CN110954490A - 一种评价河道生态恢复状况的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评价河道生态恢复状况的方法，该方法依据工程的生态恢复情况设定水体富营养化状态、水体黑臭程度、生物多样性指标、水动力指标、河道生境状况指标五个评价指标，并通过采用现有的基础分析法作为初选指标，理论分析法作为筛选指标，最终确定了共计18个具体评价项目，并采用综合效益评价法，针对影响河道生态恢复水平的多种对象、不同因子、多级结构和多种指标进行评价分析，构建了较为全面、科学的河道生态恢复水平评价指标体系，为城市河道生态修复方法规划设计和城市河道生态修复效果评价，以及城市河道生态修复技术提供理论依据和技术支持，可以更准确的反映河道黑臭程度与富营养化状态，对河道的综合评价也更具合理性。
Description
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，特别涉及一种评价河道生态恢复状况的方法。
背景技术
城市河流作为一种重要的资源和环境载体，与城市的生存和发展息息相关，是影响城市风貌和城市环境的重要因素。目前，随着我国经济建设的快速发展及城镇化加速推进，不少城市已经面临着水资源短缺、水资源时空分布不均及河流水质恶化、河流水生态环境严重破坏的压力，河流健康受到严重损害，对受损河流进行水生态环境修复已是十分必要和紧迫的。在河道修复后河道生态环境恢复水平如何，河道修复是否达到预期目标等问题也是目前河道修复工程中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决目前现有河道生态修复工程普遍存在的修复效果难以科学、准确判定等问题的评价河道生态恢复状况的方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种评价河道生态恢复状况的方法，步骤在于：
1、一种评价河道生态恢复状况的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、根据河道实际情况依次确定取样断面位置、取样垂线位置和采样点位置，然后对位于同一采样断面上不同采样垂线上的各个采样点所采集的水样进行混合，得到不同采样断面的多个待检测水样；
S2、将每个待检测水样分为多份，并依次进行河道水体黑臭程度指标测定、河道水体富营养化状态指标测定、生物多样性指标测定、水动力指标测定和河道生境状况指标测定；
在上述测定中，臭和味等级强度测定和氨氮浓度测定可选择将水样带回后实验室后测定，而溶解氧浓度测定和氧化还原电位测定优选为现场原位测定，上述各测定方法均为公知的测定方法，具体地，氨氮浓度、溶解氧浓度和氧化还原电位的测定过程可以参见中国环境科学出版社《水和废水监测分析方法(第四版) (增补版)》；臭和味强度等级分类参见GB/T5750.4-2006中记载的分类方法，如下表1所示。
表1：
| 等级 | 强度 | 说明 |
| 0 | 无 | 无任何臭和味 |
| 1 | 微弱 | 一般人甚难察觉,但嗅味敏感者可以发觉 |
| 2 | 弱 | 一般人刚能察觉 |
| 3 | 明显 | 一般人能察觉 |
| 4 | 强 | 已有很显著的臭味 |
| 5 | 很强 | 有强烈的恶臭或异味 |
在上述功效系数的计算公式中，Xi h为评价指标中的满意值，即对应具体评价指标的允许范围内的上限数值，Xi a为评价指标中的不允许值，即对应具体评价指标的允许范围内的下限数值；在本申请中，采用功效系数法对表征河道水体黑臭程度的臭和味(0～5级)、氨氮(mg/L)、溶解氧浓度(mg/L)、氧化还原电位(mV)等四个指标的检测数据进行标准化处理，更能够客观的反映河道水体的四种具体指标的情况；其中，溶解氧浓度、氧化还原电位两个指标采用极大型变量计算其功效系数值；水体臭和味、氨氮浓度两个指标采用极小型变量计算其功效系数值，最终得到水样臭和味、溶解氧浓度、氧化还原电位、氨氮这四个评价指标的检测结果标准化数据F，其数值在0～100之间。
S202、河道水体富营养化状态指标测定包括对水体透明度状态评价结果TLI’(SD)、水体总氮状态评价结果TLI’(TN)、水体总磷状态评价结果TLI’(TP)、水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)和水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)的测定；
水体透明度状态评价结果TLI’(SD)根据公式：TLI’(SD)＝100-TLI(SD) 计算得到；其中，TLI(SD)＝10(5.118-1.94lnSD)，SD为水体透明度，m，其通过对水样采用黑白盘法或铅字法测得；
水体总氮状态评价结果TLI’(TN)根据公式：TLI’(TN)＝100-TLI(TN) 计算得到；其中，TLI(TN)＝10(5.453+1.694lnTN)，TN为总氮的浓度，mg/L，其通过对水样采用紫外分光光度法测得；
水体总磷状态评价结果TLI’(TP)根据公式：TLI’(TP)＝100-TLI(TP) 计算得到；其中，TLI(TP)＝10(9.436+1.624lnTP)，TP为的总磷的浓度，mg/L，其通过对水样采用钼酸铵分光光度法测得；
水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)根据公式：TLI’(COD)＝100-TLI (COD)计算得到；其中，TLI(COD)＝10(0.109+2.661lnCOD)，TLI(COD) 为化学需氧量，mg/L，其通过对水样采用快速消解分光光度法测得；
水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)根据公式：TLI’(chla)＝100-TLI(chla)计算得到；其中，TLI(chla)＝10(2.5+1.086lnchla)，TLI(chla)为叶绿素a的浓度，mg/m3，其通过对水样采用荧光光度法测得；
