CN107764963A - 一种引水工程湖泊生态影响监控与评估技术方法 - Google Patents

一种引水工程湖泊生态影响监控与评估技术方法 Download PDF

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Abstract

一种引水工程湖泊生态影响监控与评估技术方法，属于环境与生态水力学技术领域。该方法包括以下步骤：(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；(3)确定监测时间与频次；(4)确定表征水生态影响的监测指标；(5)确定水生态影响指标的赋分标准及综合赋分标准。本发明建立的生态影响监控与评估方法，监测指标易于获取，代表性好，可操作性强，评估标准定量化，一定程度上能够全面、定量反映引水工程的湖泊生态效应。

Description

一种引水工程湖泊生态影响监控与评估技术方法
技术领域
本发明属于环境与生态水力学技术领域，具体涉及一种引水工程湖泊生态影响监控与评估技术方法。
背景技术
近些年来，随着太湖、巢湖以及滇池等大型富营养化湖泊蓝藻水华暴发所引发的饮用水与生态危机日益严重，针对大型富营养化湖泊的引水调控工程受到有关部门的重视，已成为缓解蓝藻水华灾害的重要水利工程措施。而不同于小型湖泊，大型富营养化湖泊的引水调控工程对湖泊生态与环境的改善效果受到多方面因素的影响和制约，短期内难以获得理想的结果，引水调控工程往往需常态化运行。因此，引水工程对大型富营养化湖泊水动力、物理化学环境以及生物的影响需进行长期的动态跟踪研究。
目前国内引水工程生态影响监测主要是通过生物采样、调查以及遥感方法，从点的采样到面的分布进行调查分析，但这些方法系统性、跟踪性不强，且尚缺乏一套完整的评价指标、程序和方法，对其他工程监测评价的借鉴性弱。目前国内流域湖泊水生生境监测还相对薄弱，处于初步发展阶段，而针对引水工程的水生态影响的监测更是几乎空白，难以满足对这些生态恢复工程的生态效益进行有效的监测和评价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种引水工程湖泊水生态影响监控与评估技术方法，为了实现该目的具体技术方案为：
一种引水工程湖泊水生态影响监控与评估技术方法，该方法包括以下步骤：
(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；
(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；
(3)确定监测时间与频次；
(4)确定表征水生态影响的监测指标；
(5)确定水生态影响指标的赋分标准及综合赋分标准。
优选的，所述步骤(1)中，监测的地理范围包括：引水工程输水河流入湖节制枢纽上游水域、湖泊直接承纳引水的受水水域。
优选的，所述步骤(2)中，监测断面或点位的设置方法具体为：在引水工程输水河流入湖节制枢纽上游500m处设置监测断面；在输水河流入湖口至湖泊直接承纳引水的受水水域中心、左右岸边带方向设置至少3条监测轴线，且每条轴线应至少设置5个监测断面。
优选的，所述步骤(3)中，监测时间与频次具体方法为：每次监测时间分非引水期和引水期，所述非引水期包含引水前和引水后；其中引水前的最后1天、引水后的第1天、引水期的第1天和最后1天必须监测，其余监测频次的时间按实际监测需求确定。
优选的，所述步骤(4)中，监测指标具体包括：总悬浮物(TSS)、营养盐指标、有机污染程度指标、硅酸盐(SiO3-Si)浓度、生物指标；其中，所述的营养盐指标包括总磷(TP)与总氮(TN)；所述的有机污染程度指标包括高锰酸盐指数(CODMn)与叶绿素a(Chla)；所述的生物指标包括蓝藻细胞密度(CD)、硅藻细胞密度(BD)、蓝藻-硅藻比例(RCB)和浮游藻类多样性指数(DI)。
优选的，所述步骤(5)中，水生态影响指标的赋分标准具体为：
(1)TSS赋分标准
悬浮物浓度的评估标准以长江下游水体悬浮物浓度200mg/L左右为上限，东太湖水体悬浮物浓度为下限，分5个等级平均赋分，具体赋分标准为：
(2)营养盐指标赋分标准
营养盐分项指标TP、TN评估标准依据《地表水环境质量评价办法(试行)》计算TP、TN分项指标营养状态指数，将计算结果分为优、良、中、差、劣5级，具体赋分标准为：
按照权重等分制，分别赋予TP、TN 0.5的权重，得到营养盐指标赋分标准，具体为：
(3)有机污染程度指标赋分标准具体为：
有机污染程度分项指标CODMn、Chla评估标准依据《地表水环境质量评价办法(试行)》计算CODMn、Chla分项指标营养状态指数，将计算结果分为优、良、中、差、劣5级，具体赋分标准为：
按照权重等分制，分别赋予CODMn、Chla 0.5的权重，得到有机污染程度指标赋分标准，具体为：
