水生态修复目标和指标（中）

5.2.3 河流生态状况分级系统

河流生态状况分级系统是河流生态修复目标定量化的有用工具。在这个系统中，定义未大规模开发的自然河流生态状况作为参照系统，是最佳理想状况。定义河流生态系统严重退化状况作为最坏状况，中间分成若干等级，据此构造分级体系表(董哲仁，2013)。

1 指标矩阵

分级系统表分为要素层、指标层和等级层三个层次。生态要素包括生物质量、水文情势、物理化学和河流地貌形态4类。生态要素层下设若干生态指标，生态指标的数量，根据具体项目规模和数据可达性确定。生态指标下设5个等级，即优、良、中、差、劣。

首先，需要定义一个河流参照系统，参照系统是自然河流生态状况，可以近似认为水资源大规模开发前的河流生态状况是近自然状况。建立参照系统需要开展大量的基础工作，包括河流调查、生物调查，收集历史与现状数据资料，在大量数据支持下，按照统计学原理结合专家经验，确定各项指标值。有些指标如水质类指标有相关国家或行业标准，可以直接引用。建立参照系统的具体方法见3-2-5节。

在分级系统中，把参照系统状况定为“优”等级。然后，以河流生态系统严重退化状况作为最坏状况，定为“劣”等级，其表征是栖息地严重退化，生物群落多样性严重下降，甚至导致水生生物死亡。在“优”与“劣”之间又划分“良”、“中”和“差”3级，形成优、良、中、差、劣5级系统。所谓生态状况“优”，表示生物质量、水文情势、地貌形态和物理化学等生态要素均达到理想状况。所谓“良”表示受人类活动影响，各生态要素均发生一定改变。所谓生态状况“中”，表示各生态要素均发生中等变化。所谓生态状况“差”，表示各生态要素均发生重大变化。所谓生态状况“劣”，表示各生态要素均发生严重变化，生物群落大部分缺失，生物大批死亡。

按照生态状况分级原则，构造生态状况指标赋值矩阵，其步骤如下：①按照上述构建河流生态状况参照系统方法，给“优”等级的各项生态指标赋值。②依据不同类别的生态要素特征，确定赋值准则。③以参照系统的理想标准值为基准，按照与理想标准值的偏离程度（变化率），将各生态指标分5个等级。生态指标与理想标准值的比值，是一个无量纲值，以100计分，“优”等级记为100，其他等级依次递减，不同类別生态指标递减程度需符合赋值准则。这样就构造了生态状况指标赋值矩阵。

表5-2-3是一个河流生态状况指标赋值矩阵范例。该矩阵中，生态要素包括生物质量、水文情势、物理化学、河流地貌共4类。生态要素层下设10项生态指标。其中，生物要素下设丰度和生物量2项指标；水文情势要素下设生态基流和水文过程2项指标；物理化学要素下设水质、水温和一般状况3项指标；地貌形态要素下设连续性、连通性和河流形态3项指标。

采用矩阵下标表示法构造指标矩阵。表5-2-3中的10项指标分别用a、b、c、d、e、f、g、h、i、j表示。下标的标注方法如下：规定第一个下标表示要素层，令生物、水文、物理化学、河流地貌等4类要素层的下标编号分别为m、n、o、p。规定第二个下标表示等级层，令等级层的优、良、中、差、劣的下标编号分别为1，2，3，4，5。举例：指标cn2中的c表示生态基流指标，第1个下标为n，表示属水文要素类；第2个下标为2，表示属于“良”等级。这样指标cn2表示水文类要素，生态基流指标，等级为良。

对于生物质量类指标，评价物种可以有多种，包括浮游植物、大型水生植物、鱼类和底栖无脊椎动物等。在这种情况下，要素层下标m需要赋值，m=1,2,3，4。其中，规定浮游植物m=1，大型水生植物m=2，鱼类m=3，底栖无脊椎动物m=4。例如b43则表示生物要素类，底栖无脊椎动物，生物量指标，等级为“中”。

多个评价物种的指标需经过数学方法处理得到生物质量的综合指标。按照以上规则即构造了一个指标矩阵，然后按照“优”等级折减方法，为所有指标赋值，形成河流生态状况分级系统（表5-2-3）。用这种方法既能表示出指标所属生态要素类别，又可表示所属等级，矩阵格式也方便计算机存储运算。

