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2.1 湖泊健康评估工作程序

2.1.1 选取评价指标,建立评估指标体系

湖泊是淡水生态系统的一种重要组成形式,由于其复杂性和综合性,对其健康内涵的定义、评估等仍然处于发展阶段,相关方法亦需进一步完善。

湖泊在其所属的生态环境和社会环境中扮演着重要角色,其功能包括了维护自然生态系统平衡的功能和支撑人类社会活动的服务功能。因此,湖泊健康评估要全面充分考虑湖泊的这些服务功能。

湖泊系统的水文、物理结构及化学、生物和社会服务功能等要素中的任何一个都无法明确指示湖泊的健康状况,只有对湖泊生态系统在不同时间尺度和空间尺度上做出响应的所有要素的完整性以及之间的相互协调性进行综合分析评价,才能提供湖泊健康的准确情况。

2.1.1.1 评估指标选择原则

评估指标是分析的基础,在整个分析中具有重要作用,湖泊健康评估指标有定性指标也有定量指标,指标的选择应遵循以下原则。

(1)科学认知原则:评估指标应基于现有的科学认知,可以基本判断其变化驱动成因。

(2)数据获得原则:评估数据可以在现有监测统计成果基础上进行收集整理,或可以采用合理(时间和经费)的补充监测手段获取。

(3)评估标准原则:指标评估能以现有成熟或易于接受的方法为基础,制定相对严谨的评估标准。

(4)相对独立原则:评估指标的内涵不存在明显的重复,指标不易过细过多,相互重叠,也不可过少过简,缺乏代表性。

2.1.1.2 评估指标的选取

评估指标的选取有定性选择和定量选择两种方法。

定性选择法也称经验选择法、专家咨询法,是指根据实际经验和专家的判断来选择评价指标的方法。这种方法首先要明确评估的目的和目标,对评估目标进行定性分析,找出影响评估目标的各类因素,分解到具体指标,建立评估指标体系。

定量选择评价指标也称数学选择评价指标,在备选指标集合中,应用数学方法进行分析来确定评价指标。选取部分有代表性指标的定量分析方法较多,主要有极小广义方差法、极大不相关法、主成分分析法、系统聚类法。

用主成分分析法进行指标选择的基本思路是,对m个指标做主成分分析可得p个主成分,其中最后一个主成分包含原来p个指标的信息是最少的,因而在该主成分中起主要作用的指标对全部原始信息的贡献是很少的,所以剔除最后一个主成分中较大系数所对应的指标对综合评价不会产生大的影响。对剩下的指标重复做主成分分析,并重复剔除指标这一过程,就可以选出若干有代表性的评价指标,从而达到简化原来的评价指标体系的目的。

设随机向量X =(X 1 ,X 2 ,…,X m )′的协方差矩阵为Σ,λ 1 ≥λ 2 ≥…≥λ p >0为Σ的非零特征值,其对应的标准化特征向量a 1 ,a 2 ,…,a m 分别作为系数向量,则p个主成分按方差由大到小为

利用主成分分析剔除指标主要步骤如下:

(1)指标数据标准化:在实际应用中,往往存在指标的量纲不同,所以在计算之前须先消除量纲的影响,而将原始数据标准化,可利用SPSS软件自动执行。

(2)求协方差矩阵的特征根与相应标准特征向量,判断是否存在明显的多重共线性。

(3)得到主成分的表达式并确定主成分个数p。

(4)利用第p个主成分表达式,找到各指标与主成分的相关系数,即因子负荷量,根据各指标对主成分的重要性(即因子负荷量大小),确定主要指标。

2.1.2 建立评估基准和指标标准

湖泊健康评估需要反映生态系统健康状况的各个指标,在生态分区和河流分类基础上先确定基准状况,即设定健康目标值。目标值是确定评估指标标准的参照值,各类指标根据其特征通过经验证有效的方法,判定偏移基准状态目标值的程度,从而建立评估指标标准,对各个指标进行量化赋分。

根据湖泊可收集到的数据资源情况分析,湖泊健康目标值可分为4类,即最小干扰状态、历史状态、最低干扰状态和可达到的最佳状态。最小干扰状态可作为无显著人类活动干扰条件下,自然变动、随时间变化小的指标的基准状态;有多种可能的指标,可以根据需要选择某个时间节点的某一历史状态作为基准状态;具有区域差异,随着湖泊退化或生态恢复可能随时间变化的指标,可以区域范围内现有最佳状态即最低干扰状态作为基准状态;主要取决于人类活动对区域的干扰水平的指标,可以通过合理有效的管理调控等可达到的最佳状况,也即期望状态作为基准状态。

2.1.3 数据采集和筛选

在综合考虑各项指标数据采集分析可操作性的基础上,确定评估指标监测方法。收集相关历史资料,实地查勘划分评估区域,确定监测点位。可采用现场采集测定、遥感影像解译、文献资料查阅、实验室分析等多种方法获得所需的指标数据。对收集的所有资料和现状调查监测数据进行汇总、分析。根据分析结果,如有必要,调整评估指标和监测点位,并进行补充调查监测。根据评估指标调查的可行性,湖泊健康评估指标分为以下3种尺度。

(1)断面尺度指标:从监测点位取样监测获取数据的指标。

(2)区域尺度指标:从评估湖泊区域内的代表站或评估湖泊区域的整体情况调查获取数据的指标。

(3)湖泊尺度指标:从评估湖泊及其流域的调查和统计获取数据的指标。

2.1.4 湖泊健康状况评估

湖泊健康评估采用分级指标评分法,在确定各项指标权重的基础上,根据各项指标的现状调查分析结果进行赋分,逐级加权,综合评分。在此基础上,详细分析各项指标的适用性及关键影响因子,识别引起湖泊健康问题的主要指标,为今后的湖泊健康管理提供理论支持,并提出合理化建议。根据湖泊各项指标与参考状态或预期目标的偏离程度,将湖泊健康状况分为5级,即,接近参考状态或预期目标的为理想状况,与参考状态或预期目标有较小差异的为健康状态,与参考状态或预期目标有中度差异的为亚健康状态,与参考状态或预期目标有较大差异的为不健康状态,与参考状况或预期目标有显著差异的为病态。 5azArNQFFV8j5aqC4CRK0LD+Sj8t9yCLjW9cbrbA0pOSEKweFoEjaRZlqrjkh5hF

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