Integrated assessment of river health based on the conditions of water quality,aquatic life and physical habitat

The health conditions of Liao River were assessed using 25 sampling sites in April 2005, with water quality index, biotic index and physical habitat quality index.Based on the method of cluster analysis (CA) for water quality indices, it reveals that heavily polluted sites of Liao River are located at estuary and mainstream.The aquatic species surveyed were attached algae and benthic invertebrates.The result shows that the diversity and biomass of attached algae and benthic index of biotic integrity (B-IBI) are degrading as the chemical and physical quality of water bodies deteriorating.Physiochemical parameters, BOD5, CODCr, TN, TP, NH3-N, DO, petroleum hydrocarbon and conductivity, were statistically analyzed with principal component analysis and correlation analysis.The statistical results were incorporated into the integrated assessing water quality index, combining fecal coliform count, attached algae diversity, B-IBI and physical habitat quality score, a comprehensive integrated assessing system of river ecological health was established.Based on the systimetic assesment, the assessed sites are categorized into 9 "healthy" and "sub-healthy" sites and 8 "sub-sick" and "sick" sites.     

大伙房水库入库河流物理生境评价及其对水质状况的影响

2012年8—9月对大伙房水库入库河流39个河段的物理生境特征和水质状况进行调查,并运用相关分析和冗余分析的方法识别物理生境特征与水质状况的响应关系.研究结果表明,大伙房水库入库河流物理生境质量等级为较好以上的河段占43.6%,一般河段占48.7%,较差河段占5.1%,物理生境质量好的河段主要位于浑河上游地区,质量较差的河段主要位于大伙房水库周边地区.大伙房水库入库河流总磷(TP)、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)多符合国家Ⅱ类地表水环境标准,五日生化需氧量(BOD5)和化学耗氧量(CODCr)较高,部分点位超过了国家Ⅲ类地表水环境标准.大伙房水库入库河流物理生境特征与水质状况显著相关,物理生境综合评价指数与水体中TP、NH+4-N、溶解性固体总量(TDS)、电导率和硅酸盐呈显著负相关.物理生境指标中人类活动、土地利用方式、植被多样性和栖境复杂性对水质影响较大,在流域水生态管理中应以减少人为活动干扰、合理配置土地类型、控制农业面源污染和恢复自然植被为主要对策.     

基于大型底栖动物完整性指数的新疆额尔齐斯河健康评价

为建立我国西北地区跨境河流生态系统健康的评价指标与标准,应用B-IBI (benthic-index of biotic integrity,底栖动物完整性指数)评价新疆额尔齐斯河流域的健康状况. 于2012年7月、8月、10月及2013年5月在额尔齐斯河全流域设10个典型采样点,进行4次大型底栖动物调查,从23个候选生物指标中筛选出适用于构建额尔齐斯河B-IBI评价体系的参数,主要包括总分类单元数、EPT(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)分类单元数、前3位优势分类单元个体相对丰度、襀翅目个体相对丰度和黏附者个体相对丰度. 以参照点B-IBI的25%分位数作为健康评价标准来确定B-IBI的评价等级:B-IBI>2.04为极好,1.53＜B-IBI≤2.04为好,1.02＜B-IBI≤1.53为一般,0.51＜B-IBI≤1.02为差,B-IBI≤0.51为极差. 结果表明:在所有采样点中,6个采样点处于健康状况极好或好的状态,3个采样点健康状况一般,1个采样点健康状况较差;各采样点B-IBI在不同月份变化各异. 整体来看,额尔齐斯河的水体健康状况较好,但局部河段水体受到不同程度污染. 基于B-IBI的健康评价结果与其他生物指数〔Chandler计分制生物指数、BMWP(biological monitoring working party)分数系统分值〕评价结果相一致,表明所构建的B-IBI评价指标与标准对额尔齐斯河的健康状况评估具有较好的适用性,可作为额尔齐斯河流域水体环境监测的一种有效手段.      

辽河流域河流栖息地评价指标与评价方法研究

建立了由底质、栖息地复杂性、速度-深度结合特性、堤岸稳定性、河道变化、河水水量状况、植被多样性、水质状况、人类活动强度和河岸土地利用类型所构成的河流栖息地评价指标体系,确定了各指标的等级划分以及栖息地综合指数的计算方法.结合2005年辽河流域河流生态调查结果,对流域内所调查的28个河段的栖息地质量状况进行了具体评价,并进一步分析了河道栖息地综合指数与河流理化因子、底栖生物以及小流域土地利用状况的相关关系.结果表明:①辽河流域28个河段的栖息地质量状况差异显著,其中10个河段达到了较好等级以上,6个仅为中等水平,12个河段为较差等级以下;②栖息地质量与理化因子、底栖生物指标具有显著相关性,表明栖息地质量是影响水质与生物状况的重要因素;③小流域的人类未利用土地比例与栖息地质量显著相关,表明小流域土地利用程度对栖息地环境质量影响较大,是恢复与保护河流栖息地质量的重要条件.     

