[發明專利]一種適用于南方城市河流的河流健康評估方法

在審

• 申請號: 201810970130.6
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109118101A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 趙衡;王富強;王寒;陳希;張婧
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 鄭州匯科專利代理事務所(特殊普通合伙) 41147
• 代理人: 李偉

1.一種適用于南方城市河流的河流健康評估方法，其特征在于：該方法從資料搜集、目標設定、現狀調查、系統分析、綜合評價等方面出發，構建較為系統和全面的多泥沙河流健康評估指標體系，參考水利部相關規定，研究確立河流健康評估方法、指標賦分方法及評估標準，對河湖健康評估指標體系進行了設計；我國南方城市河流水系特征與經濟社會發展特征決定南方城市河流健康評估的內涵是：既要有自然意義上的河流健康，即河流自身的健康，也有社會經濟意義上的河流健康，即人-水關系的健康，既要保護河流生態，也要支持經濟社會可持續發展；具體包括以下步驟：

步驟1，確定評估指標體系的必選指標

依據水利部相關規定，試點河流的評估指標體系共包括水文水資源、物理結構、水質、生物及社會服務功能5個準則層中的12項必選指標，具體分述如下：

（1.1）水文水資源準則層指標

水文水資源準則層包括流量過程變異程度指標、生態流量滿足程度指標2項指標；

（1.2）物理結構準則層指標

物理結構準則層包括河岸帶狀況指標、河流連通阻隔程度指標2項指標，其中，河岸帶狀況指標又包括河岸穩定性指標、植被覆蓋率和河岸帶人工干擾程度三個分指標；

（1.3）水質準則層指標

水質準則層包括溶解氧指標和耗氧有機物指標2項指標；

（1.4）生物準則層指標

生物準則層包括底棲動物完整性指數指標和魚類生物損失指數指標2項指標；

（1.5）社會服務功能準則層指標

社會服務功能準則層包括水資源開發利用率指標、水功能區達標率達標、防洪指標和公眾滿意度指標4個指標；

步驟2，確定河流健康評估必選指標標準

依據水利部相關規定，采用歷史狀態法、專家經驗及調查樣點的統計，確定河流評估指標的評估標準如下：

（2.1）水文水資源準則層的評估標準

流量過程變異程度指標的評估以月均徑流量作為基礎數據，與天然月均徑流量對比評估現有徑流量過程的變化情況；

生態流量滿足程度指標反映的是最小生態流量的滿足程度，在目前生態流量計算中比較常用的計算方法就是Tennant法，通過該法確定最小生態流量，并將該流量作為本次的評估標準；

（2.2）物理結構準則層的評估標準

河岸穩定性指標包括斜坡傾角、植被覆蓋度、斜坡高度、基質類別及河岸沖刷狀況，其中，斜坡傾角、植被覆蓋度、斜坡高度一般通過現場工具實測得到，基質類別及河岸沖刷狀況通過專家經驗確定；

河岸帶人工干擾程度根據現場調查人類活動類型及河岸帶位置情況確定，評估標準根據現場監測數據及相關賦分標準確定；

河流連通阻隔狀況主要通過調查魚類遷移阻隔和水量及物質流通阻隔特征來評估，該指標的評估標準根據現場監測數據及相關賦分標準確定；

（2.3）水質準則層的評估標準

目前國家已頒布了相關行業質量標準，因此，水質準則層指標評估標準采用國家頒布的行業質量標準—地表水環境質量標準；

（2.4）生物準則層的評估標準

生物準則層的底棲動物完整性指數及魚類生物損失指數以歷史調查資料統計數據作為其評估標準；

（2.5）社會服務功能準則層的評估標準

社會服務功能與管理目標、專家的判斷有較大的關系，因此，社會服務功能準則層的水功能區達標率指標采用水功能區規劃的水質目標作為評估標準，防洪指標、水資源開發利用率指標分別采用防洪規劃、水資源規劃中的規劃指標作為評估標準；公眾滿意度調查指標采用公眾參與調查統計的方法進行，以實際調查數據為評估標準；具體各評估指標采用的標準及方法如下表所示：

步驟3，計算河流健康指數

參考水利部相關規定，河流健康評估采用分級指標評分法，逐級加權，綜合評分，即河流健康指數；河湖健康分為5級：理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態，河湖健康評估分級情況如下表所示：

