河流生態(tài)狀況分級(jí)系統(tǒng)是河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)定量化的有用工具。在這個(gè)系統(tǒng)中，定義未大規(guī)模開(kāi)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(yán)重退化狀況作為最壞狀況，中間分成若干等級(jí)，據(jù)此構(gòu)造分級(jí)體系表(董哲仁，2013)。
1 指標(biāo)矩陣
分級(jí)系統(tǒng)表分為要素層、指標(biāo)層和等級(jí)層三個(gè)層次。生態(tài)要素包括生物質(zhì)量、水文情勢(shì)、物理化學(xué)和河流地貌形態(tài)4類(lèi)。生態(tài)要素層下設(shè)若干生態(tài)指標(biāo)，生態(tài)指標(biāo)的數(shù)量，根據(jù)具體項(xiàng)目規(guī)模和數(shù)據(jù)可達(dá)性確定。生態(tài)指標(biāo)下設(shè)5個(gè)等級(jí)，即優(yōu)、良、中、差、劣。
首先，需要定義一個(gè)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(rèn)為水資源大規(guī)模開(kāi)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(kāi)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(jì)學(xué)原理結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，確定各項(xiàng)指標(biāo)值。有些指標(biāo)如水質(zhì)類(lèi)指標(biāo)有相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以直接引用。建立參照系統(tǒng)的具體方法見(jiàn)3-2-5節(jié)。
在分級(jí)系統(tǒng)中，把參照系統(tǒng)狀況定為“優(yōu)”等級(jí)。然后，以河流生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化狀況作為最壞狀況，定為“劣”等級(jí)，其表征是棲息地嚴(yán)重退化，生物群落多樣性嚴(yán)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(jí)，形成優(yōu)、良、中、差、劣5級(jí)系統(tǒng)。所謂生態(tài)狀況“優(yōu)”，表示生物質(zhì)量、水文情勢(shì)、地貌形態(tài)和物理化學(xué)等生態(tài)要素均達(dá)到理想狀況。所謂“良”表示受人類(lèi)活動(dòng)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(yán)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(jí)原則，構(gòu)造生態(tài)狀況指標(biāo)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(jí)的各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)賦值。②依據(jù)不同類(lèi)別的生態(tài)要素特征，確定賦值準(zhǔn)則。③以參照系統(tǒng)的理想標(biāo)準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，按照與理想標(biāo)準(zhǔn)值的偏離程度(變化率)，將各生態(tài)指標(biāo)分5個(gè)等級(jí)。生態(tài)指標(biāo)與理想標(biāo)準(zhǔn)值的比值，是一個(gè)無(wú)量綱值，以100計(jì)分，“優(yōu)”等級(jí)記為100，其他等級(jí)依次遞減，不同類(lèi)別生態(tài)指標(biāo)遞減程度需符合賦值準(zhǔn)則。這樣就構(gòu)造了生態(tài)狀況指標(biāo)賦值矩陣。
表5-2-3是一個(gè)河流生態(tài)狀況指標(biāo)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(shì)、物理化學(xué)、河流地貌共4類(lèi)。生態(tài)要素層下設(shè)10項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)。其中，生物要素下設(shè)豐度和生物量2項(xiàng)指標(biāo);水文情勢(shì)要素下設(shè)生態(tài)基流和水文過(guò)程2項(xiàng)指標(biāo);物理化學(xué)要素下設(shè)水質(zhì)、水溫和一般狀況3項(xiàng)指標(biāo);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(xiàng)指標(biāo)。
采用矩陣下標(biāo)表示法構(gòu)造指標(biāo)矩陣。表5-2-3中的10項(xiàng)指標(biāo)分別用a、b、c、d、e、f、g、h、i、j表示。下標(biāo)的標(biāo)注方法如下：規(guī)定第一個(gè)下標(biāo)表示要素層，令生物、水文、物理化學(xué)、河流地貌等4類(lèi)要素層的下標(biāo)編號(hào)分別為m、n、o、p。規(guī)定第二個(gè)下標(biāo)表示等級(jí)層，令等級(jí)層的優(yōu)、良、中、差、劣的下標(biāo)編號(hào)分別為1，2，3，4，5。舉例：指標(biāo)cn2中的c表示生態(tài)基流指標(biāo)，第1個(gè)下標(biāo)為n，表示屬水文要素類(lèi);第2個(gè)下標(biāo)為2，表示屬于“良”等級(jí)。這樣指標(biāo)cn2表示水文類(lèi)要素，生態(tài)基流指標(biāo)，等級(jí)為良。
對(duì)于生物質(zhì)量類(lèi)指標(biāo)，評(píng)價(jià)物種可以有多種，包括浮游植物、大型水生植物、魚(yú)類(lèi)和底棲無(wú)脊椎動(dòng)物等。在這種情況下，要素層下標(biāo)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(yú)類(lèi)m=3，底棲無(wú)脊椎動(dòng)物m=4。例如b43則表示生物要素類(lèi)，底棲無(wú)脊椎動(dòng)物，生物量指標(biāo)，等級(jí)為“中”。
多個(gè)評(píng)價(jià)物種的指標(biāo)需經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)方法處理得到生物質(zhì)量的綜合指標(biāo)。按照以上規(guī)則即構(gòu)造了一個(gè)指標(biāo)矩陣，然后按照“優(yōu)”等級(jí)折減方法，為所有指標(biāo)賦值，形成河流生態(tài)狀況分級(jí)系統(tǒng)(表5-2-3)。用這種方法既能表示出指標(biāo)所屬生態(tài)要素類(lèi)別，又可表示所屬等級(jí)，矩陣格式也方便計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)運(yùn)算。
2 指標(biāo)賦值準(zhǔn)則
1)生物質(zhì)量
生物質(zhì)量包括豐度(am)和生物量(bm)2項(xiàng)指標(biāo)，可選擇浮游植物(m=1)、大型水生植物(m=2)、魚(yú)類(lèi)(m=3)和底棲無(wú)脊椎動(dòng)物(m=4)作為評(píng)價(jià)物種，其指標(biāo)賦值準(zhǔn)則分述如下：
?、俑∮沃参?m=1)
