标。

2. 生态足迹生态足迹是一种渐进式指标，用于反映一个群体或一个国家在使用自然资源时对自然资源的负面影响。

生态足迹的计算包括生产、消费、排放等多个方面，结果比较客观地反映了一个地区的生态环境状况。

湖泊生态环境保护系列技术指南之一湖泊生态安全调查与评估技术指南（试行）前 言为贯彻落实党中央、国务院“让江河湖泊休养生息”和十八大及十八届三中全会关于“生态文明建设”的战略部署，加快对水质较好湖泊（含水库，下同）的保护，避免众多水质较好湖泊走“先污染、后治理”的老路，环境保护部、国家发展和改革委员会、财政部印发了《水质较好湖泊生态环境保护总体规划（2013-2020年）》（以下简称《规划》）。

为推进《规划》实施，指导各地开展水质较好湖泊生态环境保护工作，在国家水体污染控制与治理重大专项湖泊富营养化控制与治理技术及综合示范主题等相关科研成果基础上，制定本指南。

本指南分两部分，第一部分是湖泊生态安全调查技术指南，重点针对湖泊流域经济社会影响、湖泊水生态状况、湖泊生态系统服务功能和湖泊生态环境保护措施等方面介绍相关的调查方法和技术要求；第二部分是湖泊生态安全评估技术指南，从湖泊流域经济社会影响、湖泊生态系统服务功能、湖泊水生态健康和人类活动的调控管理等4个方面对湖泊的生态安全状况进行评估。

本技术指南旨在为湖泊生态安全调查与评估、识别湖泊主要生态环境问题提出可参考的技术方法，为湖泊生态环境保护工作的具体实施提供科学依据。

本指南为指导性文件，各地可参考本指南提出的湖泊生态安全调查与评估方法，根据本地湖泊所处的自然和社会环境、主导服务功能等个性特征，编制本地湖泊生态安全调查与评估方案。

本指南为首次发布。

本指南由环境保护部污染防治司、规划财务司组织制订。

本指南主要起草单位：中国环境科学研究院、中科院南京地理与湖泊研究所、中科院水生生物研究所、北京大学、上海交通大学、环境保护部南京环境科学研究所。

目 录1总则 (1)1.1适用范围 (1)1.2规范性引用文件 (1)1.3 术语和定义 (2)2湖泊生态安全调查 (3)2.1 湖泊基本信息调查 (3)2.2 湖泊流域人类活动影响调查 (3)2.3湖泊流域生态系统状态调查 (7)2.4湖泊流域生态服务功能调查 (9)2.5湖泊流域生态环境保护调控管理措施调查 (11)3湖泊生态安全评估 (13)3.1概念模型 (13)3.2技术路线和思路 (14)3.3评估指标体系的构建 (15)3.4参照标准的确定 (40)3.5数据预处理和标准化 (42)3.6权重的确定 (43)3.7生态安全分级标准 (44)3.8评估过程 (45)3.9结果表达形式 (46)3.10评估结果解析 (47)3.11评估过程中可能出现的问题及其解决方法 (48)4生态安全调查与评估方案编制框架 (51)4.1主要内容 (51)4.2编制框架 (51)附录说明 (55)附录A 流域基本信息调查表格 (56)附录B 社会经济人类活动影响调查 (60)附录C 沉积物采样器的类型及优缺点 (74)附录D 湖泊水质、沉积物和水生态调查方法 (76)附录E 湖泊流域生态服务功能和调控管理措施调查 (89)1总则1.1适用范围本技术指南适用于指导水质较好湖泊（含水库，下同）生态安全的调查与评估工作开展与报告编制，其他湖泊、水库开展同类工作可参照执行。

五河湖健康评估1调研背景概述河湖水系是地表水资源的主要载体，由河湖水系所支撑的河湖生态系统是地表最富生产力和生物多样性最为丰富的生态系统类型之一，具有巨大的生态服务功能，不仅承载着人类社会，也养育着众多的生物。

在经历了20世纪80年代以来长达30余年的我国经济社会的快速发展，全国各地河流不同程度地承受着过度排污、过度引水、河道结构破坏、过度捕捞等多重胁迫，相应地出现了水文情势显著变化、水质恶化、河流形态结构破坏、生境退化，以及重要或敏感水生生物消亡等问题，河流健康问题十分突出，河流生态完整性遭到严重破坏，严重影响河流对人类社会及生物多样性的支撑作用的发挥，影响着河流生态系统的生态服务功能的可持续利用。

