一种流域生态系统健康状况评估方法技术方案

本发明专利技术涉及流域生态系统的监测评价技术领域，具体涉及一种流域生态系统健康状况评估方法；包括以下步骤：步骤一，指标体系的构建：（1）候选指标的确定；（2）选取其中相对独立且重要的指标作为评价指标；步骤二，基于评价指标体系进行如下两方面的生态系统健康状况评估：第一方面，流域生态系统健康综合评价使用改进的灰色关联度方法，依据最大隶属度的原则选择最大关联度值所属健康等级，确定所评价采样点的河流流域生态系统健康综合状况；第二方面，采用熵值赋权法确定各指标的权重；本发明专利技术方法所建立的综合评价指标体系能够从水体物理、化学、生态系统、水生生物生存环境等方面整体反映汾河流域生态系统的自然属性，精确度很高。精确度很高。精确度很高。

【技术实现步骤摘要】
一种流域生态系统健康状况评估方法


[0001]本专利技术涉及流域生态系统的监测评价
，具体涉及一种流域生态系统健康状况评估方法。

技术介绍

[0002]生态环境和流域生态健康是当今人类共同面对且需优先解决的重大问题,生态系统健康评价也己成为生态学研究的热点课题。随着人类社会经济的发展,人类活动对生态系统的干扰范围不断扩大,地球生系统也正因此受到严重胁迫,如河湖水富营养化、土壤的酸化及盐碱化、贫瘠土地沙漠化、植被退化等,人类活动不仅危害了生态系统健康,而且也在逐渐危及人类自身的健康。生态系统健康评价是一种全新研究生态系统的方法,自20世纪90年代以来,倍受专家学者、各部门以及科研单位的关注,成为生态学范畴研究热点,也是生态学最具活力的研究前沿课题之一。经过十几年的发展，国内外学者已经建立了生态系统健康评价的综合性框架，定义了主要的因素、标准和方法，发展了用于生态系统健康评价的模型和相关方法，对各类生态系统健康的研究取得了一定的成果，但生态系统健康评价还处于实验和摸索阶段，尚未形成十分成熟的方法，特别对影响因子与生态系统健康状况的关联、耦合关系，研究较少。随着人们对环境问题的关注，以及新技术、新方法的运用，生态系统健康评价研究将有新的突破。
[0003]流域是个独立的地貌单元,其拥有生态完整性,是一个自然、经济、社会的复合生态系统。但随着社会经济高速发展和各类水利工程的竣工,流域完整性受到人类干扰,工农业和生活污染物对河流的污染越发严重。由于从河流水库超量引水造成河流自身水量不能够满足生态用水的最低需求,各种水利工程的建设、城区对河道的景观改造等导致天然河流非连续化和渠道化。植被破坏、水土流失,这些因素已严重影响到流域生态系统的健康和流域经济的健康发展。因此，流域生态系统健康的研究已日益受到人类的重视，不同国家和地区已越来越把以流域为单元，建立生态系统健康的评价体系、恢复流域生态系统或从生态系统健康的角度综合整治流域环境作为流域开发的重要措施，系统健康的评价方法，对认识流域生态系统的健康程度，监测其演变规律，优化系统的结构与功能，以及对流域综合开发与管理及流域可持续发展具有重要的理论意义和指导意义。
[0004]山西省河流众多，流域面积在100km2以上的河流有240多条，其中流域面积大于4000km2的有8条。汾河是山西境内第一大河，是黄河第二大支流，全长716km，流域面积39471km2，纵贯山西南北，流经太原、临汾和运城三大盆地，至河津和万荣注入黄河，是山西人民的“母亲”河。汾河流域是山西省工业集中、农业发达的地区，在山西省的经济发展中具有举足轻重的作用，同时沿途人口稠密，厂矿众多，是山西省主要的粮棉产地。此外，汾河是山西省工农业生产和人民生活用水的主要水源，其流域取水总量，占全省水利用总量的46％。长期以来，在汾河流域的开发建设中，由于忽略了经济建设与环境协调发展的关系，致使汾河水体受到污染,植被的破坏、水土流失的加剧、土地退化等，这些因素已严重影响到流域生态系统的健康和流域经济的健康发展。在汾河上中游流域健康评估工作过程中，
我们逐步认识到河湖健康评估工作是一项需要长期探索的工作。由于汾河本身的独特性和复杂性，全国统一的河湖健康评估体系中某些指标及标准并不完全适用于汾河。随着汾河治理开发和保护工作不断取得新的成效以及汾河生态环境方面的新的问题和矛盾不断显现，健康评估的方向和重点也应随之不断调整。因此，亟待在已有工作基础上，完善流域健康评估指标体系和评价方法，建立起符合汾河及其它流域的实际、可操作性强的健康评估指标体系显得尤为必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决目前统一的河湖健康评估体系中某些指标及标准并不完全适用于任意流域的技术问题，从而提供一种流域生态系统健康状况评估方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种流域生态系统健康状况评估方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，指标体系的构建：
[0008](1)候选指标的确定：在研究区内设置多个采样点，从水体理化特征和河流生态系统状况两个方面选取了多项反映河流特征的状态指标作为河流健康评价的候选指标；
