湖库水生态环境质量评价技术指南.docx

湖库水生态环境质量评价技术指南（试行）国家水体污染控制与治理科技重大专项流域水污染防治监控预警主题“流域水生态环境质量监测与评价研究”课题组二零一四年六月目 录前言11 总则21.1 编制目的21.2 适用范围21.3 指导原则21.3.1 科学实用原则21.3.2 因地制宜原则21.3.3 循序渐进原则21.4 术语和定义21.4.1 湖泊 lake21.4.2 水库 reservoir21.4.3 水生态环境质量 water eco-environment quality31.4.4 生境 habitat31.4.4 浮游植物 phytoplankton31.4.5 浮游动物 zooplankton31.4.6 底栖动物 benthic invertebrate31.4.7 富营养化 eutrophication31.4.8 参照点位 reference site31.4.9 生物指数 biotic index（bi）31.4.10 生物完整性 biological integrity31.4.11 生物完整性指数 index of biological integrity（ibi）32 水生态环境质量评价要素42.1 评价要素类别42.2 生物类群的选择43 水质评价44 生境评价55 生物评价55.1 生物多样性指数55.1.1 评价方法55.1.2 评价标准55.2 生物指数65.2.1 评价方法65.2.2 评价标准65.3 生物完整性指数65.3.1 候选生物参数65.3.2 核心参数筛选75.3.3 生物完整性指数构建95.3.4 评价标准105.4 水生生物指标赋分标准106 水生态环境质量综合评价106.1 评价方法106.2 评价标准117 报告编写117.1 报告内容117.1.1 前言117.1.2 监测/评价区域117.1.3 野外调查工作状况117.1.4 样品分析和资料整理127.1.5 湖库水生态环境质量监测/评价分析127.1.6 图集127.1.7 质量计划实施情况报告127.2 编写要求12附录13- 2 -前 言我国湖泊和水库众多。然而，随着区域气候环境变化和人类活动干扰加剧，使得湖库萎缩和消亡严重、水质持续恶化、富营养化趋势逐年加剧。不仅如此，水环境质量下降所引发的生态问题也开始显现。近年来，湖库生态系统总体处于退化状态，鱼类资源大幅下降，生物多样性不断减低。目前，我国湖库的相关环境问题，已严重破坏生态系统平衡，很大程度上制约了湖库资源的可利用性和社会发展的可持续性。因此，监测并评价湖库水生态环境质量已经成为我国环境保护工作的一个重要内容。为贯彻落实党中央和国务院让江河湖泊休养生息的要求，加强流域生态环境保护，维护流域生态系统的健康，将环境保护部关于开展流域生态健康评估试点工作的通知（环办函20121163 号）任务的成果进一步落实并推广，中国环境监测总站并编制了湖库水生态环境质量评价技术指南（以下简称“指南”），以指导我国湖库水生态环境质量的评估工作。“指南”中规定了湖库水生态质量评价的相关指数和计算方法，以及湖库生态系统健康状态的分级。本指南由中国环境监测总站提出。本指南由“流域水生态环境质量监测与评价研究”课题组负责起草。本指南由中国环境监测总站负责解释。湖库水生态环境质量评价技术指南（试行）1 总则1.1 编制目的根据中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定中“加快生态文明制度建设”“五位一体”的要求，为落实国家环境保护“十二五”科技发展规划、国家环境监测十二五规划，加快水生生物监测工作，推进我国水环境质量综合评价的进程，编制湖库水生态环境质量评价技术指南（试行）。1.2 适用范围本指南适用于湖泊及水库的水生态环境质量评价。“指南”中规定了湖库水生态质量评价的相关指数和计算方法，以及湖库生态系统健康状态的分级。1.3 指导原则1.3.1 科学实用原则结合湖库生态环境实际情况，遵循水生生物类群栖息及生存规律，确保评价结果客观反映水生态环境质量，为水生态质量综合评价提供科学依据。1.3.2 因地制宜原则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，选择评价类群和评价方法。