步驟4，確定評估指標必選指標的計算方法與賦分標準

（4.1）水文水資源指標

1）流量過程變異程度指標

計算公式如下：

其中，

式中，為評估年實測月徑流量，為評估年天然月徑流量，為評估年天然月徑流量年均值，天然徑流量按照水資源調查評估相關技術規劃得到的還原量，流量過程變異程度指標值越大，說明相對天然水文情勢的變化程度越大，對水生生物的影響越大，流量過程變異程度指標的賦分標準如下表所示：

2）生態流量滿足程度指標

生態流量滿足程度采用最小生態流量進行表征，分不同的水期計算最小生態流量占多年平均日均量的比值進行該指標的評估；具體計算公式如下：

其中為評估年實測日徑流量，為多年平均徑流量，為4-9月份日徑流量占多年平均流量的最低百分比，為10-3月份日徑流量占多年平均流量的最低百分比；生態流量滿足程度指為滿足不同時段的河流生態系統結構、功能而必須維持的流量，根據最小生態流量法計算一般水期和魚類產卵育幼期的最小生態流量，取最小值為該指標的分值；生態流量滿足程度指標的賦分標準如下表所示：

3）水文水資源準則層

該準則層包括流量過程變異程度和生態流量滿足程度兩個指標，根據層次分析法確定各指標的權重及賦分范圍如下表所示：

水文水資源準則層賦分計算公式如下：

（4.2）物理結構指標

1）河岸帶狀況指標

該指標包括河岸穩定性指標、植被覆蓋率和河岸帶人工干擾程度三個分指標；

①海岸穩定性指標

河岸帶穩定性指標計算公式為：

式中，為岸坡穩定性指標賦分，岸坡傾角分值，岸坡覆蓋度分值，岸坡高度分值，河岸基質分值，坡腳沖刷強度分值；河岸穩定性評估指標的賦分標準如下表所示：

②河岸帶人工干擾程度指標

調查河岸帶及附近陸域的9類人類活動，包括河岸硬性砌護、采砂、沿岸建筑物、公路、垃圾填埋場、河濱公園、管道、采礦、農業耕種、畜牧養殖等，指標賦分方法采取每出現一種人類活動減少相應的分值；具體指標賦分情況如下表所示：

③河岸帶植被覆蓋率指標

根據河岸帶陸域植被喬木、灌木和草本的覆蓋度調查情況，采用直接賦分法計算確定該指標的分值：具體計算公式如下：

其中，、、分別為評估河段所在生態分區參考點的喬木、灌木及草本植物覆蓋度；

賦分標準如下表所示：

④河岸帶狀況指標

根據河岸帶人工干擾程度、河岸帶植被覆蓋率和岸坡穩定性三個指標計算得分值，賦分計算公如下：

河岸帶狀況指標賦分公式變量說明如下表所示：

2）河流連通阻隔程度指標

河流連通阻隔程度指標通過調查河流閘壩建設情況，對河道徑流調節及魚類是否產生阻隔；具體計算公式如下：

式中，為河流連通阻隔程度賦分，為評估斷面下游河段大壩阻隔賦分，為評估斷面下游河段水閘阻隔賦分，其中；，而和分別為下游大壩座數和下游水閘座數；閘壩阻隔賦分如下表所示：

3）物理結構準則層

根據以上2個指標的賦分計算，采用指標權重與所賦分值加權求和得到物理結構準則層的分值；具體賦分標準如下表所示：

（4.3）水質指標

1）溶解氧指標

溶解氧指標采用全年12個月的月均濃度，按照汛期和非汛期分別進行平均計算該指標數值，分別對其賦分，取最小值為該指標賦分值；具體賦分標準如下表所示：

2）耗氧有機物指標

耗氧有機物指標選用評估全年12個月的月均濃度，按照汛期和非汛期進行平均，分別評估汛期與非汛期賦分，取其最低賦分為水質項目的賦分，取4個水質項目的賦分平均值作為耗氧有機污染狀況賦分；具體計算公式如下：

取高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮等4項對河流耗氧污染狀況進行評估，其中，高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮4項耗氧有機物的賦分如下表所示：

