基于水生态环境质量综合指数评价徐州河流

李朝，魏超

(江苏省徐州环境监测中心，江苏 徐州 221000)

目前，我国水质评价方法应用最多的为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)推荐的单因子评价[1]，以及综合水质标识指数法[2-4]，内梅罗指数法[5],灰色聚类法[6]等方法。对于水生生物评价有Shannon-Wiener指数(H′)[10]，生物完整性指数(B-IBI)[11]，Hilsenhoff 生物指数(BI)[12]，着生藻类完整性指数(P-IBI)[13]，硅藻指数[14]等。而单独选取水质化学因子或水生生物因子评价水环境质量，都无法全面反映水环境的真实状况。为适应当前环境管理新的需求，水生态环境质量综合指数应运而生[15]。该指数通过选取水质化学因子、水生生物因子和生境评价因子，构建综合指数全面评价水环境质量。

徐州市拥有沂沭泗、故黄河和濉安河3大水系，为初步了解徐州市水生生物状况，选择了徐州市11个国控河流断面，于2019年9月采集断面水质化学和生物样品，采用水生态环境质量综合指数，评价河流水环境质量。

1 评价指数构建

1.1 水生态环境质量综合指数

采用《流域水生态环境监测与评价技术指南》[15]中推荐的水生态环境质量综合指数进行水生态环境质量综合评价，通过水化学指标和水生生物指标加权求和，构建综合评价指数，以该指数表示各评估单元和水环境整体的质量状况。

(1)

式中：WQI——水生态环境质量综合指数；Xi——评价指标分值；Wi——评价指标权重。各项指标分值范围及权重见表1。

表1 水生态环境质量综合指数公式权重

水生生物指标取参评生物类群指标赋分值的算术平均值，根据水生态环境综合评价指数分值大小，将水生态环境质量状况等级分为5级，见表2。

表2 水生态环境质量状况分级标准

1.2 水化学指标及赋值

按《GB 3838—2002》基本项目标准限值，进行单因子评价，后根据水质类别等级进行赋值，见表3。

表3 化学指标评价等级及赋值

1.3 水生生物指标及赋值

水生生物指标选择底栖动物、着生藻类的Shannon-Wiener指数(H′)进行评价。

(2)

式中：s——样品中的种类数；ni——样品中第i种生物的个体数；n——样品中生物总个体数。污染程度评价分级标准及赋值见表4。

表4 Shannon-Wiener指数分级标准及赋值

1.4 生境指标及赋值

河流断面生境的评价，根据文献[15]中栖息地生境评价计分表，对底质、栖境复杂性、V(流速)/D(水深)结合特性、河岸稳定性、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、河岸土地利用类型共10项参数进行分别评分，划为5个评价等级，分级标准及赋值见表5。

表5 河流栖息地生境质量(H)分级评价标准及赋值

2 应用实例

2.1 监测时间

2019年9月。

2.2 监测断面

选取徐州市国控河流断面11个，分别为：华山闸、沙庄桥、李集桥、黄桥、蔺家坝、沙集西闸、李庄、张楼、艾山西大桥、港上桥、小沿河取水口。

2.3 数据获取

2.3.1 水生生物样品采集与鉴定

(1)底栖动物。利用 1/16 m2彼得逊采泥器采集大型底栖动物，每个采样点采样2次。采到的底泥带回实验室过40目筛冲洗，挑出的大型底栖动物用浓度为75%的乙醇溶液固定，然后在显微镜和解剖镜下分类鉴定和计数挑出的大型底栖动物[16]，依照文献[17-19]，将底栖动物鉴定至尽可能低的分类单元。

(2)着生藻类。利用硅藻计采集着生藻类，在水中放置15 d，采样深度为10 cm。放置时间到后取出硅藻计，将玻璃片上附着的藻类在蒸馏水的冲洗下，用小刷子刷入玻璃瓶，加入鲁哥试剂固定，带回到实验室后经沉淀器内沉淀24 h、浓缩定容至30 mL[16]，根据文献[20]鉴定具体的藻类。计数时必须保证优势种类个体数在100个以上。对于硅藻门的种类，需要在鉴定前烧片[21]。

2.3.2 水环境理化因子测定

为《GB 3838—2002》基本项目的24项。

2.3.3 栖息地生境评价

按文献[15]生境调查方法获得监测数据，评价指标共10项，每项指标20分，得分相加计总数。

2.4 水生生物物种组成

徐州市河流共监测到13属16种大型底栖动物，优势物种为克拉泊水丝蚓(Limnodrilusclaparedianus)、铜锈环棱螺(Bellamyaaeruginosa)、雕翅摇蚊属的一种(Glyptotendipessp.)等。共监测到47属61种着生藻类，优势物种为曲壳藻(Achnanthessp.)、菱形藻(Nitzschiasp.)、新月桥弯藻(Cymbellacymbiformis)、小球藻(Chlorellasp.)、裂孔栅藻(Scenedesmusperforatus)、辐节藻(Stauroneissp.)、小颤藻(Oscillatoriatennuis)、直链藻(Melosirasp.)、小环藻(Cyclotella.sp)等。

3 评价结果及分析

按《GB 3838—2002》推荐的单因子评价法，对各个断面水质状况分类并赋值；根据水生生物监测结果，计算各断面大型底栖动物和着生藻类的H′并赋值；现场调查各栖息地生境状况并打分赋值。将以上3类赋值结果代入水生态环境质量综合指数模型，计算结果见表6。

表6 水生态环境综合评价结果

应用水生态环境综合评价指数评价徐州市河流水质，各断面处于轻度污染到优秀级别，其中大部分断面处于良好级别，表明徐州市河流水生态质量整体良好。水生态环境综合评价指数各分指数赋值中，大型底栖动物赋值同水化学指标赋值结果较为接近，着生藻类赋值高于以上2项分指数的赋值。运用SPSS Statistics 20.0软件进行Spearman相关性分析，见表7。

表7 水生态环境综合评价指数各分指数赋值Spearman相关性①

①*在置信度(双侧)为 0.05 时，相关性显著；**在置信度(双侧)为 0.01 时，相关性显著。

由表7可见，水化学指标赋值与大型底栖动物赋值显著相关，着生藻类和生境指标赋值负相关。说明对于徐州市河流断面生物指标选取上，对于H′大型底栖动物比生藻类更符合水质情况。如果生物指标选择的是其他评价指数，则计算出的水生态环境质量综合指数有所不同。

水化学指标赋值同水生态环境综合评价指数显著相关。部分断面个别化学因子浓度较高，导致按单因子评价法评价水质等级判定较高，水化学指标赋值偏低，一定程度影响到水生态环境质量综合指数的计算结果，生物种群的季节性波动也会影响水生态环境质量综合指数的计算。

4 结语

水生态环境综合评价指数弥补了单纯化学指标或单纯生物指标评价水质不够全面的问题，首次加入生境指标，体现了环境管理从指标控制到生态保护思路的转变。对于水生态环境综合评价指数分指数中化学因子、生物因子的评价指数如何选取，还需进一步完善。