根据计算，水体透明度状态评价结果TLI’(SD)、水体总氮状态评价结果TLI’(TN)、水体总磷状态评价结果TLI’(TP)、水体化学需氧量状态评价结果TLI’ (COD)和水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)均为数值在0～100之间的数；另外，在上述测定中，除水体透明度优选现场原位测定外，水体总氮浓度、水体总磷浓度、水体化学需氧量和水体叶绿素a浓度均可将水样带回实验室内进行测定。上述各测定方法均为公知的测定方法，具体可参见中国环境科学出版社《水和废水监测分析方法(第四版)(增补版)》；
S203、生物多样性指标测定包括对浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数和底栖动物多样性指的进行评价得到评价值；
浮游植物多样性指数评价方法为：
首先，采用常规方法对浮游植物样品进行采集并计数，具体方法为：用1L 的塑料瓶，直接在采样点装满水，加10～15mL的鲁哥试剂，摇匀；然后将水样倒入1000mL瓶子中沉淀24h，用虹吸管小心抽出上面不含藻类的清液，剩下 30～50mL沉淀物转入50ml定量瓶中，再将上述虹吸来的清液少许冲洗三次沉淀器，冲洗液转入定量瓶中；将浓缩沉淀后水样摇匀，立即用0.1mL吸量管吸出 0.1mL样品，注入0.1mL计数框内，在×10倍或×40倍显微镜下计数，计数两片取其平均值；进而，1L水中浮游植物的数量根据公式：
计算得到；式中，Cs为计数框面积，一般采用计数框面积为400mm2的计数框；Fs 为每个视野面积，mm2(单位)；V为1L水样经过沉淀浓缩后的体积，mL(单位)；U为计数框体积，0.1mL；Pn为计数出的浮游植物个数，个；Fn为计数过的视野数，个(单位)；
然后，根据公式：
计算得到浮游植物多样性指数 H1’(S)；式中，S为水样中浮游植物的种类个数，N为水样中浮游植物的个体总数；ni为第i个种类的浮游植物的个体数量；
接着，依据浮游植物多样性指数H1’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当 0＜H1’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当0.5＜H1’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H1’(S)≤2时，多样性指数评价值为50；当2＜H1’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当H1’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
浮游动物多样性指数评价方法为：
首先，采用常规方法对浮游动物样品进行采集并计数，具体方法为：使用5L 的有机玻璃采水器，每条取样垂线取一个水样，将同一采样断面的不同采样垂线水样混合，取出1L混合水样放入标本瓶，加入4％的福尔马林固定带回实验室。把1L混合水样样品从标本瓶移到沉淀器中沉淀24h后浓缩并定容到50mL，然后吸取1mL浓缩液注入1mL计数框中，在10×20的放大倍数下计数原生动物和轮虫数量各两次，若两次计数结果与其均数之差距不大于其均数的10％，这两个相近的均数就是计数结果；反之要计数第三片，把三片的均数作为计数结果；按照公式：
计算出单位体积中各类浮游动物的个体数量；式中，N为 1L水中各类浮游动物计数，个；V为水样沉淀浓缩后的体积，mL；C为计算框的容积，mL；W为采水样体积，L；P为镜视各类浮游动物的平均个数，个；
然后，根据公式：
计算得到浮游动物多样性指数 H2’(S)；式中，S为水样中浮游动物的种类个数，N为水样中浮游动物的个体总数；ni为第i个种类的浮游动物的个体数量；依据浮游动物多样性指数H2’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当0＜H2’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当 0.5＜H2’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H2’(S)≤2时，多样性指数评价值为50；当2＜H2’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当H2’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
底栖动物多样性指数评价方法为：
首先，采集采用挖斗式采泥器(QNC7-1)采集底栖动物样品，取样面积0.05 m2,每个站位重复取样四次，并采用孔径为0.5mm的套筛筛选，四次取样获得的样品合并作为底栖动物样品(0.2m2样品)；将所获得的底栖动物样品用75％的酒精固定后带回实验室，随后进行种类鉴定、个体计数、并使用精确度为0.001g 天平称重；
然后，根据公式：AMBI＝[(0％EG I)+(1.5％EG II)+(3％EG III)+(4.5％EG IV)+(6％EG V)]/100计算得到底栖动物多样性指数AMBI；式中，EG I为底栖生物敏感种生态等级丰度所占的百分比、EG II为惰性种生态等级丰度所占的百分比、EG III为耐受种生态等级丰度所占的百分比、EG IV为第二级机会种生态等级丰度所占的百分比和EG V为第一级机会种生态等级丰度所占的百分比；依据底栖动物多样性指数AMBI计算结果得到多样性指数评价值：当0＜AMBI≤1.2 时，多样性指数评价值为0；当1.2＜AMBI≤3.3时，多样性指数评价值为25；当 3.3＜AMBI≤4.3时，多样性指数评价值为50；当4.3＜AMBI≤5.5时，多样性指数评价值为75；当AMBI＞5.5时，多样性指数评价值为100；