(4)SiO3-Si赋分标准
硅酸盐浓度的评估标准以长江下游水体活性硅酸盐浓度为上限，太湖水体活性硅酸盐浓度为下限，分5个等级平均赋分，具体赋分标准为：
(5)CD赋分标准
CD评估标准参考太湖健康综合评估评价指标体系，在8.0×106ind/L～32.0×106ind/L间进行分级赋分，具体赋分标准为：
(6)BD赋分标准
硅藻细胞密度评估标准依照文献《基于浮游植物生物完整性指数的湖泊生态系统评价--以2012年冬季太湖为例》(蔡琨、秦春燕、李继影等，生态学报，2016年第36卷第5期)，采用比值法，将硅藻细胞密度占藻类细胞密度的百分比值除以0.410，进行生物完整性指数换算并标准化，具体赋分标准为：
(7)RCB赋分标准
RCB的评估标准依据不同营养水平湖泊中蓝藻与硅藻的比例确定，具体赋分标准为：
(8)DI赋分标准
浮游藻类生物多样性以Simpson多样性指数进行表征，该指数计算方法如下：
其中，N为群落中所有个体数量，Ni为群落中第i个种属的个体数量。
Simpson多样性指数的评估标准依照文献《基于浮游植物生物完整性指数的湖泊生态系统评价--以2012年冬季太湖为例》(蔡琨、秦春燕、李继影等，生态学报，2016年第36卷第5期)，采用比值法，将Simpson多样性指数值除以0.922，以统一多样性指数量纲，从而形成标准进行分级赋分，具体为：
(9)综合评估赋分标准
对上述指标(1)～(8)赋予相同的权重，得到综合评估赋分标准，具体为：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明可作为国内大型湖泊引水工程生态效应的日常监测与评估的技术方法，指导流域河湖水利工程调度与生态环境管理，具有应用和推广价值；
(2)引水工程湖泊生态效应监控充分考虑引水工程运行特点，针对性地开展涵盖湖泊水动力、水化学以及代表性敏感水生生物的跟踪监测；
(3)本发明综合考虑水环境评估指标与指示生物评估指标建立引水工程湖泊生态效应评估指标体系，能够综合反映引水工程的湖泊生态效应，评估指标选自监测指标，易于获取；
(4)评估指标与评估标准定量化，避免了定性指标带来的评估结果不准确的问题，便于与不同批次监测结果的比较，可以用作引水工程长期跟踪监测的评估方法。
附图说明
图1为“引江济太”工程监测断面或点位分布图
图2为太湖贡湖湾夏季引水与非引水期生态影响评估赋分均值比较
其中R1-R3，W1-W5、E1-E5、G1-G5、C1-C3为监测断面或监测点位编号。
具体实施方式
下面列举实施例对本发明进一步说明，但不因此限制本发明的内容。
实施例1
本实施例结合太湖流域“引江济太”工程进一步阐述一种引水工程湖泊生态影响监控与评估选技术方法。具体过程如下：
(1)界定监测范围
“引江济太”工程，通过望虞河调引长江入太湖，旨在确保太湖的水资源供应量和抑制太湖的蓝藻水华发生，引水工程的输水河流为望虞河，湖泊直接承纳引水的受水水域为贡湖湾。据此，确定本实施例的监测范围为望虞河望亭水利枢纽上游河段、贡湖湾。
(2)设置监测断面或点位
依据《地表水与污水监测技术规范》(HJ-T91-2002)中河流、湖泊监测断面或点位的布设原则，本实施例在望亭水利枢纽上游河段处布设3个监测断面，编号分别为R1、R2和R3，用以监测望虞河来水；在贡湖湾西岸、贡湖湾东岸以及贡湖湾中心轴线等距离分别布设5个监测点位，编号分别为W1-W5、E1-E5和G1-G5；同时，在贡湖湾外围湖心区布设3个监测点位C1-C3，作为贡湖湾的参考点。本实施例监测断面或点位具体如图1所示。
(3)确定监测时间与频次
根据2013-2014年望虞河“引江济太”工程的运行情况，选取夏季作为典型季节，具体为2013年的8月与2014年7月中旬进行现场观测与样品采集，其中2013年8月中旬望虞河有引水入湖活动，2014年7月作为同季节的非引水期对照。
(4)指标监测
1)总悬浮物(TSS)；
2)营养盐指标，包括总磷(TP)与总氮(TN)；
3)有机污染程度指标，包括高锰酸盐指数(CODMn)与叶绿素a(Chla)；
4)硅酸盐(SiO3-Si)浓度；
5)生物指标，包括蓝藻细胞密度(CD)、硅藻细胞密度(BD)、蓝藻-硅藻比例(RCB)和浮游藻类多样性指数(DI)。
(5)生态影响监测指标评估赋分
对2013-2014年引水与非引水期贡湖湾水体理化环境指标与浮游藻类生物指标进行赋分评估，结果表明：相较于2014年7月非引水期(表1和表2)，引水活动(2013年8月)使得太湖贡湖湾生态影响综合得分显著提高(图2，*代表引水与非引水期同区域评估赋分差异显著，单因素方差分析，p<0.05)，湖湾生态影响分级从差级提升为中级，夏季引水工程可显著改善贡湖湾水生态状况。
表1 2013年8月太湖贡湖湾水体监测指标评估赋分
表2 2014年7月太湖贡湖湾水体监测指标评估赋分