1.3.3 循序渐进原则指南遵从先易后难、循序渐进原则，既可以为基础薄弱的从业人员提供技术指导，也可以为经验丰富的专业技术人员提供借鉴。1.4 术语和定义下列术语和定义适用于本指南。1.4.1 湖泊 lake陆地上洼地积水形成的水域宽阔、水量交换相对缓慢的水体。1.4.2 水库 reservoir 在河道、山谷、低洼地有水源或可从另一河道引入水源的地方修建挡水坝或堤堰，形成的蓄水场所；或在有隔水条件的地下透水层修建截水墙，形成的地下蓄水场所。1.4.3 水生态环境质量 water eco-environment quality以生态学理论为基础，在特定的时间和空间范围内，水体不同尺度生态系统的组成要素总的的性质及变化状态。1.4.4 生境 habitat又称栖息地，指生物的个体、种群或群落生活地域的环境，包括必需的生存条件和其他对生物起作用的生态因素。1.4.4 浮游植物 phytoplankton 水中营浮游生活的藻类，属于微藻类，广泛存在于河流、湖泊和海洋中。淡水浮游藻类主要包括蓝藻、绿藻、硅藻、裸藻、甲藻、金藻、黄藻和隐藻八个类群。1.4.5 浮游动物 zooplankton 在水中营浮游生活的动物类群。它们完全没有游泳能力，或游泳能力微弱，不能作远距离的移动，也不足以抵抗水的流动力。淡水浮游动物主要包括原生动物、轮虫、枝角类、桡足类等类群。1.4.6 底栖动物 benthic invertebrate指生活史的全部或大部分时间生活于水体底部的水生动物类群，主要包括水栖寡毛类、软体动物和水生昆虫幼虫等。为了研究方便，将不能通过500m孔径筛网的底栖动物称为大型底栖动物，将能通过500m孔径筛网但不能通过42m孔径筛网的底栖动物称为小型底栖动物，将能通过42m孔径筛网的底栖动物称为微型底栖动物。1.4.7 富营养化 eutrophication是指水体在自然因素和（或）人类活动的影响下，大量营养物输入水体，使其逐步由生产力水平较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态变化的一种现象。1.4.8 参照点位 reference site能够代表水域内未受人为干扰（或所受人为干扰较小）生物状态的点位。1.4.9 生物指数 biotic index（bi）基于特定类群的相对丰度，并与其敏感性或耐受性结合而成的单一指数或记分值。1.4.10 生物完整性 biological integrity是指在一个地区的天然栖息地中的群落所具有的种类组成、多样性和功能结构特征，以及该群落所具有的维持自身平衡、保持结构完整和适应环境变化的能力。1.4.11 生物完整性指数 index of biological integrity（ibi）将一组与周围环境关系密切、受干扰后反应敏感、可代表目标生物群落的各种结构和功能属性的生物参数整合成单一记分值的指数，可以对水体进行生物完整性健康评价。2 水生态环境质量评价要素2.1 评价要素类别湖库水生态环境质量评价要素主要包括：水体理化参数物理生境生物类群2.2 生物类群的选择湖库水生态环境质量评价常用的生物类群包括：大型底栖动物浮游植物浮游动物应根据评价的水体类型以及特定目的，充分考虑每个类群的优点、生命周期，并结合区域的环境特点，选择适合的水生生物类群。比如，营养状态评价可选用浮游植物的相关参数，总体的生态环境状态评价可单独或结合使用这三个类群；环境变化的长期效应评价首选大型底栖动物，环境变化的短期效应评价则选用浮游植物和浮游动物。在充分达到既定评价目的的前提下，评价类群可以根据现场采样条件以及人员、仪器的配备情况酌情增减。3 水质评价参照地表水环境质量标准（gb 3838-2002）基本项目标准限值，水质指标的评价根据不同功能分区水质类别的标准限值，进行单因子评价（其中水温和ph不作为评价指标）。最后根据水质类别等级进行赋分，赋分标准参见表1。表1 化学指标评价等级及赋分水质类别类类类类类赋分543214 生境评价参照“湖库水生态环境质量监测技术指南”的生境评价方法，按照“湖库生境评分表”对10项参数分别进行评分。每项参数分值范围为020，每个点位的生境总分由10项参数分值累加计算。需要注意的是，生境评价仅限于湖滨点位，湖心点位不在此列。