基于微生物完整性指数的河流健康评价 ——以无锡市为例

生物完整性指数（Index of biotic integrity,IBI）被广泛运用于河流的健康评价.然而,随着人类活动对河流影响的增加,传统指示生物多样性的损失降低了评价的准确性.在高度受影响的水体环境中,微生物群落被证明是更敏感的生态健康指标.本研究采用Illumina高通量测序技术,于2018年冬季和2019年春季对无锡市境内8条河流的微生物群落组成进行了分析,从群落组成/相对丰度、丰富度/多样性、敏感性/耐受性3个角度确定了候选指标.并对传统的核心指标筛选方法进行了改进,通过差异性分析、箱线图检验、Speraman相关性分析,建立了冬、春两季的微生物生物完整性指标框架.评价结果表明,M-IBI能有效区分不同程度的受损位点,且与水质状况和物理生境存在显著的相关性.总体而言,M-IBI为城市河流生态状况提供了一种新的评价工具.     

河流健康评价在城市河流管理中的应用

建立具有河流水文、河流形态、河岸带状况、水质理化参数、河流生物5类一级指标及17个二级指标的城市河流健康评价指标体系.基于上海市2001～2005年间完成的53份河道整治工程可行性研究报告、丽娃河及张家浜河流监测数据,从河流管理的现状评估、规划、后评估3个阶段,探讨城市河流健康评价方法的应用.现状评估显示,整治前丽娃河流速、河床稳定性、河道护岸形式、大型无脊椎动物、氨氮等指标有待于进一步改善;规划评估表明,当前河流管理规划案例中,对河岸带状况、河流生物群落缺乏足够重视,河流廊道连续性及可达性等尚未得到充分关注;后评估表明,张家浜综合整治在河流水文、河流形态、河岸带状况、水质理化指标、河流生物等方面成效显著,但河道改变、河道护岸形式等个别指标有所降低.在此基础上,从河流健康视角审视河流管理现状,提出河流健康与河流管理的集成框架.     

基于多元统计和水质标识指数的辽阳太子河水质评价研究

以太子河辽阳段为例,通过因子分析从16个水质评价基础指标中筛选出8个作为水质评价重要指标.在利用方差分析(ANOVA)对各监测断面多年水质指标数据进行时间与空间尺度上显著差异性检验的基础上,通过层次聚类分析将2009—2012年3个断面的144个样本点分成11组.同时,以各组的样本均值为基础,采用水质标识指数方法得到各组的水质评价结果,并将其分解到各组对应的水质样本点,以实现对多断面、长时间大量样本的水质评价.实证结果表明:2009—2012年间太子河辽阳段干流的水质状况大部分处于Ⅲ级以上,从上游到下游,水质状况呈恶化趋势.研究表明,本文提出的基于多元统计分析和水质标识指数的水质评价方法可用于多断面、长时间大量样本的水质评价工作.     

基于生物配位体模型的汾河铜水质基准研究

铜是山西汾河流域主要污染物之一,为准确评估流域铜暴露的生态风险,调查了汾河流域本土水生生物的毒性数据,运用生物配位体模型方法获得汾河铜的保护水生生物短期和长期水质基准值,分别为98.62和29.71 μg/L。依据铜的水质基准进行风险评价,结果显示,汾河水体中铜对水生生物属于无风险水平。

     

基于微生物生物完整性指数的北京市城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数（IBI）是河道生态系统健康评价的重要且被广泛应用的指标,然而,基于水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的研究较少。针对北京市城市河道生态系统健康状况开展评价,探索微生物生物完整性指数(M-IBI)评价流程与标准构建方法。基于沉积物中微生物Illumina高通量测序信息,筛选出关键环境因子（水质指标TN、TP、NH₃-N、NO₃-N和NO₂-N）确定候选生物指标,根据判别能力分析结果,确定Shannon指数、拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度、绿弯菌门（Chloroflexi）相对丰度、蓝藻门（Cyanobacteria）相对丰度、COD_Cr耐受属相对丰度和NH₃-N清洁属相对丰度6个指标,提出了指标标准化公式和健康评价标准。结果表明,以自然水体为补水的永定河各采样点评价结果均为健康状态,其他3条以城镇再生水厂出水为补水的河道中,清河4个采样点为健康至亚健康状态,凉水河5个采样点为健康至一般状态,大龙河4个采样点为亚健康至一般状态。M-IBI可以有效区分不同程度的受损点位,较合理地评价城市河道生态系统健康状况。

