基于GA-BP优化模型的中小河流健康评价研究

河流健康评价是河流生态修复的前提和依据,但目前中小河流还缺乏相应的评价标准。为客观评估中小河流健康状况,以桥边河为例,构建了河流水生生物、水环境、水文、形态、社会服务功能5个要素17个指标的健康评价体系,利用遗传算法（GA）优化BP神经网络方法建立GA-BP模型确定其指标权重,采用赋分法进行评价。GA-BP模型输出结果显示,指标权重中水环境指标赋值最大,其次是河流水文指标>河流水生生物指标>河流形态指标>河流社会服务功能指标。通过建立的评价体系对桥边河进行评价,结果表明有3个点健康等级评价为Ⅰ级,3个点评价为Ⅱ级,2个点评价为Ⅲ级。总体来看,桥边河流域基本处于健康状态,上游健康状况明显优于下游,从上游到下游越靠近河口位置,河流的健康状况越差。     

汉江中下游生态系统健康评价指标体系构建及其应用

水利工程建设影响了河流生态系统健康。为探究梯级水库、跨流域调水等水利工程建设对长江流域河流生态系统健康的影响,以汉江中下游为例,采用频次分析法和相关性分析法对评价指标进行筛选,用最小二乘法和熵系数法相结合的综合权重模型确定各评价指标权重,从整体性、稳定性及可持续性3个方面构建了河流生态系统健康评价指标体系,并利用赋分法进行河流健康评价。结果表明,汉江中下游河流健康评价指标体系包含流量过程变异程度、输沙量变化、河流连通性、富营养化状况、鱼类物种数等11个指标。评价结果显示汉江中下游河流生态健康状况表现出较强的空间异质性,且健康状况逐年降低。靠近丹江口水库的区域较好,越往下游越差。     

河流山区段水生态安全评估——以太子河为例

河流山区段上游地区的水生态状况直接影响着流域整个水系生态系统的安全.本研究以生态安全评估模型PSFR(压力-状态-功能-响应,Pressure-State-Function-Response)框架为基础,选取辽宁太子河上游山区段为研究区域,结合太子河流域山区段河流的特征,构建了包括4个方案层、11个要素层和23个指标层的评估指标体系,从水生态压力、水生态状态、生态功能和社会响应4个方面,对太子河流域山区段进行河流生态安全评估.评估结果显示,在5种安全等级标准下,研究区内35个子流域的水生态安全状态有3种:不安全状态、基本安全状态和较安全状态,未出现极不安全和非常安全状态.其中,处于不安全状态的子流域有9个,比例为25.7%;处于基本安全状态的子流域有22个,占总流域的62.9%;处于较安全状态的子流域有4个,只占11.4%.表明太子河流域山区段水生态安全的主要压力来自于农业活动.流域栖息地环境质量下降、水质恶化及生境面积的衰退,导致河流生态系统的生态功能受损,河流水体内珍稀和特有物种减少、生物多样性降低,从而威胁河流生态系统的完整性,影响整体水生态安全.本研究结果能诊断流域内影响河流水生态安全的主要因子,为河流生态修复提供科学决策依据.     

生物对河流流量的适宜性

从流量、频率、历时、发生时间、变化率5个方面选取水文指标,将描述生态流量的多个特征量转化成一个单一的综合指标,利用综合指标值描述生物对河流流量适宜性程度,并对长江中下游宜昌、汉口、大通水文控制站近50a来中华鲟、四大家鱼对河流流量适宜性程度进行了验证分析。结果表明,以综合指标的方法反映了生物对河流流量适宜性程度是可行的,体现了河流流量偏离河流适宜生态流量过程的程度,这对于保证满足水生生物正常生活规律所需要的河道内流量过程具有重要的参考意义。     