在面临着“水多、水少、水浑”等传统水问题外，更日益面临着“水丑、水死”的严峻问题。

河湖健康的保持及恢复不仅关系到水资源的可持续利用，也关系到流域乃至全国生态安全和经济社会的可持续发展。

为此，河湖生态系统的保护及河湖健康的维持和恢复近年来日益成为全社会共同关注的重要问题，河湖生态修复的必要性和紧迫性也日益被全社会所认可。

作为水行政主管部门和流域健康的代言人，我国水利部门除了承担着防洪兴利的传统任务外，河湖生态恢复及河湖健康的守护重任也责无旁贷。

河湖健康评价是20世纪90年代以来在西方发达国家兴起的流域综合管理的技术手段，不仅可以对河湖生态系统的现状及存在的问题进行诊断评价，还可以为河湖生态修复的进程进行监测，从而不断地为河湖健康的适应性管理提供反馈信息，是河湖生态系统管理的重要内容，对实现水资源的综合管理和流域生态系统良性循环具有重要意义。

我国自21世纪初开始陆续引入河湖健康评价的理念，并在水利系统和其他部门迅速得到积极的回应。

国家和水利部门提出了树立科学发展观，以人-水和谐的理念，大力发展民生水利，实行最严格的水资源管理制度，促进水资源可持续利用的治水新思路。

环保部门在进行污染源总量控制治理的同时，也提出了“让河流休养生息”的河流保护行动。

调查湖泊水质方案背景介绍湖泊是地球上重要的水资源之一，为人类提供饮用水、农业灌溉、水产养殖等多项重要用途。

然而，由于人类活动和自然因素的影响，湖泊水质问题日益突出。

为保护和改善湖泊水质，开展科学的调查是至关重要的。

本文将介绍一套调查湖泊水质的方案，包括调查目的、调查内容、调查方法以及数据处理等方面的内容。

调查目的调查湖泊水质的目的是为了了解湖泊的污染程度，并为污染治理、环境保护提供科学依据。

通过调查，可以确定湖泊是否存在污染物超标、富营养化等问题，从而采取相应的对策和措施。

1.湖泊水质采样：选择合适的采样点位，采集湖泊水体样品。

样品的采集应遵循一定的标准和流程，以保证采样的准确性和可比性。

2.水质参数测定：对采集到的湖泊水样进行一系列的水质参数测定，包括pH值、溶解氧、水温、浊度、氨氮、总磷、总氮等。

这些参数能够反映水体的酸碱度、透明度、富营养化程度等指标。

3.污染物检测：对湖泊水体中可能存在的污染物进行检测，如重金属、有机物等。

这些污染物可能来自农业、工业、生活污水、大气沉降等渠道。

4.水生生物调查：对湖泊的水生生物进行调查和监测，包括浮游植物、藻类、水生昆虫、鱼类等。

水生生物的分布和数量能够反映水体的生态状况和水质状况。

1.采样点位选择：根据湖泊的特点和调查目的，在湖泊中选择代表性的采样点位。

应尽量选择不同深度、水位不同的点位，以获取更全面的信息。

2.采样工具准备：选择符合标准要求的采样器具，如采样瓶、采样管等。

在采样前要进行充分的清洗和消毒，以避免可能的污染。

3.水样采集：按照规定的采样流程，将采样器具完全浸入水中，打开盖子或抽取器具内部空气，保证采样器具内部不含空气泡。

采样结束后，立即密封容器，尽量避免水样与外界接触。

4.水质参数测定：选择合适的水质检测仪器和方法进行测定。

按照仪器的操作手册进行操作，保证测定结果的准确性和可靠性。

5.污染物检测：根据湖泊所面临的具体污染情况，选取相应的检测方法和仪器进行污染物的检测。

太湖流域河流生态系统健康评价以东苕溪流域为例（2009~2014）太湖流域地跨江苏、浙江、上海两省一市，是我国人口密度最大、工农业生产最发达、国内生产总值和人均收入增长最快的地区之一。

