河流水生态健康评价的方法介绍

河流水生态质量评价要结合河流生态环境实际情况，遵循水生生物类群栖息及生存规律，并充分考虑水域环境的自然地理条件、生物类群的时间变化特点、工作目的及人员的技术水平，从而选择评价类群的评价方法。

要评价一条河流的水生态环境质量的方法，先要确定水生态环境质量评价的要素，并确定参照状态。一般来讲，主要的评价要素包括水体理化参数、物理生境和生物类群，而生物类群又包括大型底栖动物和着生藻类两大类。今天我们一起来了解水生态环境质量评价的主要方法。

01.水质评价

水质评价方法是将参照地表水环境质量标准（GB3838-2002）基本项目划分水质类别并进行单因子评价后的水体，根据水质类别进行赋分，I~V类水质类别的水体分别依次赋分5~1分。

02.生境评价

生境评价同样是赋分法。首先通过调查获得生境监测数据，并按照栖息地生境评价计分表对参数分别评分（生境评价打分标准见表1）并累加各项参数总值，最后对获得的评价栖息地生境质量分值H进行赋分，赋分标准见表2。

表1  生境栖息地打分标准

表2  河流栖息地生境质量的分级评价标准

03.生物评价

生物评价方法有很多，我们从中筛选出6种在我国生物评价中常用的方法，展开介绍。

01.BMWP计分系统

BMWP记分系统以大型底栖动物为指示生物，其原理是基于不同的大型底栖动物对有机污染（如富营养化）有不同的敏感性/耐受性，按照各个类群的耐受程度给予分值。按照分值分布范围，对监测位点水体质量状况进行评价。BMWP分值越大表明水体质量越好。

BMWP将大型底栖动物以科为单位划分，每个科对应一个分值，采样点BMWP分值为样品各科对应分值之和。将样点分值按照评价标准表（表3）划分等级，即为样点等级。

表3  BMWP分值评价标准

02.Chandler生物指数

Chandler生物指数（CBI）依据大型底栖无脊椎动物类群对水体污染的敏感性及各类群出现的多度分别给予记分。按照分值分布范围，对监测位点水体质量状况进行评价。CBI分值越大表明水体质量越好。

根据Chandler指数计分表（表4）计算出每个样品计分的总分，并按照分值评价标准（表5）划分监测位点污染等级，完成污染状况评价。

表4  Chandler指数计分表

表5  Chandler分值评价标准

03.Shannon-Wienner多样性指数

Shannon-Wienner多样性指数反映了生物群落结构的复杂程度。其评价原理是基于，通常多样性指数越大，表示群落结构越复杂，群落稳定性越大，生态环境状况越好；而当水体受到污染时，某些种类会消亡，多样性指数减小，群落结构趋于简单，指示水质出现下降。

Shannon-Wienner多样性指数的计算公式如下：

式中：H-多样性指数；

n-大型底栖动物(藻类)总个体数；

S-大型底栖动物(藻类)种类数；

ni-第i 种大型底栖动物(类)个体数。

H>3.0为清洁，3.0~2.0为轻度污染，2.0~10为中污染，0~1.0为重污染，0为严重污染。

04.Hilsenhoff指数（Hilsenhoff Biotic Index，HBI）

利用不同的大型底栖动物对有机污染（如富营养化）有不同的敏感性/耐受性与不同类群出现的丰度信息对监测位点水体质量状况进行评价。HBI分值越大表明水体质量越差。

HBI的计算公式为：

式中:n-第i 个分类单元（通常为属级或种级）的个体数；

N-样本个体总数；

ti -第i 个分类单元的耐污值。

HBI分值0~3.75为极清洁；3.76~4.25为很清洁；4.26~5.00为清洁；5.01~5.07为一般；5.76~6.50为轻度污染；6.51~7.25为污染；7.26~10为严重污染。

05.Palmer藻类污染指数

根据藻类对有机污染耐受程度的不同，对能耐受污染的20属藻类，分别给予不同的污染指数值。按照指数分值分布范围，对监测位点水体质量状况进行评价。Palmer分值越小表明水体质量越好。根据水样中出现的藻类，计算总污染指数。