在该步骤S203中，底栖动物生物多样性指数采用AMBI(AZTI’s marine bioticindex)，通过划分底栖生物的生态等级判定环境受扰动情况，所有大型底栖动物被分成五个生态群落，以不同生态群落的丰度比例为基础，得出的数值便于数理统计分析；
S204、水动力指标测定和河道生境状况指标测定包括流速状况评价和水量状况评价；其中，
流速状况评价方法为：采用常规的直接估算法对上、下游的流速以及横截断面流速的进行估算并做出评价：当上、下游流速不同，横截断面流速不均时，流速状况评价结果为100；当上、下游流速变化率低于20％，且横截断面流速相同时，流速状况评价结果为50；当水体处于静止状态时，流速状况评价结果为0；
水量状况评价方法为：当水量基本覆盖整个河床时，水量状况评价结果为 100；当水量覆盖河床率达到75％，河流地质裸露小于25％时，水量状况评价结果为67；当水量覆盖河床率小于25％，浅滩部分大部分裸露时，水量状况评价结果为33；当水量很少，河流地质几乎全部裸露时，水量状况评价结果为0；该水量状况选用美国EPA生境调查方法中的水量评价方法(barour，1999)；
S205、河道生境状况指标测定方法包括对河道的河岸稳定性、河岸植被带宽度、河道渠化程度和河道弯曲程度的评价；其中，
河岸稳定性的评价方法为：当河岸无明显侵蚀时，河岸稳定性评价结果为 100；当河岸侵蚀程度＜20％，河岸稳定性评价结果为75；当河岸侵蚀程度为 20％～50％，河岸稳定性评价结果为50；当河岸侵蚀程度为50％～80％，河岸稳定性评价结果为25；当河岸侵蚀程度为80％～100％，河岸稳定性评价结果为0；
河岸植被带宽度的评价方法为：当河岸植被带的宽度＞河宽1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为100；当河岸植被带的宽度为河宽的0.5倍～1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为75；当河岸植被带的宽度为河宽的0.25倍～0.5倍时，河岸植被带宽度的评价结果为50；当河岸植被带的宽度为河宽的0.1倍～0.25倍时，河岸植被带宽度的评价结果为25；当河岸植被带的宽度＜河宽的0.1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为0；
河道渠化程度的评价方法为：当河道无渠化现象，且整个河流保持原始自然状态时，河道渠化程度的评价结果为100；当河道存在少量拓宽，挖深现象，但无明显渠化时，河道渠化程度的评价结果为75；当河道存在部分渠化，两岸筑有堤坝，河床未被渠化时，河道渠化程度的评价结果为50；当河道渠化严重，两岸筑有堤坝，河床部分渠化时，河道渠化程度的评价结果为25；当河道渠化严重，河流两岸、河床全部被渠化时，河道渠化程度的评价结果为0；
河道弯曲程度的评价方法为：当河道保持原始自然状态，无截弯取直现象，河道弯曲程度的评价结果为100；当河道部分截弯取直，且比例在25％以下，河道弯曲程度的评价结果为75；当河道部分截弯取直，且比例在25％～50％，河道弯曲程度的评价结果为50；当河道部分截弯取直，且比例在50％～75％，河道弯曲程度的评价结果为25；当河道形状完全改变，截弯取直比例在75％以上，河道笔直，河道弯曲程度的评价结果为0；
S3、根据步骤S2得到的评价结果，对河道生态恢复水平指标进行计算：
S301、根据公式：
依次计算每个水样的水体黑臭程度指标评价结果B1、水体富营养化状态指标评价结果B2、生物多样性指标评价结果B3、水动力指标评价结果B4和河道生境状况指标评价结果B5；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；nj为各指标内的具体评价项的项数；Ci为各指标内的各评价项的评价结果；Cw为各指标内的各评价项的权重；其中，当j＝1时，n1＝4， CF1＝CF2＝CF3＝CF4＝0.250；当j＝2时，n2＝5，CTN＝0.180，CTP＝0.190，CCOD＝0.180，Cchla＝0.270，CSD＝0.180；当j＝3时，n3＝3，CH1＝CH2＝0.250，CAMBI＝0.500；当j＝4 时，n4＝2，C流速＝0.350，C水量＝0.650；当j＝5时，n5＝4，C稳定性＝0.120，C植被宽度＝0.380， C渠化程度＝C弯曲程度＝0.250；
S302、根据公式：
计算每个取样断面的河道生态恢复水平指标 An；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；Bw为各指标的权重，其中，B1＝0.320， B2＝0.190，B3＝0.250，B4＝0.120，B5＝0.120；
S303、根据公式：
计算河道整体生态恢复水平评价指标A；式中，L为待评价河道总长度；n为取样断面总数量；Ln为各取样断面代表的河道长度；An为各取样断面河道生态恢复水平评价指标；
S304、根据步骤S303的评价指标确定河道生态恢复水平：当河道整体生态恢复水平评价指标A＞80，河道生态恢复水平较好，河道清洁，生态系统状态较好，结构完整；当60＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤80，河道生态恢复水平好，河道轻度污染，生态系统状况好，结构较完整；当40＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤60，河道生态恢复水平一般，河道中度污染，生态系统状况一般，结构受到一定程度破坏；当20＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤40，河道生态恢复水平稍差，河道重度污染，生态系统状态稍差，系统结构受到严重破坏；当河道整体生态恢复水平评价指标A≤20，河道生态恢复水平差，河道污染极其严重，生态系统状态差，系统结构被完全破坏。
进一步地，在步骤S1中，采样点的具体确定方法为：
