太子河河流生态系统健康状况评价_张瑞阳.pdf
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1、DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 035太子河河流生态系统健康状况评价张瑞阳(辽宁省葫芦岛水文局,辽宁 葫芦岛 125000)摘要为科学评价太子河生态系统健康状况,结合 2020 年太子河流域 21 个样点的社会功能、水生生物、地貌形态和水文水质等指标调查数据,采用层次分析法计算评价河流健康状况。结果表明:参与调查的 21 个样点中达到健康、亚健康、脆弱、病态等级的样点占比依次为 19 05%、61 90%、14 29%和 4 76%,太子河河流生态系统整体处于亚健康状况,其中评分最高、最低的样点是 TZH12 的 4 14 分和 QH 的 1 97 分;上游和干
2、流的生态系统健康状况总体上优于下游、支流,生态系统健康具有显著干支流差异性和空间差异性。关键词生态系统;健康评价;差异分析;太子河中图分类号X522文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0105 02收稿日期2022 11 08作者简介张瑞阳(1988 ),男,河南洛阳人,工程师,主要从事水利水电工程、水土保持及水文水资源方面工作。0引言随着经济的发展和科技的进步,河流受人类活动的影响程度日趋加剧,河流的社会及生态功能逐渐丧失,水文水质不断恶化,严重威胁着水资源、生态环境和经济社会安全。因此,如何修复受损生态系统充分发挥和维持河流的生态服务功能,实现河流可持续发展逐渐成为水文
3、领域研究的重要问题1。20 世纪 80 年代美国、瑞典、澳大利亚相继提出快速生物监测协议法(BP)、岸边与河道环境细则法(CE)、河流状况指数法(ISC)和河流形态结构框架法(GS)等,针对河流健康评价形成一系列评价指标体系和方法。20 世纪 90年代,河流生态健康问题逐渐引起我国学者的关注,近年来提出了适用于滦河、珠江、辽河、黄河、长江等河流的评价标准、方法及指标体系2 5。河流健康评价牵涉范围广,涉及因素多,不同河流特征具有一定差异,其评价标准和方法的使用条件也不尽相同。总体上,可以将现有方法划分成多指标评价法和模型预测法两大类型,其中应用较为广泛的是多指标综合评判法,许多学者将河流健康评
4、价与各种数学方法相耦合组成了 BP 网络法、灰色关联法、层次分析法、模糊评判法等新的方法。例如,高玉婷等从多个方面建立河流健康评价体系,利用模糊矩阵法评价河流隶属度等级;李文君等以北运河为例,通过建立评价体系、等级标准、可变模糊集与集对分析模型评价河流生态健康状况;李瑶瑶等结合淮河流域河南段实际情况,从地貌特征、生物状况、水质条件、水文特征的角度合理选择能够反映河流生物学和生态学完整性的指标构建生态健康评价体系,但未考虑生态系统对人类的社会价值,即河流的社会服务功能。本文结合太子河流域特点和生态环境现状,选择水生生物、地貌形态、社会功能和水文水质等指标构建生态健康评价体系,采用层次分析法计算评
5、价太子河河流生态健康状况,并进一步分析可能成因及其空间差异性,可以为城市水生态修复和流域水环境保护等提供决策依据。1评价方法1 1样点设置太子河是辽宁省较大河流之一,从东向西南主要流经抚顺、本溪、辽阳、沈阳、鞍山、丹东等地区,最后于海城市三岔河与浑河汇流成大辽河,全长 413 km,流域面积 13 883 km2。流域内主要有清河、小汤河、五道河、小夹河、卧龙河、南沙河、细河、三道河、北沙河等支流,河网水系如图 1。调查显示,太子河总体处于类或类水质,黑臭水体已基本消失,但部分支流水生生物多样性较少,局部河段还存在可亲水度小、水流状况差、河岸带侵蚀和渠系化等问题。图 1太子河流域水系图在 20