将水样中出现的藻类赋以一个污染指数值，计算样品中总污染指数，然后按照Palmer评价标准评价水体污染状况。

表6  藻类的污染指数值

表7  Palmer评价标准

06.生物完整性指数（IBI）

IBI方法要先确定参照状态，然后从候选生物参数（表8）中选取用于评价的生物参数，以及具有最强识别力的生物参数，确定评价的最优置信度。

表8  一些适用于河流大型底栖动物和着生藻类的候选参数

生物完整性指数的构建，要先统一评价量纲，然后计算各核心参数计分值的总和，即为生物完整性指数值。

生物完整性指数的评价标准有两种方法供参考：

（1）参照位点指数值分布的25%分位数法——如果位点的指数值大于25%分位数，则表示该位点受到的干扰很小，小于25%分位数的分布范围，根据需要4等分，分别代表不同的环境状态；

（2）所有位点指数值分布的95%分位数法——以95%分位数为最佳值，低于该值的分布范围进行5等分，靠近95%分位数值的一等分代表位点所受干扰较小。

一般IBI常用评价标准划分等级为5级，由高到低分别定义为:优、良好、中等、较差、很差。

表9  几种评价方法的适用性比较

方法

适用性

使用区域

适用生物类群

BMWP记分系统

利用对大型底栖动物的定性监测数据进行记分评价，不需定量监测数据;只需将物种鉴定到科，工作量少、鉴定引入的误差少。

此评价系统在英国各河流，我国松花江和火溪河中有应用。

大型底栖动物

Chandler生物指数

利用对大型底栖动物的定量监测数据进行记分评价，可反映水质受污染的程度。物种鉴定时需要鉴定到属，对鉴定要求较高。

在东江干流、辽河、松花江等河流中都有应用。

大型底栖动物

Shannon-Wienner多样性指数

利用藻类或大型底栖的定量监测数据进行评价。多样性指数更适合于同一溪流或河流上下游样点之间的群落结构差异的评价，不适用于反映群落中敏感和耐污物种组成差异信息的评价。对于某些特殊的水体(如，不具备高物种多样性的源头水)不宜用多样性指数值对水质质量进行评价。

在淮河、东江干流、辽河等多条河流中都有应用。

大型底栖动物、藻类

Hilsenhoff指数

利用大型底栖的定量监测数据和各分类单元耐污值数据进行评价。

在美国威斯康辛州多条河流及美国溪流快速生物评价方案，我国江苏浙江等太湖周边河流有应用。

大型底栖动物

Palmer藻类污染指数

用于藻类定性监测结果进行记分评价。样品鉴定到属即可，不需要定量监测结果，监测的工作量比较小。

在沣河和松花江有应用。

藻类

生物完整性指数(IBI)

利用大型底栖动物、藻类监测数据，利用多项参数信息，从生物完整性角度进行评价。建立IBI工作量比较大：但IBI涵盖信息更全面、丰富可以得到更科学、更有针对性的评价结果。

在辽河、漓江、松花江、太湖等多类水体有应用。

大型底栖动物、藻类

04.水生态环境质量的综合评价

《河流水生态环境质量评价技术指南（试行）》中利用综合指数法进行水生态环境质量综合评估,通过水化学指标和水生生物指标加权求和，构建综合评估指数WOL以该指数表示各评估单元和水环境整体的质量状况。

WQI表示水生态环境质量综合指数，xi 指评价指标分值，wi指评价指标权重。

在综合评价时暂时考虑水化学指标、水生生物指标（大型底栖动物+着生藻类）和生境指标，其分值范围均为1~5，建议权重分别为0.4、0.4、0.2。需要注意的是，如果水生生物指标单独用大型底栖动物或着生藻类评价，建议权重为0.4；若同时使用大型底栖动物和着生藻类评价，建议取算术平均值。

根据水生态环境综合评价指数（WQI）分值大小，将水生态环境质量状况等级分为五级，分别为优秀、良好、轻度污染、中度污染和重度污染，具体指数分值和质量状况分级详见下表10。

表10  水生态环境质量状况分级标准