S101、根据河道长度确定取样断面：
1)当河道长度＜1km时，仅在河道两端各设置一个取样断面；
2)当1km≤河道长度＜3km时，则在河道上游、中游和下游各设置一个取样断面；
3)当河道长度≥3km时，在河道两端各设置一个取样断面，同时在河道的中游位置处、重点保护对象处、支流汇入处、排污口处、重点水工构筑物处均设置有一个取样断面；
S102、根据步骤S101设置取样断面处的河道宽度确定在相应取样断面上设置取样垂线的位置：
1)当取样断面处的河道宽度≤50m时，在该取样断面上设置两条取样垂线，两条取样垂线分别位于距离两岸岸侧的1/3宽度处；
2)当取样断面处的河道宽度＞50m时，在该取样断面上设置三条取样垂线，其中一条取样垂线位于河心主流处，另外两条取样垂线分别位于距离两岸岸侧的间距≥0.5m处；
S103、根据步骤S102确定的取样垂线处的水深确定在取样垂线上设置取样点的位置：
1)当取样垂线处的水深＞5m时，在距离水面0.5m处以及距离河底0.5m处各设一个取样点；
2)当1m＜取样垂线处的水深≤5m时，在距离水面0.5m处设置一个采样点；
3)当取样垂线处的水深≤1m时，在距离水面≥0.3m处及距离河底≥0.3m处各设置一个采样点；
S104、根据步骤S103确定的采样点进行水质采样后，将采集自相同取样上不同取样垂线上的各个采样点的水样进行混合，得到多个分别代表各取样断面的混合水样。
与现有技术相比，该评价河道生态恢复状况的方法依据工程的生态恢复情况设定水体富营养化状态、水体黑臭程度、生物多样性指标、水动力指标、河道生境状况指标五个评价指标，并通过采用现有的基础分析法作为初选指标，理论分析法作为筛选指标，最终确定了位于五个评价指标下一级的共计18个具体评价项目，并采用综合效益评价法，针对影响河道生态恢复水平的多种对象、不同因子、多级结构和多种指标进行评价分析，构建了较为全面、科学的河道生态恢复水平评价指标体系，为我国城市河道生态修复方法规划设计和城市河道生态修复效果评价，以及城市河道生态修复技术提供理论依据和技术支持，可以更准确的反映河道黑臭程度与富营养化状态，对河道的综合评价也更具合理性，在河道生态恢复水平评价方面具有更广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本实施例具体是对天津市D河支渠的修复效果进行评估；其中，D河是天津市重要河流，D河支渠总长4.9km，治理前污染比较严重河水呈深褐色，并带有明显臭味，经过对该河进行了近两年的清淤、生态护坡等治理工程，实现了对该 D河支渠的修复。进而，依据本申请的评价河道生态恢复状况的方法对D河支渠的修复效果进行评价。
针对该D河支渠的生态修复效果的具体评估方法，具体步骤如下：
| 取样断面 | 位置 |
| S1 | D河支渠上游 |
| S2 | D河支渠中游a点 |
| S3 | D河支渠中游b点 |
| S4 | D河支渠下游 |
S1、根据D河支渠的实际状况，确定采用点的位置：
由于D河支渠的河道长度为4.9km，且河道内包括一个排污口，因此，在D 河支渠的河道两端分别设置第一取样断面S1和第二取样断面S4外，还在河道的中游位置处和排污口位置处分别设置第三取样断面S2和第四取样断面S3；
由于第一取样断面S1、第二取样断面S2第三取样断面S3和第四取样断面 S4处的河道宽度分别为17m、23m、22m和25m，因此，在S1、S2、S3、S4等四个采样断面分别设置两条取样垂线。
由于各个取样垂线处的水深为均>5m，因此，每条取样垂线在距离水面0.5m 处以及距离河底0.5m处各设置一个取样点。
基于上述采样的位置，将采集自相同取样上不同取样垂线上的各个采样点的水样进行混合，最终得到取自第一取样断面S1混合水样一个，取自第二取样断面S2的混合水样一个，取自第三取样断面S3混合水样一个，以及取自第四取样断面S4的混合水样一个；
S2、将每个待检测水样分为多份，并依次进行河道水体黑臭程度指标测定、河道水体富营养化状态指标测定、生物多样性指标测定、水动力指标测定和河道生境状况指标测定；具体地，
S201、河道水体黑臭程度指标测定包括对水样的臭和味评价结果、氨氮浓度评价结果、溶解氧浓度评价结果和氧化还原电位评价结果的测定；其中，臭和味评价结果和氨氮浓度评价结果分别采用臭和味功效系数F1和氨氮浓度功效系数 F2表示；溶解氧浓度评价结果和氧化还原电位评价结果分别采用溶解氧浓度功效系数F3和氧化还原电位功效系数F4表示；具体地，
臭和味功效系数F1和氨氮浓度功效系数F2根据下式计算得到：
其中，在臭和味功效系数F1的计算中，i＝1，Xi h＝0，Xi a＝5，Xi为采用 GB/T5750.4-2006中的臭和味强度等级分类法对水样进行评价所得到臭和味强度等级；在氨氮浓度功效系数F2的计算中，i＝2，Xi h＝0.5mg/L，Xi a＝15mg/L， Xi为采用0.45um滤膜对水样进行过滤后，再采用纳氏试剂光度法或水杨酸-次氯酸盐光度法测定得到的氨氮浓度，mg/L；
溶解氧浓度功效系数F3和氧化还原电位功效系数F4根据下式计算得到：
其中，在溶解氧浓度功效系数F3的计算中，i＝3，Xi h＝3.0mg/L，Xi a＝0.2 mg/L，Xi为采用电化学法对水样进行测定得到的溶解氧浓度，mg/L；在氧化还原电位功效系数F4的计算中，i＝4，Xi h＝100mV，Xi a＝-200mV，Xi为采用电极法对水样进行测定得到的氧化还原电位，mV；
经测定，每个取样断面上的水样的臭和味功效系数F1、氨氮浓度功效系数 F2、溶解氧浓度功效系数F3和氧化还原电位功效系数F4的测定结果如表2所示。
表2：
S202、河道水体富营养化状态指标测定包括对水体透明度状态评价结果TLI’(SD)、水体总氮状态评价结果TLI’(TN)、水体总磷状态评价结果TLI’(TP)、水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)和水体叶绿素a状态评价结果数TLI’ (chla)的测定；