（4.4）生物指標

1）底棲動物完整性指數

底棲動物完整性指數評估選用的參數包括物種數量、物種豐富度、物種多樣性指數、耐污度和抗逆能力等；具體選用評估參數如下表所示：

評估河段底棲動物完整性指標的賦分采用如下公式進行計算：

式中，評估河段底棲動物完整性指標賦分，為評估河段底棲動物完整性指標值，為河流所在水生態分區底棲動物完整性指標最佳期望值；

2）魚類生物損失指數

魚類生物損失指數的指標計算公式如下：

式中，為魚類生物損失指數，為評估河段調查獲得的魚類種類數量，為1980s以前評估河段的魚類種類數量；魚類生物損失指標賦分如下表所示：

魚類生物損失指數	FOE]]>	1	0.85	0.75	0.6	0.5	0.25	0
指標賦分	FOEr]]>	100	80	60	40	30	10	0

3）生物指標層

以2個評估指標的最小分值作為生物準則層的賦分：

式中，為生物準則層賦分，為底棲動物BIB指標賦分，為魚類生物損失指標賦分；

（4.5）社會服務功能指標

1）水資源開發利用率指標

具體計算公式如下：

式中，為評估河流流域水資源開發利用率，為評估河流流域水資源總量，為評估河流流域水資源開發利用量；

2）水功能區達標率指標

水功能區的功能包括提供工農業用水、城鎮飲用水、灌溉用水、景觀用水等多種用途，評估方法采用達標水功能區的個數占評估水水功能區個數的比例確定該指標的賦分值，賦分計算公式如下：

式中，為評估河流水功能區水質達標率指標賦分，為評估河流水功能區水質達標率；

3）防洪指標

防洪指標評估針對防洪工程措施和非工程措施的完好率進行評估，具體計算公式如下：

式中，為河流防洪指標；為河段n的長度，評估河流根據防洪規劃劃分的河段數量；根據很短防洪工程是否滿足規劃要求進行賦值：達標，，不達標，；為河段規劃防洪標準重現期；防洪指標賦分標準如下表所示：

賦分	100	75	50	25	0
防洪減災指標（FLD）	95%	90%	85%	70%	50%

4）公眾滿意度指標

公眾滿意度指標通過調查典型河段水利、農業、環保等方面專家及民眾代表對該河段水質、水量、魚類、娛樂設施、景觀文物保護等方面的滿意程度，統計分析公眾的滿意度；具體計算公式如下：

式中，為公眾滿意度指標賦分，為有效調查公眾總體評估賦分，為公眾類型權重；具體賦分標準如下表所示：

5）社會服務功能指標

依據社會服務功能準則層的5個指標的賦分計算結果，根據如下公式計算確定社會服務功能準則層的賦分值：

式中，為社會服務功能準則層賦分，其它變量說明如下表所示：

步驟5，確定南方城市河流健康評估自選指標及賦分標準

根據南方城市河流的特點，除了必選的12項指標之外，增加了健康流量指標、重金屬污染指標、苯系物指標和附生硅藻指標等4個指標為作為自選指標，且其具體賦分標準如下：

（5.1）健康流量指標

健康流量指標由豐水期水量指標、枯水期水量指標、最大月水量指標、最小月水量指標、連續高流量指標、連續低流量指標、連續極小流量指標和水量季節性變化指標8個指標組成，其賦分標準取上述8個指標的平均值；

（5.2）重金屬污染指標

根據地表水環境質量標準確定汞、鎘、鉻、鉛及砷的賦分，然后取其最低賦分為水質項目的賦分；

（5.3）苯系物指標

苯、甲苯、二甲苯分別賦分，取其最低賦分為水質項目的賦分，由于地表水環境質量標準中未制定苯系物等級限值，因此只采用其標準值進行評估，若達標，則評定為健康，反之則為不健康；

（5.4）附生硅藻指標

附生硅藻指標采用法國的硅藻監測技術及評價標準，法國硅藻分析主要使用2個指數：特定污染敏感指數和硅藻生物指數，這兩個指數均是法國淡水水質監測的標準方法，其計算依據是樣本中每個硅藻種類的豐富度，它們之間的不同之處主要是計算指數的數據庫包括的硅藻種類不同：特定污染敏感指數包括了所有硅藻種群，而硅藻生物指數包括209種在法國淡水中生活的指示型物種；

硅藻生物指數的計算方法如下表所示：

藻類種類	IBD/20
0<B<2	1
2<B<6	(4.75×B)-8.5
6<B<7	20

特定污染敏感指數的計算方法如下表所示：

特定污染敏感指數值	賦 分	評估等級
ISP≥17	100	A（健康）
17＞ISP≥13	75-100	B（亞健康）
13＞ISP≥9	50-75	C（一般）
9＞ISP≥5	25-50	D（不健康）
ISP＜5	0-25	E（病態）