一种城市河流三维物理生境完整性评价技术制造技术

本发明专利技术提供了一种城市河流三维物理生境完整性评价技术，包括以下步骤：1)构建城市河流三维物理生境完整性评价指标体系；2)根据步骤1)中所述的指标计算方法进行野外调查；3)根据步骤2)中所述的野外调查结果构建城市河流三维物理生境完整性评价标准体系；4)利用改进的灰色聚类分析方法对城市河流三维物理生境完整性进行评价。本发明专利技术的评价方法适用于城市河流三维物理生境完整性的评价，有利于识别出城市河流物理生境较差的河段及造成城市河流物理生境完整性较差的指标因素，适用于环境科学与生态修复领域。

Three dimensional physical habitat integrity assessment technique for urban river

The present invention provides a three-dimensional city of river physical habitat integrity assessment technology, which comprises the following steps: 1) build three-dimensional city river physical habitat integrity evaluation index system; 2) according to step 1) the index calculation method of field survey; 3) according to step 2) in the field investigation the construction of standard system for integrity assessment of city 3D River physical habitat; 4) analysis method to evaluate the river city three-dimensional physical habitat integrity using improved grey clustering. The evaluation method of the invention is suitable for 3D City River Physical Habitat integrity, to identify the factors of city river physical habitat caused by poor River and city river physical habitat integrity is poor, is applied in the field of environmental science and ecological restoration.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及生态恢复领域，是一种可用于城市河流物理生境完整性评价的技术。本技术针对城市河流强人为干扰特征，从横向完整性、纵向完整性和垂向完整性三个维度选择了10个评价指标，构建了城市河流三维物理生境完整性评价指标体系；以城市河流所有监测点中各指标的最高得分为参考值构建城市河流物理生境完整性评价标准体系；引入信息熵对传统的灰色聚类评价方法进行改进，运用改进的灰色聚类评价方法对城市河流物理生境完整性开展评价。
技术介绍
河流与城市的发展息息相关，但由于受人类活动的影响，目前河流生态系统尤其是城市河流生态系统普遍退化严重。通常我们认为导致河流生态系统退化的原因包括土地利用的变化、水质污染、水量不足、生物多样性降低等。其中，河流水文地貌条件的改变被认为是导致河流生态系统退化的根本原因。对河流水文地貌条件进行评价，尤其是对河流的物理生境评价(很多学者认为河流物理生境评价是河流水文地貌评价的别称)被认为是河流管理和河流修复的中心环节。这主要是由于物理生境作为河流生境的重要组成部分，具有变化周期长，相对稳定的特点，对河流物理生境完整性开展评价，有助于识别凉水河生态环境日益恶化的根本原因，是保障和修复河流生态完整性的前提条件。1983年，Platts等人利用MESC对河流、河岸带和生物多样性三者之间的关系开展了研究(Plattsetal.，1983)，在随后不到20年的时间里关于河流物理生境评价的方法不断涌现，其中应用比较广泛的有QHEI(Rankinetal.，1989)、HGM(Rankinetal.，1989)和RHS(Simonetal.，1995)等方法。1999年美国环保署建立了河流物理栖息地评价体系，从河岸带、河道宽深比、河床条件、水生动植物等方面对河流的物理生境进行评价；欧盟也于2000年发布水框架指令(WFD，WaterFrameworkDirective)，指令要求从河流的河床、河岸带、水文等方面对欧盟境内的所有河流的水文地貌进行监测。评价体系和指令的出台，使得河流物理生境评价方法得到了进一步的发展。近年来，国内学者对河流物理生境评价开展了较多研究，但针对具有强人为干扰特征的城市河流开展河流物理生境完整性评价的技术方法较少。经专利检索，尚未检索到已授权或公开的关于城市河流物理生境完整性评价的技术，从三维完整性出发对河流物理生境完整性进行评价的方法尚属首次被提出。综上所述，从横向完整性、纵向完整性和垂向完整性三个维度出发，构建城市河流三维物理生境完整性评价技术，对城市河流物理生境完整性进行评价，对于指导城市河流的管理和开展物理生境完整性恢复具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种城市河流三维物理生境完整性评价技术，从横向完整性、纵向完整性和垂向完整性三个维度对城市河流物理生境完整性进行评价，最终用于指导和评估城市河流物理生境完整性恢复工作。