水体透明度状态评价结果TLI’(SD)根据公式：TLI’(SD)＝100-TLI(SD) 计算得到；其中，TLI(SD)＝10(5.118-1.94lnSD)，SD为水体透明度，m，其通过对水样采用黑白盘法或铅字法测得；
水体总氮状态评价结果TLI’(TN)根据公式：TLI’(TN)＝100-TLI(TN) 计算得到；其中，TLI(TN)＝10(5.453+1.694lnTN)，TN为总氮的浓度，mg/L，其通过对水样采用紫外分光光度法测得；
水体总磷状态评价结果TLI’(TP)根据公式：TLI’(TP)＝100-TLI(TP) 计算得到；其中，TLI(TP)＝10(9.436+1.624lnTP)，TP为的总磷的浓度，mg/L，其通过对水样采用钼酸铵分光光度法测得；
水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)根据公式：TLI’(COD)＝100-TLI (COD)计算得到；其中，TLI(COD)＝10(0.109+2.661lnCOD)，TLI(COD) 为化学需氧量，mg/L，其通过对水样采用快速消解分光光度法测得；
水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)根据公式：TLI’(chla)＝100-TLI(chla)计算得到；其中，TLI(chla)＝10(2.5+1.086lnchla)，TLI(chla)为叶绿素a的浓度，mg/m3，其通过对水样采用荧光光度法测得；
经测定，每个取样断面上的水体透明度状态评价结果TLI’(SD)、水体总氮状态评价结果TLI’(TN)、水体总磷状态评价结果TLI’(TP)、水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)和水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)的测定结果如表3所示。
表3：
S203、生物多样性指标测定包括对浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数和底栖动物多样性指的进行评价得到评价值；
浮游植物多样性指数评价方法为：根据公式：
计算得到浮游植物多样性指数H1’(S)；式中，S为水样中浮游植物的种类个数，N为水样中浮游植物的个体总数；ni为第i个种类的浮游植物的个体数量；依据浮游植物多样性指数H1’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当0＜H1’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当0.5＜H1’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H1’(S)≤2 时，多样性指数评价值为50；当2＜H1’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当 H1’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
经测定，每个取样断面上的水体浮游植物多样性指数评价值如表4所示。
表4：
浮游动物多样性指数评价方法为：根据公式：
计算得到浮游动物多样性指数H2’(S)；式中，S为水样中浮游动物的种类个数，N为水样中浮游动物的个体总数；ni为第i个种类的浮游动物的个体数量；依据浮游动物多样性指数H2’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当0＜H2’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当0.5＜H2’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H2’(S)≤2 时，多样性指数评价值为50；当2＜H2’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当 H2’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
经测定，每个取样断面上的水体浮游动物多样性指数评价值如表5所示。
表5：
底栖动物多样性指数评价方法为：根据公式：AMBI＝[(0％EG I)+(1.5％EG II)+(3％EG III)+(4.5％EG IV)+(6％EG V)]/100计算得到底栖动物多样性指数 AMBI；式中，EG I为底栖生物敏感种生态等级丰度所占的百分比、EG II为惰性种生态等级丰度所占的百分比、EG III为耐受种生态等级丰度所占的百分比、EG IV为第二级机会种生态等级丰度所占的百分比和EG V为第一级机会种生态等级丰度所占的百分比；依据底栖动物多样性指数AMBI计算结果得到多样性指数评价值：当0＜AMBI≤1.2时，多样性指数评价值为0；当1.2＜AMBI≤3.3时，多样性指数评价值为25；当3.3＜AMBI≤4.3时，多样性指数评价值为50；当4.3 ＜AMBI≤5.5时，多样性指数评价值为75；当AMBI＞5.5时，多样性指数评价值为100；
经测定，每个取样断面上的水体底栖动物多样性指数评价值如表6所示。
表6：
S204、水动力指标测定和河道生境状况指标测定包括流速状况评价和水量状况评价；其中，
流速状况评价方法为：采用常规的直接估算法对上、下游的流速以及横截断面流速的进行估算并做出评价：当上、下游流速不同，横截断面流速不均时，流速状况评价结果为100；当上、下游流速变化率低于20％，且横截断面流速相同时，流速状况评价结果为50；当水体处于静止状态时，流速状况评价结果为0；
水量状况评价方法为：当水量基本覆盖整个河床时，水量状况评价结果为 100；当水量覆盖河床率达到75％，河流地质裸露小于25％时，水量状况评价结果为67；当水量覆盖河床率小于25％，浅滩部分大部分裸露时，水量状况评价结果为33；当水量很少，河流地质几乎全部裸露时，水量状况评价结果为0；