河流生境的评估方法及应用的研究进展

河流生境是水生生物赖以生存的物理、化学和生物环境的综合体,是河流生态系统的重要组成部分。河流生境评价有助于掌握河流的生态健康状况,识别河流退化的原因,为河流的生态修复提供依据。文章梳理总结了20世纪80年代至2018年文献中报道的全球范围内河流生境评估的方法,然后根据每种方法的侧重点和目标,将它们分为预测模型法和多指标综合评估法两种类型,并比较了它们各自的优势和不足。预测模型法适于长期的生境动态监测,但该方法需要以自然无干扰的河流为参照,并且需要大量历史数据,统一评估不易实现;多指标综合评估法评估相对快速方便,但评估过程复杂,且评价标准不一,结果有一定的局限性。这些方法的适用范围从中小型的可涉水河流到较大的不可涉水河流,但适用于大型不可涉水河流的生境评估方法和案例非常有限。通过分类整理,发现我国河流生境评估方法多是参考国外几种常用的河流评估方法,种类单一,而且多是针对个别河流,并且未对这些河流所在的流域的生境状况进行深入研究,广适性较差。因此,文章从以下几个方面对我国河流生境评估体系的发展提出几点建议:(1)确定科学和标准化的评分指标,因地制宜,以满足不同河流特征;(2)扩大评估范围,...     

海河流域河流生境功能识别及区域差异

城市群快速发展严重影响着区域水生态系统的完整性,大尺度流域的河流生境功能辨识和分析尚缺乏系统研究。以海河流域为例,根据河段蜿蜒度、河段比降、断流风险、盐度等4个指标,构建了河流生境功能的分类指标体系。通过多源空间数据和人工判读,划分了6254条河段,在此基础上将河流生境类型划分为15类。通过52个监测样点的鱼类调查数据,分析了不同河流生境的水生生物特征差异,揭示了鱼类多样性高的区域多位于河流比降大、断流风险低的区域,而河流蜿蜒度对于鱼类多样性影响较小。根据京津冀13个地级市的河流生境差异,提出京津冀城市群的生态安全构建需要充分考虑河流生境的空间异质性,并制定融合城市发展目标、水资源利用需求和河流生境功能的综合指标体系。     

图们江流域河流生态系统健康评价

河流是重要的自然生态系统,也是重要的生态廊道之一,图们江流域河流生态系统的健康状况,对维护跨国界流域的水环境的管理和可持续发展有着重要的意义。基于河流水文、河流形态、河岸带状况、水体理化参数以及河流生物5个层面选取22个指标构建了图们江流域河流生态系统健康评价指标体系,运用层次分析法和加权平均法对其进行了健康评价。评价结果表明,虽然该地区处于"健康"级别,但也有28%的地区处于"亚健康"状态。河流健康综合指数(RHI`)与河流生物指标、水体理化指标、河流形态指标、河岸带指标等4项呈显著相关(P0.05),相关系数依次为0.847、0,757、0.740、0.547。研究结果表明图们江流域水生生物的生存环境遭到严重破坏、水体污染严重,河岸带生态退化、城市化影响严重等一系列影响河流健康的问题。     

用芦苇恢复受损河岸生态系统的工程化方法

我国中小河流的护岸工程只考虑工程的耐久性多采用混凝土护岸。忽略了河流的生态功能,破坏了河流的各种生态过程,导致河流污染严重,生态作用越来越小。本研究提出一种用芦苇恢复受损河岸的工程化方法,以解决恢复受损河岸时成本高,破坏了芦苇原生地的生态环境和芦苇不便于运输的问题。其优点在于：在保证能够达到防止河岸崩塌及侵蚀的同时,在河岸工程设计中纳入生态学原理．创造出动植物及微生物能够生存的多孔隙河岸工程生态结构;可以减少对芦苇原生地的破坏。并且能够快速、大量繁殖芦苇幼苗。快速恢复受损河岸的芦苇群落及其生态环境;此方法在减少劳力、时间和成本的基础上,能够更容易恢复浅水带和河岸缓冲带芦苇群落,构建出一个芦苇繁茂的水域。     