表2 湖库生境评价等级及赋分分值等级赋分hs150无干扰5120hs150轻微干扰490hs120轻度干扰360hs90中度干扰2hs60重度干扰1注：hs即为生境评分。5 生物评价生物评价可采用生物多样性指数、生物指数、生物完整性指数。鉴于评价方法的科学性、准确性，本指南优先推荐生物完整性指数。但因各地、各单位工作基础差异，生物完整性的操作性和推广性受到一定局限，因此也可根据评价目的、可获取的生物数据及自身能力，选择生物多样性指数和生物指数进行评价。（注：生物多样性指数和生物指数可以作为候选生物参数纳入生物完整性指数评价。）5.1 生物多样性指数5.1.1 评价方法较为常用的生物多样性指数为香农-威纳（shannon-wienner）指数，常用于浮游植物和浮游动物。计算公式为 h=-i=1s(nin)log2(nin)式中h为生物多样性指数；n为样品中各种生物的总体个数；s为所有样品中的生物种属总数；ni为样品所有生物的总体个数。5.1.2 评价标准一般情况下，h=0为严重污染；0h1为重污染；1h2为中污染；2h3为轻污染；h3为清洁。5.2 生物指数5.2.1 评价方法生物指数评价方法主要用于大型底栖动物，目前针对这个类群开发的生物指数众多，此处推荐使用hilsenhoff指数（hbi）和科级生物指数（fbi）。（1）hilsenhoff指数（hilsenhoff biotic index，hbi）计算公式为 hbi =i=tnniti/n其中，ni为第i个分类单元（通常为属级或种级）的个体数，n为样本个体总数，ti为第i个分类单元的耐污值。（2）科级生物指数（family biotic index，fbi）计算公式同hbi，但是分类水平从属、种级统一为科级。5.2.2 评价标准确定生物指数的评价标准，可以采用以下两种方法：（1）根据参照点位生物指数的数值分布，以75%分位数作为区分是否受污染的标准，低于此值表示水体水质最清洁，高于此值的数值分布范围，进行4等分，代表不同清洁和污染程度。（2）根据所有样点生物指数的数值分布，以5%分位数对应的值作为标准，小于该值表示水质最清洁，高于此值的数值分布范围，进行4等分，代表不同清洁和污染程度。其中，hilsenhoff指数可参考已有的评价标准：清洁0hbi4.25；较为清洁4.25hbi5.75；轻度污染5.75hbi6.5；污染6.5hbi7.25；严重污染7.25hbi10。如果评价结果与实际情况明显不符，可考虑根据评价区域的生物指数数值分布建立相应的评价标准。但是，需要说明的是，该评价标准仅适用于评价区域，其普适性值得商榷；另外，该评价标准的建立需谨慎进行。5.3 生物完整性指数5.3.1 候选生物参数用于评价的生物参数必须符合以下条件：（1）与研究的生物类群或生物群落以及指定的项目目标具有生态相关性；（2）对环境压力具有敏感性，其响应能够与自然变化区分开来。可以选择以下6大类代表性参数：（1）代表生物类群多样性或多样化的丰富度参数；（2）代表同一性及优势度的物种组成参数；（3）代表干扰敏感性的耐受性参数；（4）生物多样性参数；（5）代表取食策略及功能团的食性或习性参数；（6）生物量参数。表3所示为分别适用于湖库的浮游植物、浮游动物、大型底栖动物候选参数。5.3.2 核心参数筛选5.3.2.1 参数值分布范围分析检查候选参数的数值范围，筛除以下两类参数：（1）随干扰增强参数变化幅度减小的参数，这类参数不易准确区分受不同干扰程度的水体，不适宜用于生物评价；同理，随干扰增加参数变化幅度过大的指标，也不适宜用于生物评价；（2）在参照点位范围内自身变化性过高的参数，这类参数无法有效区分不同环境条件下的点位。每个候选参数必须有足够大的信息量，以及特定范围的变异性，可以在点位类型和生物状态之间进行区分。