一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法技术

一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法，属于环境与生态水力学技术领域。该方法包括以下步骤：(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；(3)确定监测时间与频次；(4)确定表征水生态影响的理化监测指标；(5)基于理化监测指标值的参数非参数均值分析、主成分分析方法，确定引水与非引水期差异显著，并对理化环境变异贡献主导的敏感理化指标。本发明专利技术采用的敏感指标筛选方法易于操作，可快速判定受水湖泊对引水工程响应敏感的理化指标。本技术方法可为引水工程富营养化湖泊水生态环境影响的表征与评估提供有效手段，减少监测指标数量与工作量。

A technical method for screening water ecological effect sensitive physicochemical index of Water Diversion Project

【技术实现步骤摘要】
一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法
本专利技术属于环境与生态水力学
，具体涉及一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法。
技术介绍
近些年来，随着太湖、巢湖以及滇池等大型富营养化湖泊蓝藻水华暴发所引发的饮用水与生态危机日益严重，针对大型富营养化湖泊的引水调控工程受到有关部门的重视，已成为缓解蓝藻水华灾害的重要水利工程措施。而不同于小型湖泊，大型富营养化湖泊的引水调控工程对湖泊生态与环境的改善效果受到多方面因素的影响和制约，短期内难以获得理想的结果，引水调控工程往往需常态化运行。因此，引水工程对大型富营养化湖泊水动力、物理化学环境以及生物的影响需进行长期的动态跟踪研究。受引水工程客水水质等输入条件影响，受水湖泊水体理化环境往往响应敏感。因此，表征受水湖泊水体理化环境的变异是引水工程受水湖泊水生态效应评估的关键内容。现行的引水工程湖泊水生态效应的监测多参照水环境监测规则，采用水质常规指标，不仅缺少部分能够表征引水工程外源输入影响特征的理化指标，也存在监测指标不敏感，监测工作量大等问题。采用基于水体理化指标的主成分分析与均值比较方法，可有效筛选对引水工程响应敏感的理化指标，优化监测指标类型，减少监测成本与工作量。同时，由于监测指标易于获取，利于在监测部门推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法，为了实现该目的具体技术方案为：一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法，该方法包括以下步骤：(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；(2)根据现行水环境监测规则设置引水河道与受水湖泊监测点位；(3)依据引水工程运行规律确定监测时间与频次；(4)确定以水生生物群落指标与非生物理化指标作为表征水生态影响的监测指标；(5)基于理化监测指标值的参数非参数均值分析、主成分分析方法，确定引水与非引水期差异显著，并对理化环境变异贡献主导的敏感理化指标。优选的，所述步骤(1)中，监测的地理范围包括：引水工程输水河流入湖节制枢纽上游水域、湖泊直接承纳引水的受水水域。优选的，所述步骤(2)中，监测断面或点位的设置方法具体为：在引水工程输水河流入湖节制枢纽上游500m处设置监测断面；在输水河流入湖口至湖泊直接承纳引水的受水水域中心、左右岸边带方向设置至少3条监测轴线，且每条轴线应至少设置5个监测断面。优选的，所述步骤(3)中，监测时间与频次具体方法为：每次监测时间分非引水期和引水期，所述非引水期包含引水前和引水后；其中引水前的最后1天、引水后的第1天、引水期的第1天和最后1天必须监测，其余监测频次的时间按实际监测需求确定。优选的，所述步骤(4)中，监测指标具体为：水温、pH、浊度(Tur)、溶解氧(DO)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、氨氮(NH4-N)、硝酸盐氮(NO3-N)、叶绿素a(chla)、总有机碳(TOC)、硅酸盐(SiO3-Si)。优选的，所述步骤(5)中，敏感理化指标筛选的方法具体为：(1)对引水工程运行期间监测水域各点位的理化指标进行二维矩阵排列，输入数学统计分析软件(如SAS、SPSS等)，通过基于湖泊水体理化指标的主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)，对众多监测指标进行筛选，获得能够最大程度代表引水过程中湖泊理化环境空间变异特征的少数几个监测指标，作为引水生态修复工程水生态监测的部分敏感指标。(2)对监测水域监测点位理化指标的均值进行参数(方差分析)或非参数(T-检验)均值比较，通过对比引水工程运行前、后各监测指标的差异，在95％或99％的置信度水平上，区分出具有显著性差异的监测指标，作为引水生态修复工程水生态监测的部分敏感指标。