基于主成分分析和熵权法的河流生境质量评价方法——以清河为例

河流生境是维持河流生态完整性, 维护河流健康的一个重要因素, 为更科学准确的对河流生境质量进行评价,以辽宁省清河为研究区域, 分别采用熵权法和主成分分析赋权法确定权重, 构建河流生境质量评价指数(RHI), 以选择一种合理赋权方法。结果显示, 熵权法河流生境质量评价结果显示清河流域生境质量较好的河段3 个, 生境质量一般的河段6 个, 没有生境质量为好和差的河段。主成分分析赋权法评价结果显示生境质量为好的河段2 个, 生境质量较好的河段1 个, 生境质量一般的河段2 个, 生境质量为差的河段4 个。比照清河生境实际情况, 主成分分析赋权法与实际情况相贴切并对指标进行优选, 避免各指标重复赋权, 更全面准确地反映生境质量的高低。     

基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响

新丰江、枫树坝和白盆珠3座大型水库的建立对东江流域河道流量和河流流态过程有了较大改变,威胁河道下游生态系统的健康。基于广义指标生态剩余和生态赤字评价了东江流域受水库影响后流域生态需水需求目标总的盈余和缺失变化过程,基于IHA32指标计算的Do和DHRAM评价了水库对下游河段河流水文过程总的改变程度以及威胁河道生态系统健康的风险性大小,并进一步分析了对河道生物多样性的影响。研究结果如下:(1)水库对流量历时曲线(FDC)有显著影响,曲线上部下降,尾部上升,尤其体现在秋季和冬季。降水对年与夏季生态剩余影响较大,水库对各季节生态剩余和生态赤字均有较大影响:秋季和冬季生态赤字几乎为0,生态剩余显著增加。生态剩余和生态赤字与大部分IHA中32个指标具有很强的相关性,可作为衡量东江流域年和季节径流变化的生态指标。(2)龙川、河源、岭下和博罗4站点总体改变程度分别为58.48%、54.04%、54.32%和52.47%。河流流态变化导致总季节生态剩余增加并维持在较高水平,进一步引起河流生物多样性下降,并维持在较低水平。龙川和河源两站河流流态的变化对河流生态系统造成了高风险性影响,岭下和博罗两站则为中等风险。     

蒲河流域河流生境质量综合评价及其与水质响应关系

河流生境是河流生物赖以生存的环境,是维持河流生态完整性、维护河流健康的重要因素。本文结合蒲河流域环境特点,运用层次分析法建立了蒲河流域河流生境质量评价体系,对流域内25个河段的生境质量状况进行了综合评价,并进一步分析了河流生境综合评价指数与河流水质的相关关系。结果表明:(1)蒲河流域25个河段的生境质量状况差异显著,其中1个河段的生境质量等级为好,5个河段为较好等级,16个河段为一般等级,3个河段为较差等级。(2)生境综合评价指数与TP、NH4+-N、CODCr呈负相关,生境质量评价体系中其他指标也与水质指标具有相关性,表明生境质量是影响水质的重要因素。     

挠力河流域河流生境质量评价

选择挠力河流域6个河段21个样点进行河流生境质量调查和评价。采用包括河水、河道和人类干扰等3大项目共11项评价指标,涵盖河流水量、水质和速度与深度组合,河道形状、结构、侵蚀程度和植被状况,河岸人类活动、周围土地利用以及水工设施等河流生境质量评价指标系统,进行河流生境质量评价。结果显示,全流域47.6%的样点河流生境质量处于优等或良好等级,33.3%的样点为一般等级,约19.1%的样点为较差等级,没有最差等级的样点。研究表明,挠力河流域河流生境质量整体状况良好,个别样点生境质量较差;河流生境质量受到周围土地利用的重要影响;河流生境质量与河流水质及河流生物完整性密切相关。有关河流生境评价的指标与标准以及参照系等研究有待深入。     

干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析

干旱半干旱地区是生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一, 也是降水变率最大的地区, 对这一地区河流健康的研究, 可为生态系统的管理与恢复等提供非常有价值的见解。因此, 确定影响干旱半干旱地区流域健康的主要因素、制定可快速监测与检测其健康状况的生态指标, 并对其发展趋势进行诊断与预测, 随时采取可行的干预措施是至关重要的。以河流健康的定义与评价内涵、评价指标研究态势为根本, 在分析干旱半干旱地区河流的生态系统特征、河流关键生态环境机理及表现、社会-生态-文化系统长期相互影响的基础上, 从水资源、植被、物理化学特性、社会经济等方面出发, 提出了适用于干旱半干旱地区河流健康评价的关键控制性指标。     