22表3 一些适用于湖库的浮游植物、浮游动物及大型底栖动物候选参数丰富度物种组成耐受性生物多样性食性/习性生物量浮游植物l 种类总数l 蓝藻种类数l 绿藻种类数l 硅藻种类数l %前3位优势种l %蓝藻l %微囊藻l 硅藻商l %耐受性种类l %敏感性种类l %耐酸性种类l %耐碱性种类l %嗜中性种类l shannon指数l simpson指数l 可食藻类种类数l %可食藻类l 不可食藻类种类数l %不可食藻类l 叶绿素a浮游动物l 种类总数l 原生动物种类数l 轮虫种类数l 枝角类种类数l 桡足类种类数l %前3位优势种l %原生动物l %轮虫l %枝角类l %桡足类l 轮虫/后生浮游动物l 哲水蚤/剑水蚤l shannon指数l simpson指数l 生物量大型底栖动物l 种类总数l ept种类数l 摇蚊种类数l 软体动物种类数l 甲壳动物种类数l %前3位优势种l %优势种l %eptl %摇蚊科l %颤蚓l %软体动物l 敏感性种类数l %敏感性种类l 耐受性种类数l %耐受性种类l hilsenhoff生物指数（hbi）l shannon指数l simpson指数l %捕食者l %滤食者l %刮食者l 生物量注：校正过程中可以评估其冗余，排除重合的参数。大型底栖动物耐污值（ptv）见附录列表，ptv4为敏感性种类，ptv6为耐受性种类。5.3.2.2 识别能力分析采用箱线图及iq值记分法（图1），判断哪些生物参数能够最佳区分参照点位和人为干扰点位；绘制参数值与各类环境压力之间的关系图，或采用多变量排序模型，阐明候选生物参数与环境之间的响应关系。选择具有最强识别力的生物参数，可以为评价未知点位的生物状态提供最优置信度。图1 参数iq值记分法注：箱体表示25%至75%分位数值分布范围，箱体内方块表示中位数，iq2的参数方可通过筛选。a：iq=3分，箱体无任何重叠，；b：iq=2分，箱体有小部分重叠，但中位数都在对方箱体之外；c：iq=1分，箱体大部分重叠，但至少有一方的中位数处于对方箱体范围外；d和e：iq=0分，一方箱体在另一方箱体范围内，或双方的中位数都在对方箱体范围内。5.3.2.3 冗余度分析采用相关分析，检验各项参数反映信息的独立性，根据相关系数的大小确定生物指数所反映的信息的重叠度，使最后构成指标体系的每个参数都至少提供一个新的信息，而不是重复信息。5.3.3 生物完整性指数构建5.3.3.1 记分基准确定对生物指标进行记分的目的是统一评价量纲，建议使用0-10赋分法，其赋分原则是：正向参数，vi=10vi/v95%r；反向参数，vi=10(1-vi/v95%i)。其中，vi为标准化后的参数，vi 为参数值，v95%r为参照点的95%分位数，v95%i为受损点的95%分位数。5.3.3.2 指数集成各个核心参数记分值的总和，即为生物完整性指数值。5.3.3.3 指数检验根据生物完整性指数对环境压力的响应进行敏感型检测，计算指数区分参照点位和受损点位的效率，也就是被正确区分的点位的百分比。如果区分效率在60%以上，则可认为该生物完整性指数有效。5.3.4 评价标准生物完整性指数的评价标准，可以采用以下两种方法：（1）参照点位指数值分布的25%分位数法如果点位的指数值大于25%分位数，则表示该点位受到的干扰很小，小于25%分位数的分布范围，进行4等分，分别代表不同的环境状态；（2）所有点位指数值分布的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点位所受干扰较小。5.4 水生生物指标赋分标准表4 水生生物指标评价等级及赋分shannon-wienner指数hilsenhoff指数ibi指数生物状态赋分3.004.25很好非常健康52.03.04.265.07好较为健康41.02.05.766.50中等轻度受损301.06.517.25较差中度受损207.2610很差重度受损16 水生态环境质量综合评价6.1 评价方法采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wqi，以该指数表示各评估单元和水环境整体的质量状况。wqi=i=1nxiwi其中，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。各项指标分值范围及权重如表5所示：表5 水生态环境综合评价公式说明表指标分值范围建议权重水化学指标150.4水生生物指标150.4生境指标150.2其中，水生生物指标取参评生物类群指标赋分值的算术平均值。另外，湖心点位因其不作生境评价，进行水生态环境质量综合评价时只考虑水化学指标和水生生物指标即可，这两项指标建议权重分别为0.5。