     

基于水质目标管理的河流治理方案制定方法及其案例研究

针对我国河流污染程度高,污染类型复杂的现状,实施水质目标管理是河流治理的根本选择.我国在水污染总量控制的研究起步比较早,但缺少基于水质目标的治理方案编制方法的系统性研究.本文提出了适合于我国国情的基于水质目标的河流治理方案制定方法,基本框架包括水质问题诊断、目标确定与负荷分配、河流治理任务实施和实施效果评估4个基本部分.该方法以河流容量总量控制为基础,突破了传统了目标总量控制方式,并在滏阳河邢台段进行了实际应用.水环境诊断结果显示,氨氮是滏阳河邢台段主要超标污染物.以国控及省控断面为基础,在滏阳河邢台段设定了4个考核断面,设置氨氮小于10、11、12 mg·L-1,COD小于80、55、50 mg·L-1等多个组合目标情景.划定控制单元13个,核算了各控制单元水环境容量和现状负荷,并按等比例分配的原则将需削减负荷分配到排污口.基于负荷分配结果,提出通过重点工业企业和污水处理场治理控制点源污染,通过农村生活污水治理控制面源污染,通过河岸垃圾治理减少河道负荷存量,通过河流湿地建设增加负荷去除能力等一系列治理措施.     

结合生态需水的黄河水资源水质水量联合评价

在分析河水满足人类用水和河道生态功能需水双重功能的前提下,提出了河水生态功能强度的概念,以及结合生态需水的流域水资源数量与质量联合评价的方法.根据黄河流域1997-1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,结合生态需水对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价.结果表明,河水生态功能强度的时空分布不均,这与水量和水质的时空分布相关.在1997、1998和1999年,黄河总可利用水资源量分别为371.17×108、425.50×108和500.64×10 m3,其中具备河道生态功能的水资源量分别为129.51×108、151.51×108和205.88×108m3,远远小于维持河道生态系统健康所需的水资源量230.60×108m3,导致了黄河断流和其它生态环境问题的出现.     

流域水生态功能分区与质量目标管理技术研究的若干问题

制定中国的水生态功能分区方案、提出流域水环境质量目标管理技术体系是解决中国流域污染控制的重大科技需求,不仅可以提升我国水污染控制的科技水平,而且对于我国流域水生态安全保障具有现实意义.本文对水生态功能分区与质量目标管理的意义、概念、研究现状以及未来发展趋势进行了研究.阐述了流域水生态功能分区与质量目标管理技术研究的迫切...     

浊漳河山西省潞城市境内段河流生态健康评价研究

浊漳河山西省潞城市境内干流段及南源段河道生态环境目前最突出的问题在于水质恶化、水量减少以及生物多样性衰退。本文从水质、水量、生物状况三个要素出发,通过建立浊漳河潞城市境内河段的水生态健康评价体系,对浊漳南源及干流段进行了生态健康诊断。结果显示,浊漳干流段生态健康总指数36.74,呈生态病态状;南源段生态健康总指数60.03,呈基本健康状态。据此,浊漳河潞城境内段目前的核心问题是生态恢复问题,应当针对其存在的问题选择适当的生态修复模式,采取相应的生态环境管理方法,把生态系统的恢复和重建作为其流域治理的最终目标。     

国内外水生态健康评价研究进展

我国《水污染防治行动计划》提出对江河湖泊实施水生态保护和水资源管理,在“十四五”期间开展流域、河湖的水生态健康评价方法研究,支撑我国由水质向水生态目标管理转变,同时也为我国水生态环境管理提供依据。通过梳理国外水生态健康评价体系的发展历程,着重介绍了预测模型法、生物完整性指数法等几种典型的评价体系和方法,并通过应用案例分析了评价体系的局限性;同时梳理了我国已经颁布的水生态健康相关的标准及规范,分析了我国本土流域的水生态健康评价方法及其优缺点;最后对我国水生态健康评价体系、管理准则和政策体系提出建议,以期为我国水生态健康评价的研究发展及实践应用提供借鉴和参考。

     

基于主成分分析法的黄河口及其邻近水域水质评价

于2013年6、7、10月在黄河口及邻近水域进行了3个航次的环境调查,获取了盐度、营养盐、COD及重金属等指标数据,利用主成分分析法(PCA)研究该海域的水质状况,并分析影响该海域水质的主要驱动因子.结果表明:应用主成分分析将14项调查指标转换提取为4种主成分,共解释了67.31%的结果.相关分析表明,影响该水域水质的主要驱动因子为氮营养盐、盐度、SiO32--Si和砷.主成分综合得分分析表明,黄河口及邻近水域2013年10月、7月、6月水质污染状况依次降低;空间上总体呈现出以黄河入海口为中心,向邻近海域递减,河口附近及南部水域污染较严重的格局.黄河径流污染物是主要污染源,应加强黄河口及其上游的水环境保护,从而改善黄河口及邻近水域水质状况.     