经测定，每个取样断面上的水体流速和水量状况的评价结果如表7所示。
表7：
S205、河道生境状况指标测定方法包括对河道的河岸稳定性、河岸植被带宽度、河道渠化程度和河道弯曲程度的评价；其中，
河岸稳定性的评价方法为：当河岸无明显侵蚀时，河岸稳定性评价结果为 100；当河岸侵蚀程度＜20％，河岸稳定性评价结果为75；当河岸侵蚀程度为 20％～50％，河岸稳定性评价结果为50；当河岸侵蚀程度为50％～80％，河岸稳定性评价结果为25；当河岸侵蚀程度为80％～100％，河岸稳定性评价结果为0；
河岸植被带宽度的评价方法为：当河岸植被带的宽度＞河宽1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为100；当河岸植被带的宽度为河宽的0.5倍～1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为75；当河岸植被带的宽度为河宽的0.25倍～0.5倍时，河岸植被带宽度的评价结果为50；当河岸植被带的宽度为河宽的0.1倍～0.25倍时，河岸植被带宽度的评价结果为25；当河岸植被带的宽度＜河宽的0.1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为0；
河道渠化程度的评价方法为：当河道无渠化现象，且整个河流保持原始自然状态时，河道渠化程度的评价结果为100；当河道存在少量拓宽，挖深现象，但无明显渠化时，河道渠化程度的评价结果为75；当河道存在部分渠化，两岸筑有堤坝，河床未被渠化时，河道渠化程度的评价结果为50；当河道渠化严重，两岸筑有堤坝，河床部分渠化时，河道渠化程度的评价结果为25；当河道渠化严重，河流两岸、河床全部被渠化时，河道渠化程度的评价结果为0；
河道弯曲程度的评价方法为：当河道保持原始自然状态，无截弯取直现象，河道弯曲程度的评价结果为100；当河道部分截弯取直，且比例在25％以下，河道弯曲程度的评价结果为75；当河道部分截弯取直，且比例在25％～50％，河道弯曲程度的评价结果为50；当河道部分截弯取直，且比例在50％～75％，河道弯曲程度的评价结果为25；当河道形状完全改变，截弯取直比例在75％以上，河道笔直，河道弯曲程度的评价结果为0；
经观测，每个取样断面处的河道生境状况对应各指标的评价结果如表8所示。
表8：
S3、根据步骤S2得到的评价结果，对河道生态恢复水平指标进行计算：
S301、根据公式：
依次计算每个水样的水体黑臭程度指标评价结果B1、水体富营养化状态指标评价结果B2、生物多样性指标评价结果B3、水动力指标评价结果B4和河道生境状况指标评价结果B5；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；nj为各指标内的具体评价项的项数；Ci为各指标内的各评价项的评价结果；Cw为各指标内的各评价项的权重；其中，当j＝1时，n1＝4， CF1＝CF2＝CF3＝CF4＝0.250；当j＝2时，n2＝5，CTN＝0.180，CTP＝0.190，CCOD＝0.180， Cchla＝0.270，CSD＝0.180；当j＝3时，n3＝3，CH1＝CH2＝0.250，CAMBI＝0.500；当j＝4 时，n4＝2，C流速＝0.350，C水量＝0.650；当j＝5时，n5＝4，C稳定性＝0.120，C植被宽度＝0.380， C渠化程度＝C弯曲程度＝0.250；
根据计算，B1～B5的计算结果如下表9所示。
表9：
S302、根据公式：
计算每个取样断面的河道生态恢复水平指标 An；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；Bw为各指标的权重，其中，Bw1＝0.320，Bw2＝0.190，Bw3＝0.250，Bw4＝0.120，Bw5＝0.120；
根据计算，每个取样断面的河道生态恢复水平指标An如下表10所示。
表10：
S303、根据公式：
计算河道整体生态恢复水平评价指标A；式中，L为待评价河道总长度；n为取样断面总数量；Ln为各取样断面代表的河道长度；An为各取样断面河道生态恢复水平评价指标；
其中，L为4900m，L1为1385m，L2为1260m，L3为1190m，L4为1065m；因此，根据计算，河道整体生态恢复水平评价指标A＝63.40。
基于上述计算结果对照河道生态恢复水平评价指标分级表(表11)确定河道生态系统的恢复状况。
表11：
因此，该天津市D河支渠的河道生态恢复水平为2级，即河道生态恢复水平好，河道轻度污染，生态系统状况好，结构较完整。
Claims (2)
1.一种评价河道生态恢复状况的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、根据河道实际情况依次确定取样断面位置、取样垂线位置和采样点位置，然后对位于同一取样垂线上的采样点上采集的水样进行混合，得到位于不同取样垂线上的多个待检测水样；
S2、将每个待检测水样分为多份，并依次进行河道水体黑臭程度指标测定、河道水体富营养化状态指标测定、生物多样性指标测定、水动力指标测定和河道生境状况指标测定；
S201、河道水体黑臭程度指标测定包括对水样的臭和味评价结果、氨氮浓度评价结果、溶解氧浓度评价结果和氧化还原电位评价结果的测定；
其中，臭和味评价结果和氨氮浓度评价结果分别采用臭和味功效系数F1和氨氮浓度功效系数F2表示，溶解氧浓度评价结果和氧化还原电位评价结果分别采用溶解氧浓度功效系数F3和氧化还原电位功效系数F4表示；具体地，
臭和味功效系数F1和氨氮浓度功效系数F2根据下式计算得到：
其中，在臭和味功效系数F1的计算中，i＝1，Xi h＝0，Xi a＝5，Xi为采用GB/T5750.4-2006中的臭和味强度等级分类法对水样进行评价所得到臭和味强度等级；在氨氮浓度功效系数F2的计算中，i＝2，Xi h＝0.5mg/L，Xi a＝15mg/L，Xi为采用0.45um滤膜对水样进行过滤后，再采用纳氏试剂光度法或水杨酸-次氯酸盐光度法测定得到的氨氮浓度，mg/L；