6.2 评价标准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6。表6 水生态环境质量状况分级标准水生态环境质量状况非常健康健康轻度受损中度受损重度受损综合指数（wqi）wqi44wqi33wqi22wqi1wqi1表征颜色蓝色绿色黄色橙色红色7 报告编写7.1 报告内容7.1.1 前言（1）任务及来源（2）监测/评价区域的位置及地理坐标（3）任务执行情况7.1.2 监测/评价区域（1）监测/评价区域及周边地区的自然环境（2）以往对该区域的调查研究程度及监测工作实施情况7.1.3 野外调查工作状况（1）站位布设（2）监测方法和现场资料描述7.1.4 样品分析和资料整理（1）样品分析、测试、鉴定方法及概况（2）资料整理、数据处理、计算和图件编绘方法及概况（3）调查要素时空分布特征7.1.5 湖库水生态环境质量监测/评价分析（1）调查区域理化环境特征（2）调查区域人类活动特征（3）调查区域水生生物群落结构特征（4）调查区域水生生物状态评价结果（5）改善生态环境健康的对策建议7.1.6 图集（1）调查区域的现场照片或手绘草图（2）具有典型生态特征的生物样本照片或手绘草图7.1.7 质量计划实施情况报告（1）本单位及分包单位的质量控制措施实施情况与结论（2）参考资料的溯源性和合理性（3）样品、原始资料、资料汇编和图集的质量评价（4）质量目标实现状况7.2 编写要求（1）应重点分析、研究本次监测/评价项目获得的资料和图件，同时充分利用调查区域内已有的文献资料，在深入分析、研究的基础上编写。（2）应按任务书或合同书、监测/评价计划的有关规定编写。（3）力求内容全面、重点突出、论据充分、文字精炼。（4）应有必要的附图和插图。（5）按监测/评价计划规定的时限完成报告的编写。附 录大型底栖动物耐污值列表分类单元耐污值platyhelminthes扁形动物门planariansplanaria涡虫3.6gastropoda腹足纲bithyniidae豆螺科5.8alocinma alocinma longicornis长角涵螺6 bithynia bithynia fuchsiana赤豆螺5.2parafossarulus 沼螺5.6 parafossarulus striatulus纹沼螺6.1lymnaeidae椎实螺科6.5radix萝卜罗属6.3 radix swinhoei椭圆萝卜螺5.6physidae膀胱螺科4.4planorbidae扁卷螺科6gyraulus旋螺属5hippeutis圆扁螺属5.2 plenroseridae肋蜷科semisulcospira短沟蜷属5 semisulcospira cancellata方格短沟蜷5 semisulcospira libertina放逸短沟蜷3.1stenothyridae狭口螺科stenothyra光滑狭口螺7.1viviparidae田螺科5.4bellamya环棱螺属5.4lamellibranchia瓣鳃纲corbiculidae蚬科5.3corbicula蚬属5.4sphaeriidae球蚬科5unionidae蚌科5 mytilidae贻贝科limnopernalimnoperna lacustris湖沼股蛤5hirudinea蛭纲glossiphonidae舌蛭科6.2glossiphonia舌蛭属6.2helobdella泽蛭属6.2herpobdellidae石蛭科5erpobdella石蛭属4.7salifidae沙蛭科5.8oligochaeta寡毛纲8.5naididae仙女虫科5.6nais仙女虫属5.7tubificidae颤蚓科9.3aulodrilus aulodrilus pluriseta 管水蚓7.5branchiura branchiura sowerbyi苏氏尾鳃蚓8.8limnodrilus 水丝蚓属9.5limnodrilus hoffmeisteri 霍甫水丝蚓9.5polychaeta多毛纲nephthys 齿吻沙蚕5tylorrhynchustylorrhynchus heterochaeta疣吻沙蚕6.1isopoda等足目anthuridaecythura 