黄浦江铅的人体健康水质基准研究

铅是我国水环境质量监控的重点污染物之一.我国成人和儿童铅中毒事件时有发生,制定铅的人体健康水质基准在我国有着特殊意义.本文以黄浦江流域为研究对象,采集并分析流域水样和不同营养级的鱼样本中铅含量,结合文献调研,确定了人体暴露参数、生物蓄积系数等相关本土参数,推导出该流域铅的基于人体健康风险水质基准值为13.45μg·L~(-1).虽然该值略高于我国和大部分发达国家的现行饮用水标准(10μg·L~(-1)),但明显低于我国地表三类水环境标准(50μg·L~(-1)),提示黄浦江流域水体铅污染需要进一步加强防控.另外,通过引入铅的敏感人群儿童对基准推导进行了优化,并应用IEUBK模型(The Integrated Exposure Uptake Biokinetic Model,综合暴露吸收生物动力学模型)对儿童血铅含量进行预测分析.研究发现引入了铅的敏感人群儿童后,推导得出基于人体健康的水质基准值为1.718μg·L~(-1),提示黄浦江流域的儿童在日常饮用水的选择上,应选择铅浓度比饮水标准更低的饮用水.本研究提出本土铅的基于人体健康风险水质基准值,对我国基准技术指南案例研究以及铅相关水质标准修订等具有重要的科学意义和参考价值.     

模糊综合评价在小流域河道水质时空变化研究中的应用

针对河流水质评价的方法很多,其中由于评价指标的多样性和水质污染程度的模糊性,模糊综合评价(fuzzy comprehonsive assessment,FCA)在水质评价中占据了重要的地位.根据FCA的基本原理,为了评价一段时间内河流上下游水质变化,首先需要建立模糊评价标准并确定各指标间的权重因子,然后计算单一时间水质...     

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.     

基于微生物完整性指数的苏州市湿地健康评价

为建立在不同区域和不同湿地等大尺度范围内M-IBI（微生物生物完整性指数）评价方法体系,以苏州市15个湿地公园作为研究对象,构建符合区域性特征的生物完整性评价体系并进行应用研究.分别于2015年、2016年和2017年每年的7月对苏州市15个湿地公园的入流口和出流口水质进行采样调查,将采样点分为对照点、受损点和修复点,基于湿地水环境中微生物群落Illumina高通量测序技术,依据候选指标分布范围检验、敏感性分析和相关性检验,筛选出香农指数、前2优势分类单元相对丰度（相对丰度最多的2个属）总和、高温耐受属相对丰度、污染耐受属相对丰度、TN（总氮）敏感属相对丰度5个指标,提出了参数标准化公式和健康评价标准,依此将苏州市湿地健康状态划分为健康、亚健康、一般、较差、差5个等级.结果表明:①在10个受损点3 a所采集的30个样品中,有2个处于较差水平,有5个处于一般水平,有18个处于亚健康水平,有5个处于健康水平;而对于修复点,有23个样点处于健康水平,7个样点处于亚健康水平.②在农业面源污染较多的湿地入流口健康状况最差,工业用水汇入较多的湿地入流口次之,而城市景观水汇入的湿地入流口的健康状况最好.研究显示,M-IBI可以较合理地评价苏州市湿地生态系统健康状况,湿地对水环境的修复作用明显,经修复后的水体均处于健康或亚健康水平.      

岩溶地下河中HCHs和DDTs的分布特征与健康风险评价

为研究岩溶地区水环境中有机氯农药对人体健康产生的潜在危害风险,对广西、云南、重庆和贵州地下河中的HCHs和DDTs进行了检测,并应用水环境健康风险评价模型对其进行了健康风险的评价.结果表明,HCHs在广西、云南、重庆和贵州的岩溶地下河中的含量平均值分别为3.39,4.60,15.18,19.06ng/L;DDTs在相应地区的平均浓度分别为1.36,3.01,13.41,15.05ng/L.从HCHs和DDTs的组成特征来看,云南、广西HCHs主要由早期残留引起,重庆和贵州部分地区存在新的输入源;云南和贵州DDTs可能是既往施用史形成,广西及重庆则可能存在新的污染源.通过健康风险评价模型计算,研究区地下河中的有机氯农药对人体造成的健康风险危害处于较低水平.