Claims (6)

1.一种引水工程湖泊水生态影响监控与评估技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；
(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；
(3)确定监测时间与频次；
(4)确定表征水生态影响的监测指标；
(5)确定水生态影响指标的赋分标准及综合赋分标准。
2.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，监测的地理范围包括：引水工程输水河流入湖节制枢纽上游水域、湖泊直接承纳引水的受水水域。
3.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，监测断面或点位的设置方法具体为：在引水工程输水河流入湖节制枢纽上游500m处设置监测断面；在输水河流入湖口至湖泊直接承纳引水的受水水域中心、左右岸边带方向设置至少3条监测轴线，且每条轴线应至少设置5个监测断面。
4.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，监测时间与频次具体方法为：每次监测时间分非引水期和引水期，所述非引水期包含引水前和引水后；其中引水前的最后1天、引水后的第1天、引水期的第1天和最后1天必须监测，其余监测频次的时间按实际监测需求确定。
5.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，监测指标具体包括：总悬浮物(TSS)、营养盐指标、有机污染程度指标、硅酸盐(SiO3-Si)浓度、生物指标；其中，所述的营养盐指标包括总磷(TP)与总氮(TN)；所述的有机污染程度指标包括高锰酸盐指数(CODMn)与叶绿素a(Chl a)；所述的生物指标包括蓝藻细胞密度(CD)、硅藻细胞密度(BD)、蓝藻-硅藻比例(RCB)和浮游藻类多样性指数(DI)。
6.如权利要求书5所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，水生态影响指标的赋分标准具体为：
(1)所述的TSS浓度的评估标准以长江下游水体悬浮物浓度200mg/L左右为上限，东太湖水体悬浮物浓度为下限，分5个等级平均赋分，TSS具体赋分标准为：
(2)所述的营养盐分项指标TP、TN评估标准依据《地表水环境质量评价办法(试行)》计算TP、TN分项指标营养状态指数，将计算结果分5级赋分，具体赋分标准为：
按照权重等分制，分别赋予TP、TN 0.5的权重，最终得到营养盐指标赋分标准，具体为：
(3)所述的有机污染程度分项指标CODMn、Chl a评估标准依据《地表水环境质量评价办法(试行)》计算CODMn、Chl a分项指标营养状态指数，将计算结果分为5级赋分，具体赋分标准为：
按照权重等分制，分别赋予CODMn、Chl a 0.5的权重，最终得到有机污染程度指标赋分标准，具体赋分为：
(4)所述的硅酸盐浓度的评估标准以长江下游水体活性硅酸盐浓度为上限，太湖水体活性硅酸盐浓度为下限，分5个等级平均赋分，SiO3-Si具体赋分标准：
(5)所述CD评估标准参考太湖健康综合评估评价指标体系，在8.0×106ind/L～32.0×106ind/L间进行分级赋分，CD赋分标准具体为：
(6)所述硅藻细胞密度评估标准参照文献《基于浮游植物生物完整性指数的湖泊生态系统评价--以2012年冬季太湖为例》(蔡琨、秦春燕、李继影等，生态学报，2016年第36卷第5期)，采用比值法，将硅藻细胞密度占藻类细胞密度的百分比值除以0.410，进行生物完整性指数换算并标准化，BD赋分标准具体为：
(7)所述RCB的评估标准依据不同营养水平湖泊中蓝藻与硅藻的比例确定，RCB赋分标准具体为：
(8)所述的浮游藻类生物多样性以Simpson多样性指数进行表征，该指数计算方法如下：
<mrow> <mi>D</mi> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;Sigma;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow>
N为群落中所有个体数量，Ni为群落中第i个种属的个体数量。Simpson多样性指数的评估标准依照文献《基于浮游植物生物完整性指数的湖泊生态系统评价--以2012年冬季太湖为例》,采用比值法，将Simpson多样性指数值除以0.922，以统一多样性指数量纲，从而形成标准进行分级赋分，DI赋分标准具体为：
(9)上述指标(1)～(8)赋予相同的权重，得到综合评估赋分标准，具体为：
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