湖泊评价方案

第二节　湖泊评价方案

一、湖泊分区评价

湖泊虽是一个整体，但由于其面积较大，周边的人口与产业布局不均衡，加之湖泊水体流动性较差，湖泊内外部环境存在明显的空间异质性，因此需要加以分区评价湖泊水生态健康、人类活动影响以及湖泊服务功能输出，然后综合得出湖泊整体的生态安全状况（图6-2）。

图6-2 湖泊生态安全分区评价示意图

二、湖泊营养状况评价

1. 综合营养状态指数计算

综合营养状态指数计算公式为：

式中：)(åTLI——综合营养状态指数；W_j——第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI（j）——第j种参数的营养状态指数。以Chl a作为基准参数，则第j种参数的归一化相关权重计算公式为：

式中：r_ij——第j种参数与基准参数Chl a的相关系数；m——评价参数的个数。中国湖泊（水库）的Chl a与其他参数之间的相关关系r_ij及r_ij²见下表。

表6-1 中国湖泊（水库）部分参数与Chl a的相关关系

引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中r_ij来源于中国26个主要湖泊调查数据的计算结果。营养状态指数计算公式为：

TLI（Chl a）=10×（2.5+1.086lnChl a）

TLI（TP）=10×（9.436+1.624lnTP）

TLI（TN）=10×（5.453+1.694lnTN）

TLI（SD）=10×（5.118-1.94lnSD）

TLI（COD_Mn）=10×（0.109+2.661lnCOD）

式中：叶绿素a的单位为μg/L，透明度SD单位为m，其他指标单位均为mg/L。

2. 湖泊营养状态分级

采用0~100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级：TLI（∑）＜30，贫营养；30≤TLI（∑）≤50，中营养；TLI（∑）>50，富营养。其中50＜TLI（∑）≤60，轻度富营养；60＜TLI（∑）≤70，中度富营养；TLI（∑）>70，重度富营养。

3. 利用藻类评价水质的方法

藻类是湖泊中最基本的初级生产者，由于个体小、生活周期短、繁殖速度快、易受环境中各种因素的影响而在较短周期内发生改变。在水体中藻类和所处环境相统一，因此藻类的变化（种类组成、种群动态、生理生化等）可反映出所处环境的改变。而且相对于理化条件而言，其现存量、种类组成和多样性能更好地反映出水体的营养水平。利用藻类作为水质生物监测指标已有近百年的历史，早在1909年，德国学者Kolkwitz和Marsson就提出了利用藻类评价污染水质的方法，并针对水体污染程度的不同进行了分类。20世纪50年代以来，许多学者应用简单的生物指数和物种多样性指数监测水质状况，取得了良好的效果。70年代后，我国开始对各种水体环境质量进行广泛的藻类生物学调查与评价，逐步建立起了比较成熟的、适用于我国湖泊的评价体系和方法，下面对各种方法具体说明。

（1）现存量法

根据水体中藻类的现存量来评价水体的营养状况是分析水环境质量的基本方法之一。用于表示藻类现存量的指标很多（细胞密度、生物量、叶绿素a），由于不同藻类大小不同，因此，藻类的数量不能客观地反映营养状态。相对而言，生物量更能可靠地反映水质的营养状态。藻类的生物量以及叶绿素a浓度都是指示水体营养状态的良好指标，但由于叶绿素a浓度的测定比生物量的测算更加简便、快捷，叶绿素a浓度已成为水质评价中的常用指标。

（2）指示生物法

藻类种类众多，从寡营养到富营养条件下均可生长，并且同属的不同种类可以在不同的营养条件下生长，成为指示种。因此被广泛用做水体营养状态评价的指示生物。例如：鼓藻通常存在于寡营养型水体中，它们对水体环境条件改变的敏感性极高，可以根据指示藻类的有无来评价水质的优劣。常用的方法具体包括污水生物系统法和优势种群法。

① 污水生物系统法

1909年，德国藻类学者Kolkwitz和Marsson按生物对不同污染程度的耐受量进行分类，将水体的污染程度分为：多污带、α—中污带、β—中污带、α—寡污带和β—寡污带，称为污水生物系统。污水生物系统法可以直观地根据污染指示种及其数量分布划分所评价水体的水质。但这种评价方法也存在一定局限性。这是由于各类型水体中均有营养过渡型藻类，例如，腔球藻等微型单细胞藻类对生长环境的适应性很强，可在多种类型水体中存在。再者，鉴定种名需要专业知识和丰富经验，不易广泛推广。