6、20 年 4 月和 9 月采样调查太子河水系状况,结合流域实际情况布设 21 个采样点,其中太子河干流布设采样点12 个,编号 TZH1 12;支流清河、小汤河、五道河、小夹河、卧龙河、南沙河、细河、三道河、北沙河各布设 1 个采样点,编号 QH BSH。1 2样品采集本研究选取 DO(溶解氧)、CODMn(高锰酸盐指数)、NH3 N(氨氮)、TP(总磷)、pH 值作为水质监测指标,选择浮游植物和浮游动物作为水生生物指标,并选用社会功能、地貌形态和水文水质等其它指标。其中,各采样点浮游植物现场取样后,用鲁哥试剂固定并带回实验室,然后把 1L 水样沉淀浓缩到 50 ml 备用。对于浮游动物定性标
7、本应先用 13#浮游生物网采集再过滤到聚乙烯瓶内,对于浮游动物定量标准先用 5L 采水器对表层水采集 4 次再过滤到 100 ml 聚乙烯并内,定性与定量标本均用福尔马林溶液保存。采用拍照对5012023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay,2023Vol.45NO.3比、实地考察、专家咨询和文献资料等方法,通过现场评价对太子河流域其它指标进行打分。1 3计算分析现场采用 HydrolabDS5 多参仪测定 DO(溶解氧)和 pH值,参照文献中的方法采集和测定 CODMn(高锰酸盐指数)、NH3 N(氨氮)和 TP(总磷)浓度值,利用显微镜分类计数法鉴定水生生
8、物物种,在实验室静置 48 h 后测定浮游动物样品虹吸浓度。水生生物多样性选用浮游植物和浮游动物的Shannon Wiener 指数 H 来衡量,其表达式如下:H=si=1pilnpi(1)式中:S、pi为样品分类单元总数和个体 i 占总样品的比例。采用 Arc GIS10 2、Origin8 0、Matlab 2016a、Excel 等软件进行得分结果差值、柱状图绘制、权重计算和评分统计分析。2生态系统健康评价2 1构建评价体系本文充分考虑太子河流域现状和河流功能特征,遵循实用性、系统性、数据可获取性和科学认知等原则,通过分析河流健康受各个因素的影响作用,从社会功能、水生生物、地貌形态、水文
9、和水质五个方面选择 17 项代表性指标构建递阶层次结构评价体系,如表 1。表 1河流生态系统健康评价体系目标层准则层权重指标层权重太子河河流生态系统健康评价O水文子系统 P10 142 8水质子系统 P20 224 6地貌形态子系统 P30 357 7水生生物子系统 P40 165 4社会功能子系统 P50 109 5水流状况 S10 369 0水域面积 S20 452 2涉水工程影响程度 S30 178 8TP(总磷)S40 225 0NH3 N(氨氮)S50 225 0CODMn(高锰酸盐指数)S60 225 0DO(溶解氧)S70 225 0pH 值 S80 100 0河道内底质 S90
10、 251 5弯曲程度 S100 116 0河道改造程度 S110 099 6河床稳定性 S120 345 8河岸带侵蚀度 S130 187 1浮游植物 Shannon Wiener 指数 S140 500 0浮游动物 Shannon Wiener 指数 S150 500 0河岸带植被多样性 S160 500 0可亲水度 S170 500 02 2权重计算根据生态环境领域专家意见、现场调研情况以及相关文献资料,利用层次分析法两两比较每一级指标的相对重要性,并结合分析结果给出标度值构造判断矩阵,经 Matlab2016a 软件处理进行层次单排序和总排序,经一致性检验符合 C 0 10 的要求,并确
11、定河流生态系统健康评价指标层和准则层各因子权重,如表 1。结果表明,从小到大准则层各因子权重排序为社会功能 水文 水生生物 水质 地貌形态子系统;对于社会功能与水生生物子系统,其下一级各指标权重相等均为 0 500 0;对于水文子系统,其下一级各指标权重排序为涉水工程影响程度 水流状况 水域面积;对水质子系统,其下一级各指标权重排序为 pH 值 DO=CODMn=NH3 N=TP;对于地貌形态子系统,其下一级各指标权重排序为河道改造程度 弯曲程度 河岸带侵蚀度 河道内底质 河床稳定性。2 3等级划分结合太子河流域水环境治理目标,通过专家咨询、查阅文献和参考相关网站等方式建立评价标准。采用具体数
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