太子河流域河流生态功能评价及其管理策略

在河段尺度下,采用指标评价法对太子河流域的水生生物多样性维持、生境维持、水环境支持和水文支持4项生态功能进行评价,排序求和得到河流的主导功能和综合功能评分. 结果表明：全部河段可评定为4个综合生态功能等级,整体上呈现由山区向平原区递减的趋势. 结合综合生态功能和主导生态功能评价结果,提出了6项河流生态管理策略.其中,对于水生生物多样性维持功能和生境维持功能的河段,管理策略以生态管理为主,即“生态保护”、“生态维持”和“生态修复”;对于水环境支持功能和水文支持功能的河段,管理策略则以开发管理为主,即“限制开发”、“优化开发”和“开发利用”.     

北京市主城区城市森林景观格局特征分析

城市森林是城市生态文明建设的重要组成部分。该文以北京市五环内城市森林为研究对象,以2016年9月16日的GF-2遥感影像为数据源,依据景观和生态服务功能将城市森林划分为附属庭院美化林、道路河流防护林、城区公园休闲林和城市郊野游憩林四个类型,并运用面向对象法提取不同类型的城市森林数据信息,制作生成专题图,同时运用Fragstats 4.2软件对景观斑块数量和构成、破碎度指数、分维数、辛普森多样性指数、辛普森均匀度指数、聚合指数等指标进行计算。结果表明:高分影像在城市森林信息提取上具有优势,分类总体精度高达90.36%,Kappa系数达0.88;北京主城区城市森林总面积为22 514.79 hm 2 ,林木覆盖率为32.35%;城市森林斑块分布不均,大型、特大型斑块数量占总数比例13.62%,但面积占比高达73.20%,中小斑块的生态价值有待挖掘;不同城市森林类型特征存在差异,附属庭院美化林和道路河流防护林为优势景观类型,但两者破碎度高,聚合度差,分布零散,城区公园休闲林和城市郊野游憩林面积占比相对较小,南部城区公园建设薄弱;城市森林景观指数随城市拓展呈规律性变化,景观破碎度自市中心向外逐渐减小,二环内破碎度高达183.50。基于研究结果,建议北京市在城市森林建设中加强对中小斑块的资源整合,增建口袋公园;加强道路河流防护林建设,用以连接城区公园休闲林和城市郊野游憩林等大型斑块,同时加强南部城区公园建设;加强城市森林整体空间调控,对三环内老城区进行补植,对三环以外城市森林优化经营技术,提高整体城市森林覆盖度和质量。     

基于层次分析法的三川河健康评价

为评价三川河流域的健康状况, 采用层次分析法构建了包含生态功能、防洪功能、利用功能、服务功能和景观环境功能5 个准则层的河流健康评价体系, 同时综合考虑指标的重要性、普遍性、可量化性、易获取性, 筛选出揭示三川河流域健康状况的14 项主要指标, 使得指标体系整体结构简单、意义明确、相互间独立性容易保证。最后计算出河流健康综合指数值, 并对照相应规范判断三川河健康状况。结果表明, 三川河健康状况为差, 具有诊断的必要性与迫切性。     

辽河干流河流化学完整性评价方法对比研究

基于河流水环境和河岸带生境状况进行河流化学完整性评价,可以全面综合的判断河流水体及河岸带化学污染情况,对有效控制水体污染,科学制定整治计划,恢复河流自身的环境承载力及生态系统功能以及对河流生态系统的修复都具有重要意义。以辽河干流为研究对象,探讨了化学完整性的概念、评价指标、评价标准及评价方法,从河流水环境和河岸栖息地环境两方面选取了19个指标,构建了河流化学完整性评价指标体系。同时采用模糊综合评价法、贴近度法和综合指数法分别对辽河干流化学完整性进行评价,最终筛选并确定综合指数法更适合河流化学完整性评价。综合指数法评价结果表明,辽河干流化学完整性评价结果总体表现为“一般”,河流水环境总体评价为“一般”,哈大高铁、达牛和盘山闸评价为“差”。其中哈大高铁和达牛地处交通节点,受人为干扰较大。另外盘山闸长期处于施工状态且靠近市区,施工废料与城市污水污染不断。评价结果为研究者及管理者开展辽河干流生态修复与后评估等工作提供指标与方法参考。     