溶解氧浓度功效系数F3和氧化还原电位功效系数F4根据下式计算得到：
其中，在溶解氧浓度功效系数F3的计算中，i＝3，Xi h＝3.0mg/L，Xi a＝0.2mg/L，Xi为采用电化学法对水样进行测定得到的溶解氧浓度，mg/L；在氧化还原电位功效系数F4的计算中，i＝4，Xi h＝100mV，Xi a＝-200mV，Xi为采用电极法对水样进行测定得到的氧化还原电位，mV；
S202、河道水体富营养化状态指标测定包括对水体透明度状态评价结果TLI’(SD)、水体总氮状态评价结果TLI’(TN)、水体总磷状态评价结果TLI’(TP)、水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)和水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)的测定；
水体透明度状态评价结果TLI’(SD)根据公式：TLI’(SD)＝100-TLI(SD)计算得到；其中，TLI(SD)＝10(5.118-1.94lnSD)，SD为水体透明度，m，其通过对水样采用黑白盘法或铅字法测得；
水体总氮状态评价结果TLI’(TN)根据公式：TLI’(TN)＝100-TLI(TN)计算得到；其中，TLI(TN)＝10(5.453+1.694lnTN)，TN为总氮的浓度，mg/L，其通过对水样采用紫外分光光度法测得；
水体总磷状态评价结果TLI’(TP)根据公式：TLI’(TP)＝100-TLI(TP)计算得到；其中，TLI(TP)＝10(9.436+1.624lnTP)，TP为的总磷的浓度，mg/L，其通过对水样采用钼酸铵分光光度法测得；
水体化学需氧量状态评价结果TLI’(COD)根据公式：TLI’(COD)＝100-TLI(COD)计算得到；其中，TLI(COD)＝10(0.109+2.661lnCOD)，TLI(COD)为化学需氧量，mg/L，其通过对水样采用快速消解分光光度法测得；
水体叶绿素a状态评价结果数TLI’(chla)根据公式：TLI’(chla)＝100-TLI(chla)计算得到；其中，TLI(chla)＝10(2.5+1.086lnchla)，TLI(chla)为叶绿素a的浓度，mg/m3，其通过对水样采用荧光光度法测得；
S203、生物多样性指标测定包括对浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数和底栖动物多样性指的进行评价得到评价值；
浮游植物多样性指数评价方法为：根据公式：
计算得到浮游植物多样性指数H1’(S)；式中，S为水样中浮游植物的种类个数，N为水样中浮游植物的个体总数；ni为第i个种类的浮游植物的个体数量；依据浮游植物多样性指数H1’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当0＜H1’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当0.5＜H1’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H1’(S)≤2时，多样性指数评价值为50；当2＜H1’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当H1’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
浮游动物多样性指数评价方法为：根据公式：
计算得到浮游动物多样性指数H2’(S)；式中，S为水样中浮游动物的种类个数，N为水样中浮游动物的个体总数；ni为第i个种类的浮游动物的个体数量；依据浮游动物多样性指数H2’(S)计算结果得到多样性指数评价值：当0＜H2’(S)≤0.5时，多样性指数评价值为0；当0.5＜H2’(S)≤1时，多样性指数评价值为25；当1＜H2’(S)≤2时，多样性指数评价值为50；当2＜H2’(S)≤3时，多样性指数评价值为75；当H2’(S)＞3时，多样性指数评价值为100；
底栖动物多样性指数评价方法为：根据公式：AMBI＝[(0％EG I)+(1.5％EG II)+(3％EG III)+(4.5％EG IV)+(6％EG V)]/100计算得到底栖动物多样性指数AMBI；式中，EG I为底栖生物敏感种生态等级丰度所占的百分比、EG II为惰性种生态等级丰度所占的百分比、EGIII为耐受种生态等级丰度所占的百分比、EG IV为第二级机会种生态等级丰度所占的百分比和EG V为第一级机会种生态等级丰度所占的百分比；依据底栖动物多样性指数AMBI计算结果得到多样性指数评价值：当0＜AMBI≤1.2时，多样性指数评价值为0；当1.2＜AMBI≤3.3时，多样性指数评价值为25；当3.3＜AMBI≤4.3时，多样性指数评价值为50；当4.3＜AMBI≤5.5时，多样性指数评价值为75；当AMBI＞5.5时，多样性指数评价值为100；
S204、水动力指标测定和河道生境状况指标测定包括流速状况评价和水量状况评价；其中，
流速状况评价方法为：采用常规的直接估算法对上、下游的流速以及横截断面流速的进行估算并做出评价：当上、下游流速不同，横截断面流速不均时，流速状况评价结果为100；当上、下游流速变化率低于20％，且横截断面流速相同时，流速状况评价结果为50；当水体处于静止状态时，流速状况评价结果为0；
水量状况评价方法为：当水量基本覆盖整个河床时，水量状况评价结果为100；当水量覆盖河床率达到75％，河流地质裸露小于25％时，水量状况评价结果为67；当水量覆盖河床率小于25％，浅滩部分大部分裸露时，水量状况评价结果为33；当水量很少，河流地质几乎全部裸露时，水量状况评价结果为0；
