基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，包括：步骤1、采用网格法布设河流水环境监测点，每个网格中河段布设1个监测点；步骤2、以水环境监测指标为样本，采用统计软件中样本聚类分析方法对监测点进行初始分类并进行优化；步骤3、以水环境监测指标为基础，结合监测点分类，采用Pearson方法分析水环境监测指标之间及其与分类之间的相关关系，选择具有显著性相关的指标作为关键指标，在此基础上，选择与分类相关系数最大且相关水平最为显著的指标，作为河流健康评估单元划分的分区指标；步骤4、采用Arcgis10.2软件对步骤3得到的分区指标进行空间插值，以标准值为边界，结合河流形态和空间插值范围，综合划分河流健康评估单元。

【技术实现步骤摘要】
基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法
本专利技术属于生态环境保护
，具体涉及一种基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法。
技术介绍
河流健康状态是河流水生态系统保护与管理的重要基础。河流水生态系统主要由水生生物群落与水环境共同组成，并且其结构和功能存在空间分异现象，其中水环境因子是影响水生生物组成、生物量及多样性的重要因素，水环境因子的变化直接影响河流健康状态。河流健康评估单元是河流健康评估和生态系统保护的重要基础，可以揭示河流生态系统健康空间特征差异，为水生态健康评估、保护措施的制定提供科学依据。目前，河流健康评估单元多集中于区域或者流域尺度，通常以监测样点为基础，结合上中下游河段、区域或流域开展样点-上中下游河段、样点-区域、样点-流域、流域等评估单元的河流健康状态评估研究，其中以流域为评估单元的研究多基于流域数字高程模型，采用Arcgis软件中水文分析模块进行划分小流域作为评估单元，少量的研究依托河流水文和水环境监测点情况，定性的对河流进行上中下游分段，作为健康评估单元。由于河流水生态系统具有连续性，依托地理、水文特征和行政单元划分的健康评估单元，忽略了样点的代表性和河流水环境与生态系统的连续性，具有一定的局限性，因此，有必要以水环境监测数据为依托，科学划分河流健康评估单元，使河流健康评估单元内水生态环境具有一致性和连续性，不同评估单元之间具有空间差异性，同时为进一步增加不同评估单元在河流健康评估中的权重提供量化依据。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，该方法科学布设河流水环境监测点，结合水环境监测数据，甄别河流健康评估单元划分指标，构建河流健康评估单元划分方法，科学划定河流健康评估单元，量化各评估单元所占比重，为抚河流域健康评估、生态保护与综合管理提供支撑。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，包括以下步骤：步骤1、布局监测点采用网格法布设河流水环境监测点，每个网格中河段布设1个监测点；步骤2、对监测点进行初始分类及优化以水环境监测指标TN、TP、NH3-N、CODMn、BOD5和Chla六个指标在丰水期、平水期和枯水期三个时段的平均值为样本，采用SPSS16.0统计软件中样本聚类分析方法对监测点进行初始分类；然后对水环境监测点进行分类及优化，确定水环境点分类；步骤3、河流健康评估单元分区指标确定以水环境监测指标为基础，结合监测点分类，采用Pearson方法分析水环境监测指标之间及其与分类之间的相关关系，选择具有显著性相关的指标作为关键指标，在此基础上，选择与分类相关系数最大且相关水平最为显著的指标，作为河流健康评估单元划分的分区指标；步骤4、河流健康评估单元分区划分采用Arcgis10.2软件对步骤3得到的分区指标进行空间插值，以标准值为边界，结合河流形态和空间插值范围，综合划分河流健康评估单元。所述步骤1中，水环境监测点布局遵循以下原则：A.空间离散原则，全面对流域主要干支流进行布设监测点，干流10km布设监测点，支流20km布设监测点；B.上、中、下游统筹，干支流兼顾原则，监测布设既要考虑河流上游、中游和下游，同时考虑干流和支流；较小的支流可以概化，不需要布设监测点；C.支流在汇入干流前，布设支流监测点，多个支流汇入干流后，布设干流监测点；D.重要节点布设监测点，在干支流的源头区、重要城市节点布置监测点；重点生态水利工程，分别在工程上下游区域布设监测点。步骤2中，水环境监测点布局优化原则主要包括以下五个方面：(1)在水环境特征相似监测点中，由样点监测值与该类样本平均值进行拟合程度分析，拟合程度接近的点，误差越小，选择该监测点为该类样本的优选点；(2)在样本较多条件下，如果相似监测点数量较多，则在该类监测点中，结合空间布局，适当增加与该类样本平均值拟合度差异较大的监测点作为该类的优选点；(3)若两个相邻监测点具有相似水环境特征时，在上游区域，优化布局时选择接近源头点作为代表点；中游和下游区域，选择下游监测点作为代表点位；(4)若三个相邻监测点具有相似水环境特征时，优化布局时选择中间监测点作为代表点位；(5)考虑监测布局水环境差异显著特征，若代表点距离较近，并且同类监测点已经有代表性监测点，增加其他类别的监测点，使监测点空间离散分布。步骤4中还包括河流健康评估单元划分标准确定步骤，具体是：假设因子I共m个监测数据，分为n类，分别为S1，S2，……，Sn，在各类中，该类别的最大值和最小值采用取整计算，则第i类最大值为[Simax]+1，最小值为[Simin]；计算第j类和第j+1类的划分标准时，分别计算第j类中最大值Sjmax和j+1类最小值Sj+1min，然后进行取整，[]为取整函数，则取[Sjmax]+1[([Sj+1min]-([Sjmax]+1))/2]作为j类和第j+1类的划分标准；第1类和第n类的[S1min]和[Sn]+1)分别按照实际指标值进行划分。每个评估单元包含至少一个监测点。支流按照汇入干流节点为控制点划分评估单元。源头区按照空间分区边界进行划分。具有差异的监测布局分类划分为不同的评估单元。有益效果：本专利技术科学构建了河流健康评估单元指标选择、分区标准和划分方法，以水环境监测数据为基础，具有适用性，使河流健康评估单元内水生态环境具有一致性和连续性，不同评估单元之间具有空间差异性，同时为进一步增加不同评估单元在河流健康评估中的权重提供量化依据，为进一步科学开展河流健康综合评估提供支撑。附图说明图1为抚河流域概化及水环境监测点布设图；图2为河流健康评估分区指标筛选概念图；图3为抚河健康评估分区指标空间插值图；图4为抚河健康评估分区图。具体实施方式下面结合具体实施例以及说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，以使本领域技术人员能够更加充分理解本专利技术。抚河是鄱阳湖水系的第二大河流，为改善流域水生态环境，以抚河流域全流域为单元，实施水资源保护工程、污染治理工程、水土保持工程、生态保护和修复工程、环境监测平台建设工程等流域生态保护与综合治理项目，产生了显著的生态和环境效益。本专利技术以抚河为对象，基于水环境监测点布局及其优化方法，科学布设河流水环境监测点，结合水环境监测数据，甄别河流健康评估单元划分指标，构建河流健康评估单元划分方法，科学划定河流健康评估单元，量化各评估单元所占比重，为抚河流域健康评估、生态保护与综合管理提供支撑。区域概况如图1所示，抚河流域地处东经115°35＇-117°09＇、北纬26°30＇-28°50＇之间，位于江西省东部。抚河主河道长348km，流域面积15717km2。源头至南城158km为上游，河宽200-400m；南城至临水汇合口为77.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、布局监测点/n采用网格法布设河流水环境监测点，每个网格中河段布设 1个监测点；/n步骤2、对监测点进行初始分类及优化/n以水环境监测指标TN、TP、NH