(3)综合两种分析方法得出的敏感理化指标，筛选既能表征受水湖泊理化环境变异的主导理化指标，又呈现显著差异性的理化指标，作为受水湖泊引水工程响应敏感的理化指标，以减少监测工作量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所采用的技术方法可同时筛选能表征受水湖泊理化环境变异的主导理化指标与差异显著的理化指标，快速确定主要的水体敏感理化指标。(2)本专利技术的技术方法易于操作，在常用的统计分析软件中均可快速调用，分析结果可直接判定敏感理化指标。(3)本专利技术采用的监测指标对引水工程响应敏感，包含信息量大，易于获取，能客观反映短期引水活动对湖泊理化环境的影响，便于推广应用。附图说明图1为“引江济太”工程监测断面或点位分布图图2为同季节引水与非引水期贡湖湾水体部分生化参数均值比较图3为同季节引水与非引水期贡湖湾水体化学参数均值比较图4为引水期贡湖湾水体理化参数主成分分析其中，R1-R3，W1-W5、E1-E5、G1-G5、C1-C3为监测断面或监测点位编号；图2中，2013年8月、2014年1月、2014年11月为引水期，2013年7月、2013年1月以及2013年11月为同季节非引水期；图3中，2013年8月、2014年1月、2014年11月为引水期，2013年7月、2013年1月以及2013年11月为同季节非引水期；图4中，a)夏季、b)冬季、c)秋季。具体实施方式下面列举实施例对本专利技术进一步说明，但不因此限制本专利技术的内容。实施例1本实施例结合太湖流域“引江济太”工程进一步阐述一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法。具体过程如下：(1)界定监测范围“引江济太”工程，通过望虞河调引长江入太湖，旨在确保太湖的水资源供应量和抑制太湖的蓝藻水华发生，引水工程的输水河流为望虞河，湖泊直接承纳引水的受水水域为贡湖湾。据此，确定本实施例的监测范围为望虞河望亭水利枢纽上游河段、贡湖湾。(2)设置监测断面或点位依据《地表水与污水监测技术规范》(HJ-T91-2002)中河流、湖泊监测断面或点位的布设原则，本实施例在望亭水利枢纽上游河段处布设3个监测断面，编号分别为R1、R2和R3，用以监测望虞河来水；在贡湖湾西岸、贡湖湾东岸以及贡湖湾中心轴线等距离分别布设5个监测点位，编号分别为W1-W5、E1-E5和G1-G5；同时，在贡湖湾外围湖心区布设3个监测点位C1-C3，作为贡湖湾的参考点。本实施例监测断面或点位具体如图1所示。(3)确定监测时间与频次根据2013-2014年望虞河“引江济太”工程的运行情况，选取每年的4个季度，具体为2013年的1、7、8、11月与2014年1、11月中旬进行现场观测与样品采集，其中2013年8月中旬，2014年1月中旬，2014年11月中旬望虞河均有引水入湖活动，其余时间作为同季节的非引水期对照。主要分析丰水期(7、8月为夏季)、平水期(11月为秋季)、枯水期(1月为冬季)望虞河引水入湖对太湖受水湖区水环境要素时空分布格局的影响。(4)指标监测包括水温、pH、浊度(Tur)、溶解氧(DO)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、氨氮(NH4-N)、硝酸盐氮(NO3-N)、叶绿素a(chla)、总有机碳(TOC)、硅酸盐(SiO3-Si)。(5)敏感理化指标筛选对冬、夏、秋季引水期与非引水期贡湖湾水体水温、DO、浊度、pH、CODMn以及Chla的均值进行比较(图2)，结果表明：不同季本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；(3)确定监测时间与频次；(4)确定表征水生态影响的监测指标；(5)基于理化监测指标值的参数非参数均值分析、主成分分析方法，确定引水与非引水期差异显著，并对理化环境变异贡献主导的敏感理化指标。

【技术特征摘要】
1.一种引水工程湖泊水生态效应敏感理化指标筛选技术方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)界定引水工程湖泊水生态影响监测的地理范围；(2)设置引水河道与受水湖泊监测点位；(3)确定监测时间与频次；(4)确定表征水生态影响的监测指标；(5)基于理化监测指标值的参数非参数均值分析、主成分分析方法，确定引水与非引水期差异显著，并对理化环境变异贡献主导的敏感理化指标。2.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，监测的地理范围包括：引水工程输水河流入湖节制枢纽上游水域、湖泊直接承纳引水的受水水域。3.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，监测断面或点位的设置方法具体为：在引水工程输水河流入湖节制枢纽上游500m处设置监测断面；在输水河流入湖口至湖泊直接承纳引水的受水水域中心、左右岸边带方向设置至少3条监测轴线，且每条轴线应至少设置5个监测断面。4.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，监测时间与频次具体方法为：每次监测时间分非引水期和引水期，所述非引水期包含引水前和引水后；其中引水前的最后1天、引水后的第1天、引水期的第1天和最后1天必须监测，其余监测频次的时间按实际监测需求确定。5.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴江玉，吴时强，吴修锋，薛万云，杨倩倩，王芳芳，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32