② 优势种群法

藻类的群落结构和污染指示种是水质生物评价中的首要参数，优势种群法就是用藻类群落组成和优势种的变化来评价水体污染状况，也是目前应用较为广泛的一种水质评价方法。不同营养状态的水体中常见的优势种类不同，不同时期的水体中常见优势种类也不同。Hutchinson和Wetzel总结了不同营养型湖泊的藻类优势种群，对评价湖泊营养状况有很大的参考价值。赵怡冰等对1961—1994年大伙房水库水质变化状况进行了分析，发现随着大伙房水库水质污染程度的改变，优势藻类由贫营养型指示种（多甲藻、卵囊藻）逐步转变为中营养型指示种（鱼腥藻、尖尾蓝藻、隐藻）。但是我们需要明确对于贫营养型的湖泊，由于藻类生物量很低，优势种群不明显，可能会使评价结果产生误差。

③ 生物指数法

藻类生物指数是根据藻类的种类特征和数量组成进行数字化评价。藻类生物指数的种类很多，包括藻类综合指数、浮游植物营养指数、硅藻指数、藻类种类商、种类数比值、藻类污染指数、污生指数等。相对指示生物法而言，藻类生物指数更容易操作和掌握。国外学者大多选用硅藻指数，而国内学者则多选用硅藻生物指数、藻类种类商和藻类综合指数。近年来，国外学者在应用硅藻指数进行水质评价时注重对其适用性进行研究，提出了CEE（European index）、EPI（Eutrophication pollution index）、ROT（Rott saprobic index）、SPI（Specific polluosensitivity index）、TDI（Trophic diatom index）、BDI（Biological diatom index）、GDI（Generic diatom index）等多种硅藻指数。Rott等指出在利用硅藻指数进行水质评价时应考虑评价指数的适用性，根据水体污染状况来选择评价指数。Gomà等研究发现硅藻生物指数适用于轻度污染水体的评价，在评价中—高度污染类型水体时，所得到的指数值往往偏高。Frédéric等研究了9种硅藻指数对水体污染状态变化的敏感度，发现CEE、EPI、ROT、SPI、TDI是监测水质变迁的敏感性指数，而BDI、GDI是中度敏感性指数。

④ 多样性指数法

藻类多样性指数能反应不同环境下藻类分布和水体污染程度，主要以藻细胞密度和群落结构的变化为基本依据。藻类群落结构的多样性指数很多，包括Shannon-Weaver指数、Simpson指数、Brillouin指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数、Frontier等级频率图、Menhinick指数、Berger-Parker指数、McIntosh指数等。由于指数计算的复杂性和适用性，目前被广泛应用的多样性指数有：Pielou均匀度指数（e）、Shannon-Weaver多样性指数（H’）及Margalef多样性指数（d）。近年来，许多学者在应用多样性指数时对其敏感性和准确性进行分析。孙军和刘东艳应用模糊综合评判的方式对浮游植物常用的多样性指数进行综合分析后发现，Pielou指数是浮游植物群落均匀度测度中一种较好的指数，而Shannon-Weaver指数相对Margalef指数和Pielou指数来说是对浮游植物群落物种数敏感的指数，成为水质评价中使用最多的指数。赵先富等应用Margalef多样性指数评价青岛棘洪滩水库水质时发现，稀有种对该指数的影响比较强烈，在优势种和其他物种的丰度相差悬殊的情况下应用Margalef多样性指数应谨慎。胡鸿钧和魏印心也指出Margalef指数虽然简单、易于计算，但忽略了个体数在种间的分配状况，对数据的分辨率较差，易受计数样品数量影响。

目前，虽然对某些多样性指数的敏感性和准确性有一些争议，但大部分多样性指数仍是人们在评价水质时常用的指标。有学者提出单纯使用一种多样性指数来解释藻类群落结构容易造成较大偏差，至少需要选用2种或2种以上的多样性指数相互结合，例如藻类综合指数（K）是将藻类群落结构进一步细化，其计算式为：K =（蓝藻门+绿球藻目+中心纲硅藻+裸藻）种类数/鼓藻目种数，K值越大污染越重，营养级别越高。

三、湖泊生态安全综合评价方案I

图6-3 湖泊生态安全综合评价方案I技术路线

其中，分区的每个控制单元生态安全综合评价技术路线见图6—4。

图6-4 控制单元生态安全综合评价技术路线

本研究与其他四项研究的联系如图6—5所示：

图6-5 因素关联

四、湖泊生态安全综合评价方案II

图6-6 湖泊生态安全综合评价方案II技术路线

由图6—6可知，人类活动影响评价需要揭示驱动力、压力和压力强度，在此基础上给出评价结果；水生态健康评价针对状态进行评价；服务功能损失评价要求揭示影响强度和影响；生态灾变评价完成风险影响估算。在以上四部分评价基础上，生态安全评价将通过DPSIR框架的建立描述整个湖泊生态系统的生态安全过程。生态安全评价的目的是为了指导生态安全监控与预警方案及生态安全保障综合方案与关键技术两部分内容的制定。