流域内水网密布，与太湖相通的河流达200多条，河流与湖泊交织构成了太湖独有的美丽画卷。

太湖流域的河流水系主要分为西部上游山丘水系、下游平原河网水系、北部沿江水系和南部沿杭州湾水系。

[1]本课题研究的东苕溪属于西部上游山丘水系，主要由苕溪水系、南河水系和洮滆水系等构成。

本文以东苕溪河流健康为研究对象，在鱼类多样性及鱼类栖息地类型和环境胁迫因子等专题研究的基础上，构建了基于鱼类生物完整性指数（F-IBI）的评价方法，并通过实地调查、筛选和赋值确立了适合该地域的评价指标体系。

通过在流域尺度上的实际应用，证明该指标体系可以作为一种通用工具应用于太湖流域不同类型河流的生态健康评价。

一东苕溪流域概况（一）流域简介东苕溪位于浙江省杭嘉湖平原西部，在湖州与西苕溪汇合后入太湖，是太湖的主要入湖河流之一，流域地图及采样点如图1所示。

东苕溪干流150余千米，流域面积2265平方千米，属亚热带季风气候，温和湿润，雨量丰沛，多年平均降水量为1460毫米，年降水天数143～161天。

[2]图1 东苕溪采样（二）流域鱼类多样性概况2009～2014年，课题组与日本九州大学河流生态学研究室、植物生态学研究室开展了为期五年的针对太湖流域水生态健康评估的国际合作研究，通过野外采样收集到13500尾鱼类样品，经鉴定共计84种淡水鱼类，隶属于8目18科52属，其中，中国特有种35种，主要由鲤科、鳅科、虾虎鱼科、鲿科等鱼类组成。

鲤科鱼类占到东苕溪鱼类全部总物种数的60.0%，共由10个亚科组成，主要包括亚科、鱊亚科、鲌亚科以及鲴亚科，各占鲤科鱼类种类数的31.37%、19.61%、17.65%和9.80%，东苕溪流域鱼类组成见表1。

表1 东苕溪、太湖和长江的各目鱼类物种数（三）开展河流健康评价的重要性随着城市现代化进程的加快，各地区的河流都经受着人类活动的干扰，出现了水质恶化、自然形态改变及生物栖息地破坏等河流水生态问题，河流生态系统的退化已经成为当前环境治理和生态保护的重大挑战，河流生态健康研究逐渐成为国际社会的关注焦点。

湖泊水质监测方案一、引言湖泊是重要的淡水资源和生态系统，在保护和管理湖泊环境方面，监测水质是至关重要的一项工作。

本文旨在设计一套科学有效的湖泊水质监测方案，以确保湖泊生态系统的健康和可持续发展。

二、监测目标1. 水质参数通过监测和分析湖泊水体的基本物理化学性质，包括但不限于温度、溶解氧、pH值、浊度、电导率、营养盐含量（如氨氮、总磷、总氮）等指标，以评估湖泊的富营养化程度和水体的健康状况。

2. 水生态指标除了监测基本的水质参数外，还需关注湖泊生态系统的指标，如浮游植物密度、底栖动物群落结构、水生植物分布等，以了解湖泊生态平衡的状况和生物多样性的变化。

三、监测方法1. 水质样品采集根据湖泊的大小和水体分布特点，选择代表性监测站点进行水质样品采集。

定期采集表层、中层和底层水样，并确保采样过程中避免造成污染。

采样时间和频率应根据湖泊的季节性和长期变化特点进行调整。

2. 监测仪器与设备使用准确可靠的水质监测仪器和设备进行参数测量，如多参数水质分析仪、浑浊度计、溶解氧仪等。

在仪器选择和使用过程中，需保证其准确性、稳定性和操作简便性。

3. 数据处理与分析对采集到的水质数据进行处理和分析，可以使用专业的水质分析软件进行数据的整合、计算和绘图。

通过统计学方法和趋势分析，评估湖泊水质状况的时空变化，并及时发现水质异常和趋势。

四、监测时间与频率1. 监测时间根据湖泊的季节性特点和水环境变化的需要，设计全年不同季节的监测方案。

重点关注气温和降水量变化对水质的影响，以及潜在的富营养化和水华发生的季节。

2. 监测频率根据湖泊的规模和水体的复杂程度，合理确定监测的频率。

一般情况下，初步设定为频繁监测，如每月一次，以获取较为全面的水质信息。

随着对湖泊了解的逐渐深入，可适当调整监测频率，例如每季度或半年一次。

五、质量控制1. 标准品与标准曲线使用标准品进行仪器校准和质检，建立标准曲线，确保监测数据的准确性和可比性。

定期检查和更新标准曲线，以校正仪器的漂移和误差。