山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统技术方案

本发明专利技术提供的山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；基于复杂网络模型构建指标体系；利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。该系统能够利用复杂网络进行山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析，准确性高。

【技术实现步骤摘要】
山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统
本专利技术属于山地流域梯级水电开发
，具体涉及山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统。
技术介绍
山地流域是指山地型河流的集水区域，或是流域被包含于山地区域的部分。我国山地流域生物和水资源都高度丰富，随着社会经济的发展，对水资源的开发利用达到空前的规模。水电梯级开发获取清洁能源推动基础设施和城镇化的建设，促进了流域社会经济发展，但也使流域水系“原生状态”消失，取而代之是一系列由大坝拦截蓄水形成河流—水库串联交错的结构，破坏自然水系连续性与连通性，显著改变流域水系网络结构以及水系生态过程。国内外学者对流域开发的研究早期从地理学、水力学和工程学等关注流域水资源开发利用及重大基础设施建设，逐渐向社会学、生态学和城乡规划学等多学科拓展，开始关注流域开发与社会结构变迁产生的矛盾、对生态环境的影响以及人居环境和城镇发展模式等问题。研究发现，山地流域水电梯级开发与水系生态过程是一对由系列结构功能要素交互作用形成的复合体。水系生态过程是一个复杂的动态过程，水电梯级开发使得流域水系生态过程形态特征、水文过程、水温、水质、生物多样性保护和生态服务功能等都发生了改变，学者也相应从物理形态改变、化学物质循环及生物要素演变等方面进行探讨。而电站闸坝建设所产生的直接影响是将水系阻隔成若干相对独立的区段，改变了水系最主要的自然特性，使得水系连通性发生变化，从而导致物质能量的交换及运行规律受阻。相关学者们从环境问题与经济效益对立统一的理论视角，在能量流、生物物理量和系统理论支持下构建了能值分析、生态足迹和压力-状态-响应(PSR)等一系列技术方法，尝试分析评价这个动态复杂过程的基本特征，发现内在耦合规律。但对于指标因子选取、指标体系构建及指标权重的确定仍有很大的主观性，致使结果的客观性和准确性不高。为客观直接地反映梯级水电开发对流域水系生态过程的影响，尝试用复杂网络方法分析山地流域水系网络结构拓扑关系变化并对其进行量化表征。流域水系本身是一个远离平衡态的、开放的、自组织的复杂系统，复杂网络(ComplexNetwork)是一种用来描述自然、社会以及工程技术中互相关联的理论，作为研究复杂系统的理论工具。目前运用复杂网络对流域的分析侧重于研究流域水系的动力学内在现象和机制以及对水利水电工程设施节点重要性进行评价研究。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，能够利用复杂网络进行山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析，准确性高。一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；基于复杂网络模型构建指标体系；利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。优选地，所述构建复杂网络模型具体包括：利用pajek软件构建复杂网络模型。优选地，所述指标体系包括水系连通指数和水电开发产量。优选地，所述水系连通指数HC的计算公式如下：其中，n为待分析流域水系网络中的河段数量；Cij为待分析流域水系网络中相连通的河段i与河段j；所述河段i与河段j相连通是指河段i与河段j能够沿水流方向相连完成物质能量的交换。优选地，所述水电开发产量E的计算公式如下：其中，m为待分析流域水系中的水电站数量，ICi为待分析流域水系中第i个水电站的装机容量。优选地，所述耦合协调指标包括耦合度、综合评价指标和耦合协调度。优选地，所述耦合度C的计算公式如下：C＝[N(HC)×N(E)/(αN(HC)+N(HC))2]k；所述综合评价指标T的计算公式如下：T＝αN(HC)+βN(E)；所述耦合协调度D的计算公式如下：其中，N(x)为对指标进行归一化处理，其中xi为指标的原始值，xmin和xmax为指标的最小值和最大值；k为调节系数，k≥2；α,β为预设的系数。由上述技术方案可知，本专利技术提供的山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，尝试用复杂网络方法分析山地流域水系网络结构拓扑关系变化对其进行量化表征，进一步探讨梯级水电开发与山地流域水系生态过程交互耦合作用的发生机制，并就耦合机制的规律性进行分析，准确性高，以期为山地流域梯级水电开发提供科学参考。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为大渡河流域及梯级水电开发平面图。图2为耦合分析系统的模块框图。图3为耦合分析系统中处理器执行的方法流程图。图4为流域水系网络语义模型示意图。图5为大渡河流域水系平面图。图6为大渡河流域水系复杂网络模型。图7为流域水系连通结构示意。图8为水电站单个修建的情景下各指标变化情况。图9为水电站多组合修建流域水系连通指数最大值下各指标变化情况。图10为水电站多组合修建流域水系连通指数最大值下各指标变化情况。图11为水电站梯级规划修建的情景下各指标变化情况示意图。图12为水电站各情景下水系连通指数降速变化示意图。图13为修建单个水电站时水电站位置对流域水系连通程度及水系生态过程的影响示意图。图14为修建多个水电站时水电站位置对流域水系连通程度及水系生态过程的影响示意图。图15为山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合关系演化阶段划分示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。实施例：山地流域由于地势落差大，降水充足,河流水量大，水能丰富具有水电梯级开发的优势。水电梯级开发给整个流域的社会经济发展产生持久的推动作用的同时，也对山地流域水系生态过程造成了负面影响。水系连通性是对流域水系网络结构的研究，是流域水系生态过程连续性及完整性的内在依据，可系统地体现梯级水电开发对流域水系生态过程的变化。水电产能是水电梯级开发的直接经济产出。本实施例提供的系统，参见图2，包括处理器801、输入设备802、输出设备803和存储器804，所述处理器801、输入设备802、输出设备803和存储器804通过总线805相互连接，其中，所述存储器804用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器801被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：以大渡河作为分析靶区，采用复杂网络方法，结合现实情景，构建描述生态环境质量的水系连通指数指标(HC)、表征社会经济产出的水电开发产量指标(E)、衡量综合开发效益的指标(DROI)，并通过将大渡河流域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；基于复杂网络模型构建指标体系；利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。

【技术特征摘要】
1.一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；基于复杂网络模型构建指标体系；利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。2.根据权利要求1所述山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，其特征在于，所述构建复杂网络模型具体包括：利用pajek软件构建复杂网络模型。3.根据权利要求1所述山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，其特征在于，所述指标体系包括水系连通指数和水电开发产量。4.根据权利要求3所述山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，其特征在于，所述水系连通指数H...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，张然，万丹，魏猛，胡东洋，蔡浩田，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50