CN113435698A - 一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，包括步骤：a.筛选湿地环境健康的评价指标；b.建立湿地环境健康评价的指标体系；c.确定所述指标体系中各评价指标的计算方法和阈值；d.利用多源数据提取所述各指标因子的值；e.采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重；f.利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值；g.根据所述湿地综合健康指数值划分湿地环境健康级。本发明不仅可以得出湿地环境健康的综合评价结果，而且能够提供各个单项指标的环境健康程度，从而有助于湿地管理者对湿地环境健康进行科学评估，并实施准确有效的治理措施。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境保护的技术领域，特别是一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法。
背景技术
湿地与森林、海洋并称为作为全球三大生态系统，具有保育生物多样性、维护生态安全多样化的生态系统功能和服务，被誉为“地球之肾”、物种贮存库和气候调节器，但湿地又是对人类活动极为敏感的生态脆弱区。由于对湿地生态功能认识水平的局限和对经济发展的单纯追求，长期以来在围垦、环境污染、不合理的水利工程建设及气候变化诸多因素的共同作用下，湿地在全球范围内呈现了消失和退化的趋势，迫使人们重新审视目前的湿地生态系统管理策略和模式，从而引发了如何评价湿地环境健康及保护和修复湿地生态系统的全球性思考。
国外生态系统健康康评价始于20世纪60年代，国内直到20世纪80年代才逐渐引起重视。湿地环境健康评价是生态系统健康研究的重要组成部分，目前尚未形成一套统一的评价模式和比较完整的评价体系，特别是对一些关键性问题，如评价指标筛选、指标阈值设定和评估模型优化有待进一步深化。湿地健康可定义为湿地生态系统内部的组织结构完整、功能健全，对周围生态系统和人类健康不造成危害，且在长期或突发的自然或人为扰动下能保持弹性和稳定性。但传统的基于湿地水文的物理-化学-生态耦合模型和单个物种指示的模型都没有体现从景观格局上考察湿地整体状况，以及湿地对包括人类在内的邻近生态系统的影响。同时传统的环境健康评价更多依赖于野外调查和地面监测站的采样数据，存在评价对象单一、时效性差、空间范围有限、成本高问题。近些年来快速发展的遥感技术为环境健康评价提供了新的研究模式和手段。因此为实现湿地生态系统健康的环境管理目标，对其诊断评价应尽可能全面反映自然和人为因素对湿地健康的影响，并积极应用遥感新技术丰富评价数据源，从而实现对湿地环境健康快速、全面、大范围、低成本的定量评价。
基于此，本发明以提供一套系统的湿地环境健康评价技术为目的，给出了层次化的评价指标体系和标准化的评价指标计算方法，为推动湿地保护与管理，特别是为浅水湖泊型湿地的环境健康评价提供科学依据和技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，克服现有技术的不足，提供一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，该方法构建了层次化的评价指标体系，采用标准化的评价指标计算方法，并应用遥感新技术提取指标因子，进而利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值，从而实现对湿地环境健康的综合评价。
本发明提供一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，该方法包括如下步骤：
(1)筛选湿地环境健康的评价指标：
基于PS(VOR)R﹝压力-状态(活力-组织力-恢复力)-响应﹞模型，以湖泊型湿地的水文水质、湿地景观生态和周边社会影响三要素为主线，并充分考虑遥感数据的可获取性，在既保证评价指标体系的完备性，又力求避免各因子之间的重复性的基础上，筛选能够反映湿地环境健康状况的指标因子。
(2)筛选湿地环境健康的评价指标
建立的湿地环境健康评价指标体系包括三层：第一层为目标层，即湿地环境健康评价结果，作为湿地环境健康状态层；第二层为准则层，作为连接目标层和指标层的结构，是指标体系的主要系统层次，包括水文、水质、景观和社会四方面的湿地系统特性；第三层为指标层，基于所述准则层的四个方面分别进行指标分解，包括水源保证率水文环境健康相关指标、湖区水质水质环境健康相关指标、水域面积变化率景观环境健康相关指标，以及湿地保护意识社会环境健康相关指标。
湿地健康诊断指标体系
(3)确定所述指标体系中各评价指标的计算方法和阈值：
利用经验法、频度分析法、规范标准及类比方法，确定所述指标体系中各评价指标的阈值，为统一量纲，各评价指标采用0-10分的分值体系。
1)水源保证率：
水源保证率以湖泊当年蓄水量(S)与多年平均需水量
的比值来表示。计算公式如下：
水源保证率指标与湖泊型湿地健康阈值关系表(y为该项指标的标准化得分)
2)枯水胁迫度：
从枯水位、枯水期提前和延长程度三方面评价湖泊枯水情势对湖泊型湿地生态系统的影响。计算公式如下：
LWS＝De*0.4+Da*0.4+Dl*0.2 (5-3)
式中，LWS为枯水胁迫度(lowwaterstress)，Da为当年枯水期提前天数与多年来枯水期提前最多天数的比值，De为当年枯水期延长天数与多年来枯水期延长最多天数的比值，Dl为当年月均水位低于多年月均水位的月份比例。
枯水胁迫度指标与湖泊型湿地健康阈值关系表
3)洪水风险：
从洪水频率和强度两方面评价洪水对湖泊型湿地生态过程及其功能的影响。计算公式如下：
BR＝Bw*0.4+Bl*0.6
式中，Bw为当年代表性水文站超出该站警戒水位的天数与历史上该站超出警戒水位最多的天数的比值；Bl为当年代表性水文站最高水位与该站多年平均最高水位的比值。
洪水风险指标与湖泊型湿地健康阈值关系表
4)入湖河流监测断面达标率：
基于入湖河流监测断面的监测结果，按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)计算入湖河流监测断面达标率。