雄安新区河流健康评价

雄安新区地理环境敏感,生态环境较为脆弱,研究新区河流健康对维护区域水生态平衡,实施京津冀协同发展战略及疏解北京非首都功能具有重要意义。以雄安新区4条河流为研究对象,基于高分二号遥感影像、地理信息数据和实测数据,构建由水文水资源、河流水质、河流底泥、河流生物、河流生境和社会服务构成的河流健康评价指标体系,并用主客观赋值法得到各指标的综合权重,进而计算河流的综合健康指数,以此对河流健康情况进行评价。结果表明不同河流的准则层指标的健康指数和河流综合健康指数存在差异性,其中白沟引河综合健康指数为0.640,处于健康状态;府河的综合健康指数为0.484,处于亚健康状态;瀑河和孝义河均处于病态,综合健康指数为0.269和0.228。总体表现同一河流不同河段以及不同河流存在明显的空间异质性,府河和白沟引河的健康状态明显好于孝义河和瀑河,同时除孝义河不同采样点的健康情况没有差别,府河、瀑河和白沟引河三条河流不同采样点之间的健康状况存在一定的差别,河流入淀处健康状况普遍比中游健康状况好。这为后期生态需水及其整个新区的生态功能提升提供了参考依据。     

基于能值分析的我国小水电生态影响研究

如何系统定量地评价小水电开发过程所引起的景观变化、河流局部断流等生态影响,是平息争议、进行合理规划与开发小水电前提之一。运用能值分析方法,以贵州省赤水市观音岩水电站为例,将小水电建设、运行的资源投入,以及河道中水流的时空改变所导致生态服务功能的损失纳入核算体系,对其生态影响进行综合定量评估。从2010年的实际结果来看,由于河流断流,导致水坝下游生态系统服务功能的能值损失为2.77×1018sej,占到了系统建设运行总投入的44.84%,其中重点保护鱼种在影响河段的生境破坏是最大的能值损失。若不考虑下游生态系统服务功能损失,系统的环境负载率为1.92,可持续性指标为1.22;而考虑下游生态影响之后,系统环境负载率增大至4.26,可持续性指标减小为0.34。研究表明,小水电的开发必须遵循适度开发、规划优先,保障河流最基本的生态需水底线,是协调小水电开发和河流健康矛盾、追求小水电持续发展的刚性要求。     

基于指标自动筛选的新疆开孔河流域生态健康评价

生态健康评价对了解区域生态健康状况和促进区域可持续发展具有重要意义,如何自动筛选出能反映生态系统特性的重要指标,是生态健康定量评估的关键问题。基于压力-状态-响应(PSR,Press-State-Response)框架和生态等级网络框架(EHN,Ecological Hierarchy Network),通过文献调研和因果分析建立要素层与指标层之间的交叉联系,构建了生态健康评价"网状"指标体系;在保证指标体系完备性基础上,通过结合主成分分析和熵权法的候选指标权重的客观计算,基于目标优化理论构建了评价指标的自动筛选模型,并基于中选指标计算了新疆开孔河流域2001—2017年生态健康指数(EHCI,Ecological Health Comprehensive Indexes),分析其空间分异和时间变化特征。结果表明:利用所建立的评价指标自动筛选模型,开孔河流域生态健康评价指标由31个候选指标自动筛选出了17个中选指标,用54.8%的指标表达了85.98%的信息,中选的17个指标在干旱/半干旱区域有关文献中应用较多,使用频次比例都在20%以上,其中归一化植被指数(NDVI,Normaliz...