[发明专利]一种区域海洋生物指数和污染承载指数的评价方法

权利要求书

1.一种区域海洋生物指数和污染承载指数的评价方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、确定生物指数评价体系和污染承载指数评价体系

将生物指数评价体系划分为生物指数目标层和生物指数指标层，其中，生物指数目标层为区域海洋生物指数，生物指数指标层由浮游植物种类、浮游植物密度、浮游动物种类、浮游动物密度、底栖生物种类和底栖生物密度这6项指标所组成，底栖生物包括底栖动物和底栖植物；

将污染承载指数评价体系划分为污染承载指数目标层和污染承载指数指标层，其中，污染承载指数目标层为区域海洋污染承载指数，污染承载指数指标层由化学需氧量、溶解氧量及活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、无机氮、石油类、重金属铜和重金属铅浓度这10项指标组成；

S2、选取海域勘测点

在选定海域预先布设若干初级采样点，对该海域的进行初步调查，再根据初步调查结果，以初级采样点为基点，按照网格式布点规则确定目标采样点，通过无线电导航布设目标采样点标志；

S3、获取原始勘测数据

运用便携式水质检测仪，对目标采样点所在的海域各点进行初步数据测量，初步测量项目包括溶解氧量、pH值和水温；后利用浮游生物采样网采集目标采样点所在的海域各点的浮游生物样品，并利用底泥采集器和有机玻璃采水器采集目标采样点所在的海域各点的底泥样品和海水样品，将采集的样品固定后带回实验室做进一步处理分析；

在实验室内，检测并获取目标采样点所在的海域内各指标的原始勘测数据：对于生物指数指标层内的指标，浮游植物种类、浮游植物密度、浮游动物种类和浮游动物密度的测定需将适量样品吸取至载玻片，制成定性样本片，后运用浮游生物鉴定计数仪进行测定，底栖生物种类和底栖生物密度的测定需要先将定量底泥进行淘洗，用筛网进行过滤后，在放大镜或体视显微镜下鉴定种类，总种数的90～95％应鉴定到种，并根据得到的种类数目计算底栖生物密度；对于污染承载指数指标层内的指标，通过重铬酸钾法测定海水样品的化学需氧量，采用磷钼蓝法测定海水样品的活性磷酸盐浓度，采用重氮偶合分光光度法测定海水样品的亚硝酸盐浓度，采用酚二磺酸分光光度法测定海水样品的硝酸盐浓度，采用水杨酸分光光度法测定海水样品的氨氮浓度，采用紫外测油仪测定海水样品的石油类浓度，采用石墨炉原子吸收光谱测定海水样品的重金属铜浓度和重金属铅浓度；

无机氮是硝酸盐氮、亚硝酸盐和氨氮的总和，无机氮的计算公式如下：

c(N)＝14×10^-3[c(NO₃-N)+c(NO₂-N)+c(NH₃-N)](1)

式(1)中：c(N)为无机氮浓度，以N计，单位为mg/L；c(NO₃-N)为用监测方法测出的海水样品中硝酸盐的浓度；c(NO₂-N)为用监测方法测出的海水样品中亚硝酸盐的浓度；c(NH₃-N)为用监测方法测出的海水样品中氨氮的浓度；

S4、确定各指标特征值

根据期刊文献和生态环境局发布的历年海洋环境公报中公开的海水特征资料，海水特征资料包括目标采样点所在海域的区域海洋水文要素信息以及往年该区域的各项指标数据，确定各指标特征值，确定的各指标特征值如下：

指标	特征值
COD(mg/L)	1.00～2.00
DO(mg/L)	5.00～10.00
活性磷酸盐(mg/L)	0.02～0.08
亚硝酸盐(mg/L)	0.00～0.05
硝酸盐(mg/L)	0.50～1.00
氨氮(mg/L)	0.01～0.05
无机氮(mg/L)	0.00～0.02
石油类(mg/L)	0.00～0.04
重金属铜(μg/L)	1.00～4.00
重金属铅(μg/L)	0.20～1.00

根据确定的各指标特征值，对获取的污染承载指数指标层内指标的原始勘测数据进行优选汇总得到优选的指标数值，剔除与海水特征相差较大的数据，不在特征值范围内的原始勘测数据予以剔除；

S5、求得各指标在各目标采样点的原始勘测数据的平均值，该平均值即为该指标在第j年的实际值；

S6、重复S2～S5步骤5次以上，即：测定时间周期为一年一次，连续测定5次以上；

S7、将生物指数指标层内的指标和污染承载指数指标层内的指标分别划分为正向指标和负向指标，其中，如果某项指标优选的指标数值越大则对海水生态环境质量越有利，则定义该指标为正向指标；如果某项指标优选的指标数值越大则对海水生态环境质量越不利，则定义该指标为负向指标；

根据正向指标和负向指标的定义，生物指数指标层内的正向指标为：浮游植物种类、浮游动物种类、底栖生物种类、底栖生物密度，负向指标为：浮游动物密度、浮游植物密度；污染承载指数指标层内的正向指标为：溶解氧量，负向指标为：化学需氧量及活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、无机氮、石油类、重金属铜和重金属铅浓度；

对5次以上连续测定得到的所有优选的指标数值进行标准化取值处理，使标准化取值处理的结果映射在[0,1]区间内，标准化取值处理分为正向指标的标准化取值处理和负向指标的标准化取值处理，具体公式如下：

正向指标的标准化取值处理：

负向指标的标准化取值处理：

式(2)和式(3)中，b_ij为第i项指标第j年的实际值，b_ij’为第i项指标第j年的标准值，max(b_ij)和min(b_ij)分别为第i项指标在5次以上连续测定得到的优选的指标数值中的最大值和最小值；设定标准化参数K为0.9；

S8、确定各指标权重

依据标准化取值处理的计算结果，采用熵权法确定各指标的权重：对于某项指标，用信息熵来判断该指标的离散程度，信息熵越小，则该指标的离散程度越大，对综合评价的影响(即权重)就越大；确定各指标权重的具体流程为：

S8.1、确定各指标的特征比重，具体公式如下：

式(4)中，c_ij为第i项指标第j年的特征比重，n为所取年数；

S8.2、确定各指标的信息熵，具体公式如下：

式(5)中，H_i为第i项指标的信息熵；

S8.3、确定各指标的权重，具体公式如下：

式(6)中：w_i为第i项指标的熵权，m为生物指数指标层或污染承载指数指标层内指标的数量，m＝6或10；

S8.4、基于各指标的权重，计算区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y，其中，区域海洋生物指数C_X根据水体中生物指数指标层内生物种类和数目表达海水生态环境质量，是运用数学公式求得的反映水体生物多样性的数值，该数值越大，则代表海洋生态环境越好；区域海洋污染承载指数C_y是基于污染承载指数指标层内各项指标并依据数学公式求得的反映水体污染承载能力的数值，即水体能够承受的污染物的最大容量，该数值越大，则代表海洋生态环境越好；区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y的计算公式如下：

式(7)和式(8)中，W_i为各指标的权重；

S9、根据区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y的计算结果，对生物指数评价体系和污染承载指数评价体系进行定量分析，确定评价标准，即：将各个年份的区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y根据阈值分为以劣、良、优三等表示的评价结果，并将评价结果绘制成图，分析数年间区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y的变化趋势，基于各指标的标准化取值探究影响区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y的关键指标，并将区域海洋生物指数C_X和区域海洋污染承载指数C_y进行对比分析，探寻两者间的内在联系。