入湖河流监测断面达标率与湖泊型湿地健康阈值关系表
5)湖区水质：
基于湖区监测点位的监测结果，按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)计算湖区水质。
湖区水质与湖泊型湿地健康阈值关系表
6)富营养化程度：
基于湖区监测点位数据，根据《地表水环境质量评价办法(试行)》，采用综合营养状态指数法，选取叶绿素α(chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(CODMn)共5项进行评价，分析湖区营养状态。
湖区水体富营养化程度与湖泊型湿地健康阈值关系表
7)水域面积变化率：
水域面积变化率(changerateofwaterarea,CRA)以当年平均水位下的水域面积(A)相对于多年平均水位下的水域面积(Aa)的变化率来表示。计算公式如下：
CRA＝(A-Aa)/Aa
水域面积变化率与湖泊型湿地健康阈值关系表
8)土地利用强度：
土地利用强度变化可表征人类活动和自然界的各种扰动变化对湖泊生态系统的压力。计算公式如下：
式中，LUI(landuseintensity)为待评价区内土地利用强度值；n为待评价区内土地利用类型数；Ai为第i类土地利用类型的面积百分比，由遥感影像分类结果统计得到；Ci为第i类土地利用类型的土地利用强度系数。
土地利用强度与湖泊型湿地健康阈值关系表
9)生物多样性指数：
结合生物多样性的理论与实践，湿地生物多样性指数(biodiversityindex,BI)综合考虑物种多样性和生态系统多样性。计算公式如下：
BI＝A物种多样性+B生态系统多样性＝(Al物种多度+A2物种相对丰度+A3物种稀有性)+(B1物种地区分布+B2生境类型+B3人类威胁)
生物多样性指数与湖泊型湿地健康阈值关系表
10)人口密度
人口压力表征湖泊系统所受的最重要社会因素，可间接反映人类活动强度，是湿地环境健康状况的胁迫或压力指标。计算方法为：
D＝P/A
式中，式中，D为人口密度(人·km-2)，P为区域人口数量(人)，A为研究区土地总面积(km2)。人口密度与湖泊型湿地健康阈值关系表
11)自然保护区网络化湖区自然保护区网络指标以保护区面积和级别来综合表示。
自然保护区网络化与湖泊型湿地健康阈值关系表
表中，x1、x2、x3分别为国家级、省级和市县级保护区面积，A为评价区总面积。
12)湿地保护意识基于百度新闻搜索，以目标湖泊湿地为搜索词，筛选出以“生态保护”为主题的相关新闻比例来表示，并基于Urban提出的环境意识量表，对筛选出的新闻从环境价值观、环境态度和环境行为意愿三个方面进行分类，以综合反映湖泊湿地保护意识。
E＝0.3*V+0.4*A+0.3*W
式中，E为环境保护意识，V为环境价值，A为环境态度，W为环境行为意愿。
湿地保护意识与湖泊型湿地健康阈值关系表
表中，x1、x2、x3分别为反映环境价值观、环境态度和环境行为的新闻量，N为以“鄱阳湖”为搜索词的总新闻量。
(4)利用多源数据提取所述各指标因子的值：
数据源及计算方法
(5)采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重：
通过调研及组织专家打分的方式对所述各评价指标的重要性进行排序后，采用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)确定所述指标体系中各评价指标的权重。
(6)利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值：
利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值(ComprehensiveHealthIndex，ICH)，计
算公式如下：
ICH＝∑WiPi
式中：ICH为湿地综合健康指数，其值在0-10之间；Wi为各评价指标在健康评价指标体系中的权重值，其值在0-1之间；Pi为各评价指标的归一化值，其值在0-10之间。
(7)根据所述湿地综合健康指数值划分湿地环境健康级：
根据湿地综合健康指数的分值将湿地的环境健康分为好、中、差三个级别，湿地环境健康评价结果表示为健康级，辅以对应健康级别的描述性文字。
湖泊型湿地健康综合评价级划分
本发明的优点及有益效果如下：
本发明从湿地生态系统整体出发，提出了湖泊型湿地环境健康的评价方法。本发明采用标准化的评价指标计算方法，不仅可以得出湿地环境健康的综合评价结果，而且能够提供各个单项指标的环境健康程度。本发明应用遥感新技术提取指标因子，提高了评价数据的可获得性。应用本发明建立的浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，可对湿地生态系统健康状况进行科学评估，客观反映湖泊型湿地的健康状况。
附图说明
图1湖泊型湿地环境健康评价的PS(VOR)R模型；
图2是湖泊型湿地环境健康评价的流程图；
图3是鄱阳湖湿地环境健康各评价指标之间的相关性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参见图2，以鄱阳湖湿地环境健康评价为例，本发明实施例包括以下步骤：
步骤一、指标因子筛选：基于PS(VOR)R模型(见图1)，并充分考虑遥感数据的可获取性，筛选湿地环境健康的评价指标。
步骤二、指标体系构建，包括三层：第一层为目标层，即环境健康评价结果；第二层为准则层，包括水文、水质、景观和社会四方面的湿地系统特性；第三层为指标层，包括水源保证率水文环境健康相关指标、湖区水质水质环境健康相关指标、水域面积变化率景观环境健康相关指标，以及湿地保护意识社会环境健康相关指标。
步骤三、确定所述指标体系中各评价指标的计算方法和阈值。
步骤四、利用多源数据提取所述各指标因子的值。
步骤五、采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重：
鄱阳湖湿地环境健康评价体系各指标权重
步骤六、利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值.