杯尾水虱6.2asellidaeasellus（s.str)asellus（s.str) aquaticus栉水虱6.7decapoda十足目atyidae匙指虾科5.3caridina米虾属5.3cambaruscambarusclakii克氏螯虾8.5sinopotamidae华溪蟹科3.9coleoptera鞘翅目chrysomelidae叶甲科6.5dytiscidae龙虱科5.2elmidae长角泥甲科2.8ancyronyx5.5gonielous2.4neocylloepus2.2ordobreria1.4oulimnius2.9stenelmis3zatzetia1.8gyrinidae豉甲科4.9haliplidae沼梭甲科8.1hydrophilidae水龟虫科5.6lampyridae萤科2.6noteridae小粒龙虱科6.5psephenidae扁泥甲科2.3eubrianax1.4psephenoides3.4psephenus3ptilodactylidae毛泥甲科1.9scirtidae沼甲科scrites1.3diptera双翅目7athericidae伪鹬虻科9.8blephariceridae网蚊科0.3ceratopogonidae蠓科3.2chironomidae摇蚊科5.8chironominae摇蚊亚科5.7chironomus摇蚊属10glyptotendipes雕翅摇蚊属5.7orthocladiinae直突摇蚊亚科6.3cricotopus环足摇蚊属8.3eukiefferiella真开氏摇蚊属4orthocladius直突摇蚊属6.2tanypodinae长足摇蚊亚科3.6tanypus长足摇蚊属4.6dixidae细纹科dixella2.4empididae舞蝇科6ephydridae水蝇科9.6muscidae蝇科10psychodidae毛蠓科8simuliidae蚋科5stratiomyia水虻科5.3syrphidae蚜蝇科10tabanidae虻科5.5tipulidae大蚊科4.9antocha朝大蚊属4baeoura2.2dicramomyia2.3dicranota4.1hexatoma2.2nippontipula2pedicia 1pilaria2.5pseudolimnophila 7.3tipula2.7ephemeroptera蜉蝣目baetidae四节蜉科3.5baetis四节蜉属3.5baetiella花翅蜉属2.5pseudocloeon假二翅蜉属3.4caenidae细蜉科3.5ephemerellidae小蜉科3cincticostella带肋蜉属1.7 drunella弯握蜉属0.5ephacerella锐利蜉属4.8 ephemerella小蜉属1.4serratella锯形蜉属3.8uracanthella天角蜉属3.8ephemeridae蜉蝣科2.4ephemera蜉蝣属2.6ephemera.serica绢蜉3.2 ephemera.wuchowensis梧州蜉5.9ephemera.shengmi生米蜉2.3heptageniidae扁蜉科2.9cinygmina似动蜉属4.2cinygmina.obliquistrita2cinygmina rubromaculata4.7epeorus高翔蜉属0.9ecdyonurus扁蚴蜉属5.8heptagenia扁蜉属0.9iron假蜉属3.6nixe尼克斯蜉属1.6paegniodes赞蜉属1isonychiidae等蜉科4.4leptophlebiidae细裳蜉科3choroterpes宽基蜉属3.3habrophlebiodes柔裳蜉属1.2 thraulus思罗蜉属3.8neoephemeridae新蜉科3potamanthidae河花蜉科4.1siphlonuridae短丝蜉科1.5vietnamellidae越南蜉科2.1lepidoptera鳞翅目pyralidae螟蛾科1.8eoophyla2.3neoschoenobia2.8parapoynx0.3potamomusca0.4megaloptera 广翅目corydalidae齿蛉科3.3neochauliodes2.2parachauliodes3.4protohermes3.9odo