S205、河道生境状况指标测定方法包括对河道的河岸稳定性、河岸植被带宽度、河道渠化程度和河道弯曲程度的评价；其中，
河岸稳定性的评价方法为：当河岸无明显侵蚀时，河岸稳定性评价结果为100；当河岸侵蚀程度＜20％，河岸稳定性评价结果为75；当河岸侵蚀程度为20％～50％，河岸稳定性评价结果为50；当河岸侵蚀程度为50％～80％，河岸稳定性评价结果为25；当河岸侵蚀程度为80％～100％，河岸稳定性评价结果为0；
河岸植被带宽度的评价方法为：当河岸植被带的宽度＞河宽1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为100；当河岸植被带的宽度为河宽的0.5倍～1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为75；当河岸植被带的宽度为河宽的0.25倍～0.5倍时，河岸植被带宽度的评价结果为50；当河岸植被带的宽度为河宽的0.1倍～0.25倍时，河岸植被带宽度的评价结果为25；当河岸植被带的宽度＜河宽的0.1倍时，河岸植被带宽度的评价结果为0；
河道渠化程度的评价方法为：当河道无渠化现象，且整个河流保持原始自然状态时，河道渠化程度的评价结果为100；当河道存在少量拓宽，挖深现象，但无明显渠化时，河道渠化程度的评价结果为75；当河道存在部分渠化，两岸筑有堤坝，河床未被渠化时，河道渠化程度的评价结果为50；当河道渠化严重，两岸筑有堤坝，河床部分渠化时，河道渠化程度的评价结果为25；当河道渠化严重，河流两岸、河床全部被渠化时，河道渠化程度的评价结果为0；
河道弯曲程度的评价方法为：当河道保持原始自然状态，无截弯取直现象，河道弯曲程度的评价结果为100；当河道部分截弯取直，且比例在25％以下，河道弯曲程度的评价结果为75；当河道部分截弯取直，且比例在25％～50％，河道弯曲程度的评价结果为50；当河道部分截弯取直，且比例在50％～75％，河道弯曲程度的评价结果为25；当河道形状完全改变，截弯取直比例在75％以上，河道笔直，河道弯曲程度的评价结果为0；
S3、根据步骤S2得到的评价结果，对河道生态恢复水平指标进行计算：
S301、根据公式：
依次计算每个水样的水体黑臭程度指标评价结果B1、水体富营养化状态指标评价结果B2、生物多样性指标评价结果B3、水动力指标评价结果B4和河道生境状况指标评价结果B5；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；nj为各指标内的具体评价项的项数；Ci为各指标内的各评价项的评价结果；Cw为各指标内的各评价项的权重，w为具体评价项的内容，其中，当j＝1时，n1＝4，CF1＝CF2＝CF3＝CF4＝0.250；当j＝2时，n2＝5，CTN＝0.180，CTP＝0.190，CCOD＝0.180，Cchla＝0.270，CSD＝0.180；当j＝3时，n3＝3，CH1＝CH2＝0.250，CAMBI＝0.500；当j＝4时，n4＝2，C流速＝0.350，C水量＝0.650；当j＝5时，n5＝4，C稳定性＝0.120，C植被宽度＝0.380，C渠化程度＝C弯曲程度＝0.250；
S302、根据公式：
计算每个取样断面的河道生态恢复水平指标An；式中，Bj为各指标的评价结果，j＝1～5；Bw为各指标的权重，其中，B1＝0.320，B2＝0.190，B3＝0.250，B4＝0.120，B5＝0.120；
S303、根据公式：
计算河道整体生态恢复水平评价指标A；式中，L为待评价河道总长度；n为取样断面总数量；Ln为各取样断面代表的河道长度；An为各取样断面河道生态恢复水平评价指标；
本方法结合河流生态环境恢复水平的具体情况及国内外相关文献中生态系统恢复状态的分级方法，设定了如下评级标准。
S304、根据步骤S303的评价指标确定河道生态恢复水平：当河道整体生态恢复水平评价指标A＞80，河道生态恢复水平较好，河道清洁，生态系统状态较好，结构完整；当60＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤80，河道生态恢复水平好，河道轻度污染，生态系统状况好，结构较完整；当40＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤60，河道生态恢复水平一般，河道中度污染，生态系统状况一般，结构受到一定程度破坏；当20＜河道整体生态恢复水平评价指标A≤40，河道生态恢复水平稍差，河道重度污染，生态系统状态稍差，系统结构受到严重破坏；当河道整体生态恢复水平评价指标A≤20，河道生态恢复水平差，河道污染极其严重，生态系统状态差，系统结构被完全破坏。
2.根据权利要求1所述的评价河道生态恢复状况的方法，其特征在于，在步骤S1中，采样点的具体确定方法为：
S101、根据河道长度确定取样断面：
1)当河道长度＜1km时，仅在河道两端各设置一个取样断面；
2)当1km≤河道长度＜3km时，则在河道上游、中游和下游各设置一个取样断面；
3)当河道长度≥3km时，在河道两端各设置一个取样断面，同时在河道的中游位置处、重点保护对象处、支流汇入处、排污口处、重点水工构筑物处均设置有一个取样断面；
S102、根据步骤S101设置取样断面处的河道宽度确定在相应取样断面上设置取样垂线的位置：
1)当取样断面处的河道宽度≤50m时，在该取样断面上设置两条取样垂线，两条取样垂线分别位于距离两岸岸侧的1/3宽度处；
S103、根据步骤S102确定的取样垂线处的水深确定在取样垂线上设置取样点的位置：
1)当取样垂线处的水深＞5m时，在距离水面0.5m处以及距离河底0.5m处各设一个取样点；
2)当1m＜取样垂线处的水深≤5m时，在距离水面0.5m处设置一个采样点；
S104、根据步骤S103确定的采样点进行水质采样后，将采集自相同取样上不同取样垂线上的各个采样点的水样进行混合，得到多个分别代表各取样断面的混合水样。
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