为达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：提供一种城市河流三维物理生境完整性评价技术，包括以下步骤：1)构建城市河流物理生境三维完整性评价指标体系；2)根据步骤1)中所述的指标计算方法进行野外调查；3)根据步骤2)中所述的野外调查结果构建城市河流三维物理生境完整性评价标准体系；4)利用改进的灰色聚类分析方法对城市河流三维物理生境完整性进行评价。其中，步骤1)中所述的城市河流三维物理生境完整性包括横向完整性、纵向完整性和垂向完整性，横向完整性包括横向连通性、河岸植被覆盖率、河岸带植被缓冲带宽度指数、河岸带人类活动强度指数和河岸带土地利用类型指数；纵向完整性包括生态流量满足率、纵向连通性和河流蜿蜒度；垂向完整性包括底质构成指数和栖境复杂性指数。所述的横向连通性的计算公式为：1-Ha/Ta，其中Ha为河流两岸的硬化面积；Ta为两岸总面积。所述的河岸植被覆盖率的计算公式为：Va/Ta，其中Va为河岸植被覆盖面积；Ta为河岸总面积。所述的河岸植被缓冲带宽度指数的计算公式为：Wv/50，其中Wv为监测点河岸两侧各50m范围内河岸带植被缓冲带宽度。所述的河岸带人类活动强度指数的计算公式为：1-Dh/50，其中Dh为监测点两侧50m范围内大、中型机动车行使、河岸带采砂的距离。所述的河岸带土地利用类型指数的计算公式为：∑(Si×Vi)/8，其中∑(Si×Vi)为土地利用类型得分；Si为第i种土地利用类型面积除以监测点两侧50m总面积；Vi值查表1。表1.土地利用类型指数得分表土地利用类型得分土地利用类型得分土地利用类型得分自然阔叶/混交林8高大草本5人工草地2人造阔叶/混交林7.5湿地4.5农田1自然针叶林7自然草地4道路、建筑物0人工针叶林6.5果园3工厂-1灌木5.5公园3污水处理厂-2所述的生态流量满足率的计算公式为：Wn/Wd，其中Wn为现状流量；Wd生态需水量。所述的纵向连通性的计算公式为：Sd/10，其中Sd为监测点上下游10Km内距离监测点最近的闸坝与监测点的距离。所述的河流蜿蜒度的计算公式为：La/D-1，其中La为沿河流中线两点间的实际长度；D为该两点间的直线距离。所述的底质构成指数的计算公式为：Sa/4，其中Sa为监测点河道4m2范围内沙砾底质分布面积。所述的栖境复杂性指数的计算公式为：Hc/Hs，Hc为监测点河道25m2范围内复杂栖境数量；Hs为25m2范围内栖境总数量。步骤3)所述的根据野外调查结果构建城市河流三维物理生境完整性评价标准体系的计算方法为得分小于所有监测点中该指标最高得分的20％为差等级(I)，介于20％和40％之间为较差等级(II)，介于40％和60％之间为一般等级(III)，介于60％和80％之间为较好等级(IV)，大于等于最高分的80％为好的等级(V)。步骤3)所述的改进的灰色聚类分析方法是指借鉴信息熵的思想，在传统灰色聚类分析的基础上，利用信息熵计算各指标的信息熵权，利用传统的聚类权与信息熵权的乘积作为最终的聚类权。步骤3)所述的改进的灰色聚类分析方法的主要计算步骤包括以下一个步骤：(1)确定聚类白化数假设有m个监测点，每个监测点有n个监测指标，且每个指标有i个灰类(标准分级)，则构成m×n的白化矩阵。(2)数据的标准化处理1)监测指标的白化数的标准化处理对于聚类样本(各监测点)的原始白化数cki按照方程(1)进行标准化计算：式中，dkj为第k个监测点第j个监测指标的标准化值；ckj为第k个测点第j个监测指标的实测值；c0j为第j个因子的参考标准。2)灰类的标准化处理为了便于比较分析，仍使用c0j进行无量纲化处理，即：rji＝sji/c0ij∈(1，2，…，n)；i∈(1，2，…，h)(2)式中，rji为第j个监测指标第i个灰类sji的标准化处理值；sji为第j个监测指标第i个灰类；h为总的灰类数(评价等级数)。(3)确定白化函数白化函数反映聚类指标对灰类的亲疏关系。对于第j个监测指标第i个灰类，可用白化函数关系式来表达各个监测指标的白化值分别对i个灰类的亲疏关系。第j个监测指标的灰类1的白化函数为：第j个监测指标的灰类i的白化函数为：第j个监测指标的灰类h的白化函数为：(4)求算聚类权聚类权是衡量各个监测指标对同一灰类的权重，考虑到各监测指标对评价结果的贡献率不同，借鉴信息熵的思想，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市河流三维物理生境完整性评价技术，包括以下步骤：1)构建城市河流三维物理生境完整性评价指标体系；2)根据步骤1)中所述的指标计算方法进行野外调查；3)根据步骤2)中所述的野外调查结果构建城市河流三维物理生境完整性评价标准体系；4)利用改进的灰色聚类分析方法对城市河流物理生境三维完整性进行评价。

【技术特征摘要】
1.一种城市河流三维物理生境完整性评价技术，包括以下步骤：1)构建城市河流三维物理生境完整性评价指标体系；2)根据步骤1)中所述的指标计算方法进行野外调查；3)根据步骤2)中所述的野外调查结果构建城市河流三维物理生境完整性评价标准体系；4)利用改进的灰色聚类分析方法对城市河流物理生境三维完整性进行评价。2.权利要求1所述的城市河流三维物理生境完整性评价方法，其特征在于：步骤1)所述三维物理生境完整性的“三维”指的是横向、纵向和垂向。其中横向完整性包括横向连通性、河岸植被覆盖率、河岸带植被缓冲带宽度指数、河岸带人类活动强度指数和河岸带土地利用类型指数；纵向完整性包括生态流量满足率、纵向连通性和河...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静玲，孙斌，孟博，包坤，
申请(专利权)人：刘静玲，孙斌，孟博，
类型：发明
国别省市：北京;11