根据所述湿地综合健康指数值划分湿地环境健康级：
1989年和2013-2019年鄱阳湖湿地环境健康评价结果；
根据鄱阳湖湿地多年的环境健康评价结果，可对湿地变化和影响湿地健康的驱动力进行分析，见图3。通过对准则层各评价指标之间及与湿地综合健康指数(ICH)的相关性进行分析发现，ICH与景观指标(0.68)、社会指标(0.68)、水文指标(0.59)呈明显相关性，而与水质指标的相关性不明显。可见，鄱阳湖湿地生态系统健康影响机制较为复杂，受入湖污染物、湖泊水文条件、人类活动共同作用。其中，湖泊水文是影响鄱阳湖湿地生态系统健康的关键因素，并与水动力条件以及人类活动因素共同导致鄱阳湖湿地生态系统健康状态的时空分异，而在时间上主要受水文条件影响较大，空间上则主要受人类活动、水动力条件作用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)筛选湿地环境健康的评价指标；
(2)建立湿地环境健康评价的指标体系；
(3)确定所述指标体系中各评价指标的计算方法和阈值；
(4)利用多源数据提取所述各指标因子的值；
(5)采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重；
(6)利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值；
(7)根据所述湿地综合健康指数值划分湿地环境健康级。
2.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述筛选湿地环境健康的评价指标中，基于PS(VOR)R模型，以湖泊型湿地的水文水质、湿地景观生态和周边社会影响三要素为主线，并充分考虑遥感数据的可获取性，筛选湿地环境健康的评价指标。
3.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述建立湿地环境健康评价的指标体系建立的湿地环境健康评价指标体系包括三层：第一层为目标层，即湿地环境健康评价结果，作为湿地环境健康状态层；第二层为准则层，作为连接目标层和指标层的结构，是指标体系的主要系统层次，包括水文、水质、景观和社会四方面的湿地系统特性；第三层为指标层，基于所述准则层的四个方面分别进行指标分解，包括水源保证率水文环境健康相关指标、湖区水质水质环境健康相关指标、水域面积变化率景观环境健康相关指标，以及湿地保护意识社会环境健康相关指标。
4.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述确定所述指标体系中各评价指标的计算方法和阈值中，利用经验法、频度分析法、规范标准及类比方法，确定所述指标体系中各评价指标的阈值，为统一量纲，各评价指标采用0-10分的分值体系。
5.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述利用多源数据提取所述各指标因子的值中，水源保证率、水域面积变化率和土地利用强度这三个指标利用美国陆地卫星的时序列影像进行提取；枯水胁迫度和洪水风险这两个指标利用水文站监测数据提取；入湖河流监测断面达标率、湖区水质、富营养化程度和自然保护区网络化这四个指标利用《环境状况公报》数据提取；人口密度指标利用社会经济统计数据提取，湿地保护意识指标利用网络统计数据提取。
6.根据权利要求5所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重中，通过对所述各评价指标的重要性进行排序后，采用层次分析法确定所述指标体系中各评价指标的权重。
7.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值中，利用综合参数评价法计算湿地综合健康指数值，计算公式如下：
ICH＝∑WiPi
式中：ICH为湿地综合健康指数，其值在0-10之间；Wi为各评价指标在健康评价指标体系中的权重值，其值在0-1之间；Pi为各评价指标的归一化值，其值在0-10之间。
8.根据权利要求1所述的一种浅水湖泊型湿地的环境健康评价方法，其特征在于：所述根据所述湿地综合健康指数值划分湿地环境健康级中，根据湿地综合健康指数的分值将湿地的环境健康分为好、中、差三个级别，湿地环境健康评价结果表示为健康级，辅以对应健康级别的描述性文字。
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