【技术特征摘要】
1.基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、布局监测点
采用网格法布设河流水环境监测点，每个网格中河段布设1个监测点；
步骤2、对监测点进行初始分类及优化
以水环境监测指标TN、TP、NH3-N、CODMn、BOD5和Chla六个指标在丰水期、平水期和枯水期三个时段的平均值为样本，采用SPSS16.0统计软件中样本聚类分析方法对监测点进行初始分类；然后对水环境监测点进行分类及优化，确定水环境点分类；
步骤3、河流健康评估单元分区指标确定
以水环境监测指标为基础，结合监测点分类，采用Pearson方法分析水环境监测指标之间及其与分类之间的相关关系，选择具有显著性相关的指标作为关键指标，在此基础上，选择与分类相关系数最大且相关水平最为显著的指标，作为河流健康评估单元划分的分区指标；
步骤4、河流健康评估单元分区划分
采用Arcgis10.2软件对步骤3得到的分区指标进行空间插值，以标准值为边界，结合河流形态和空间插值范围，综合划分河流健康评估单元。


2.根据权利要求1所述的基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，其特征在于，所述步骤1中，水环境监测点布局遵循以下原则：
A．空间离散原则，全面对流域主要干支流进行布设监测点，干流10km布设监测点，支流20km布设监测点；
B．上、中、下游统筹，干支流兼顾原则，监测布设既要考虑河流上游、中游和下游，同时考虑干流和支流；较小的支流可以概化，不需要布设监测点；
C．支流在汇入干流前，布设支流监测点，多个支流汇入干流后，布设干流监测点；
D．重要节点布设监测点，在干支流的源头区、重要城市节点布置监测点；重点生态水利工程，分别在工程上下游区域布设监测点。


3.根据权利要求1所述的基于水环境监测的河流健康评估单元划分方法，其特征在于，步骤2中，水环境监测点布局优化原则主要包括以下五个方面：
（1）在水环境特征相似监测点中，由样点监测值与该类样本平均值进行拟合程度分析，拟合程度接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聚涛，温春云，胡芳，戴国飞，丁惠君，楼倩，杨平，韩柳，王法磊，张兰婷，
申请(专利权)人：江西省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36