am1～am5，bm1～bm5-以植物物種的類(lèi)別構(gòu)成、藻類(lèi)生長(zhǎng)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(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
?、诖笮退参?m=2)
am1～am5，bm1～bm5-大型水生植物類(lèi)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(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
?、埕~(yú)類(lèi)(m=3)
am1,bm1-魚(yú)類(lèi)類(lèi)別構(gòu)成與參照系統(tǒng)幾乎一致。所有特定類(lèi)別的干擾敏感性物種都存在。魚(yú)類(lèi)群體年齡結(jié)構(gòu)受人類(lèi)活動(dòng)干擾微小，物種的繁殖發(fā)育可順利進(jìn)行。
am2,bm2-由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水質(zhì)和水文過(guò)程影響，魚(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)群體的年齡結(jié)構(gòu)受到干擾，個(gè)別物種的繁殖發(fā)育失敗，某些魚(yú)類(lèi)的年齡段缺失。
am3,bm3-由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水質(zhì)和水文過(guò)程影響，魚(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)年齡結(jié)構(gòu)受到干擾的跡象明顯，個(gè)別魚(yú)類(lèi)物種消失或數(shù)量降低。
am4,bm4-由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水質(zhì)和水文過(guò)程影響，魚(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)年齡結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重干擾。
am5,bm5-由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水質(zhì)和水文過(guò)程影響，大量魚(yú)類(lèi)死亡，漁業(yè)資源嚴(yán)重破壞，一些珍稀和特有魚(yú)類(lèi)物種消失或?yàn)l危。
?、艿讞珶o(wú)脊椎動(dòng)物(m=4)
am1～am5，bm1～bm5-底棲無(wú)脊椎動(dòng)物豐度、種類(lèi)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(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
2)水文
cn1～cn5-生態(tài)基流的滿(mǎn)足程度，劃分5個(gè)等級(jí)。
dn1～dn5-若按水文過(guò)程表示，則與干擾前的自然流量過(guò)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(biāo)的敏感生態(tài)需水相比。二者均以偏差率為指標(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
3)物理化學(xué)
eo1～eo5-以規(guī)劃區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為指標(biāo)評(píng)估，劃分5個(gè)等級(jí)。
fo1～fo5-以水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以污染物入河控制量、納污能力、湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為指標(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
go1～go5-結(jié)合敏感生物物種目標(biāo)，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(gè)等級(jí)。
4)河流地貌
hp1～hp5-連續(xù)性指標(biāo)。考慮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、泥沙輸移條件和魚(yú)類(lèi)洄游條件，以縱向連續(xù)性指數(shù)為指標(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
ip1～ip5-連通性指標(biāo)。考慮灘區(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(biāo)，劃分5個(gè)等級(jí)。
jp1～jp5-河流形態(tài)指標(biāo)。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(biāo)劃分5個(gè)等級(jí)。
3 簡(jiǎn)易賦值方法
為簡(jiǎn)化計(jì)算，小型河流可以采用簡(jiǎn)易賦值方法。以參考系統(tǒng)值為基準(zhǔn)，各生態(tài)要素的其他等級(jí)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(jí)的指標(biāo)。不同生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的變化率φi取值應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、水資源開(kāi)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(jí)劃分參考值。舉例，“中”等級(jí)的水文類(lèi)指標(biāo)值變化率φi=60%;“良”等級(jí)地貌類(lèi)指標(biāo)值變化率φi=80%，等等。
4 生態(tài)現(xiàn)狀與參照系統(tǒng)對(duì)比分析
生態(tài)現(xiàn)狀與歷史狀況的對(duì)比分析，是理解河流生態(tài)系統(tǒng)演替趨勢(shì)的重要方法。利用河流生態(tài)狀況分級(jí)系統(tǒng)，把現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)填進(jìn)分級(jí)表，然后與等級(jí)“優(yōu)”的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，就可以掌握該項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)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(biāo)標(biāo)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(biāo)、水質(zhì)、河流地貌形態(tài)3項(xiàng)指標(biāo)均為“差”，水溫指標(biāo)為“良”，其余6項(xiàng)為“中”。分析指出，由于人類(lèi)大規(guī)?；顒?dòng)，導(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(biāo)發(fā)生較大偏離。
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