2 指标赋值准则

1）生物质量

生物质量包括丰度（am）和生物量（bm）2项指标，可选择浮游植物（m=1）、大型水生植物(m=2)、鱼类(m=3)和底栖无脊椎动物(m=4)作为评价物种，其指标赋值准则分述如下：

①浮游植物(m=1)

am1～am5，bm1～bm5－以植物物种的类别构成、藻类生长状况以及水体透明度等与受到大规模干扰前比较，以变化率为指标，划分5个等级。

②大型水生植物(m=2)

am1～am5，bm1～bm5－大型水生植物类别构成及平均数量与参照系统比较，以变化率为指标，划分5个等级。

③鱼类（m=3）

am1,bm1－鱼类类别构成与参照系统几乎一致。所有特定类别的干扰敏感性物种都存在。鱼类群体年龄结构受人类活动干扰微小，物种的繁殖发育可顺利进行。

am2,bm2－由于人类活动对水质和水文过程影响，鱼类的构成和数量与特定的生物群落相比发生了一定变化。鱼类群体的年龄结构受到干扰，个别物种的繁殖发育失败，某些鱼类的年龄段缺失。

am3,bm3－由于人类活动对水质和水文过程影响，鱼类的构成和数量与特定的生物群落相比，发生了中等程度的变化。鱼类年龄结构受到干扰的迹象明显，个别鱼类物种消失或数量降低。

am4,bm4－由于人类活动对水质和水文过程影响，鱼类的构成和数量与特定的生物群落相比，发生了重大变化。鱼类年龄结构受到严重干扰。

am5,bm5－由于人类活动对水质和水文过程影响，大量鱼类死亡，渔业资源严重破坏，一些珍稀和特有鱼类物种消失或濒危。

④底栖无脊椎动物（m=4）

am1～am5，bm1～bm5－底栖无脊椎动物丰度、种类组成、耐受性/非耐受性、食性和栖息地特征与参照系统相比较，以变化率为指标，划分5个等级。

2）水文

cn1～cn5－生态基流的满足程度，划分5个等级。

dn1～dn5－若按水文过程表示，则与干扰前的自然流量过程相比；若按敏感生态需水表示，则敏感期内水流条件与具有生物目标的敏感生态需水相比。二者均以偏差率为指标，划分5个等级。

3）物理化学

eo1～eo5－以规划区水功能区水质达标率为指标评估，划分5个等级。

fo1～fo5－以水环境质量标准和水污染物排放标准为依据，以污染物入河控制量、纳污能力、湖库富营养化指数为指标，划分5个等级。

go1～go5－结合敏感生物物种目标，水工建筑物下泄水流水温与自然水流水温的偏差率，划分5个等级。

4）河流地貌

hp1～hp5－连续性指标。考虑营养物质、泥沙输移条件和鱼类洄游条件，以纵向连续性指数为指标，划分5个等级。

ip1～ip5－连通性指标。考虑滩区漫滩效应、河湖连接、水网连通条件，以河流横向连通性指数或河湖、水网连通性指数为指标，划分5个等级。

jp1～jp5－河流形态指标。与干扰前河流蜿蜒性、宽深比、岸坡结构和河流基质相比较，以变化率为指标划分5个等级。

3 简易赋值方法

为简化计算，小型河流可以采用简易赋值方法。以参考系统值为基准，各生态要素的其他等级按照变化率φi折减，用以表示与参考系统的偏离程度，获得不同等级的指标。不同生态修复项目的变化率φi取值应根据当地自然条件、水资源开发程度以及水质现状具体确定。表5-2-4给出了生态状况等级划分参考值。举例，“中”等级的水文类指标值变化率φi=60%；“良”等级地貌类指标值变化率φi=80%，等等。

4 生态现状与参照系统对比分析

生态现状与历史状况的对比分析，是理解河流生态系统演替趋势的重要方法。利用河流生态状况分级系统，把现状调查数据填进分级表，然后与等级“优”的相应指标进行对比，就可以掌握该项生态指标与参照系统的偏离程度。举例，表5-2-5中，现状生态指标标记为▲，可以查出河流生态现状水体物理化学一般状况指标、水质、河流地貌形态3项指标均为“差”，水温指标为“良”，其余6项为“中”。分析指出，由于人类大规模活动，导致水环境污染和河流自然地貌条件发生较大改变，致使水质和地貌形态（蜿蜒性、连通性等）等指标发生较大偏离。