[0009](2)对各个采样点的候选指标进行测定，分析指标对河流健康等级判别的能力，将不敏感或有歧义的指标删除掉，分析指标对河流生态系统的特征贡献率，利用PCA法对候选指标所测得的数据进行统计分析，按照累计方差超过70％的原则提取主成分，通过最大方差旋转法选择载荷值大于0.6的指标进入下一轮筛选，然后分析指标的独立性，选取其中相对独立且重要的指标作为评价指标；
[0010]步骤二，基于步骤一的评价指标体系进行如下两方面的生态系统健康状况评估：
[0011]第一方面，流域生态系统健康综合评价使用改进的灰色关联度方法，采用基于点到区间距离关联系数公式的灰色关联度方法；计算过程中，将河流健康具体分为5个等级：健康、亚健康、一般、较差和极差；将各采样点标准化后的实测数据作为参考数列，评价标准值作为比较区间，利用灰色关联度方法分别计算各采样点与5个健康等级标准间的灰色关联度值，依据最大隶属度的原则选择最大关联度值所属健康等级，便可确定所评价采样点的河流流域生态系统健康综合状况；
[0012]第二方面，采用熵值赋权法确定各指标的权重。
[0013]进一步的，步骤一中反映水体水体理化特征的指标共有25个，包括电导率，pH，DO，氧化还原电位，BOD5，石油类，氟化物、氰化物、六价铬、TP、NH3‑
N、TN、NO2‑
‑
N、NO3‑
‑
N、阴离子表面活性剂、PAHs、COD
cr
、Hg、As、Zn、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni。
[0014]进一步的，步骤一中反映河流生态系统状况的指标有2个，包括底栖动物多样性综合指数和鱼类多样性综合指数。
[0015]进一步的，步骤一(2)中分析指标的独立性的方法采用SPSS 19.0统计软件进行，包括为对候选指标进行正态分布检验，然后分别采用Pearson相关性分析及Spearman秩相关性分析符合与不符合正态分布的候选指标，依据显著性水平来确定各指标间信息重叠程度，结合实际经验，选取其中相对独立且重要的指标作为评价指标。
[0016]进一步的，步骤二中的改进的灰色关联度方法步骤如下：
[0017]a确定参考数列和比较数列
[0018]设X0＝{x0(k)|k＝1,2,
…
n}为参考数列(又称母数列)
[0019]设X
i
＝{x
i
(k)|k＝1,2,
…
n}(i＝1,2,
…
,m)为比较数列(又称子数列)
[0020]对参考数列及比较数列，均需作生成处理。
[0021]b求关联系数
[0022]数列X0与X
i
关联系数为
[0023][0024]定义x
i
(k)＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流域生态系统健康状况评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，指标体系的构建：(1)候选指标的确定：在研究区内设置多个采样点，从水体理化特征和河流生态系统状况两个方面选取了多项反映河流特征的状态指标作为河流健康评价的候选指标；(2)对各个采样点的候选指标进行测定，分析指标对河流健康等级判别的能力，将不敏感或有歧义的指标删除掉，分析指标对河流生态系统的特征贡献率，利用PCA法对候选指标所测得的数据进行统计分析，按照累计方差超过70％的原则提取主成分，通过最大方差旋转法选择载荷值大于0.6的指标进入下一轮筛选，然后分析指标的独立性，选取其中相对独立且重要的指标作为评价指标；步骤二，基于步骤一的评价指标体系进行如下两方面的生态系统健康状况评估：第一方面，流域生态系统健康综合评价使用改进的灰色关联度方法，采用基于点到区间距离关联系数公式的灰色关联度方法；计算过程中，将河流健康具体分为5个等级：健康、亚健康、一般、较差和极差；将各采样点标准化后的实测数据作为参考数列，评价标准值作为比较区间，利用灰色关联度方法分别计算各采样点与5个健康等级标准间的灰色关联度值，依据最大隶属度的原则选择最大关联度值所属健康等级，便可确定所评价采样点的河流流域生态系统健康综合状况；第二方面，采用熵值赋权法确定各指标的权重。2.根据权利要求1所述的一种流域生态系统健康状况评估方法，其特征在于，步骤一中反映水体水体理化特征的指标共有25个，包括电导率，pH，DO，氧化还原电位，BOD5，石油类，氟化物、氰化物、六价铬、TP、NH3‑
N、TN、NO2‑
‑
N、NO3‑
‑
N、阴离子表面活性剂、PAHs、COD
cr
、Hg、As、Zn、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni。3.根据权利要求1所述的一种流域生态系统健康状况评估方法，其特征在于，步骤一中反映河流生态系统状况的指标有2个，包括底栖动物多样性综合指数和鱼类多样性综合指数。4.根据权利要求1所述的一种流域生态系统健康状况评估方法，其特征在于，步骤一(2)中分析指标的独立性的方法采用SPSS 19.0统计软件进行，包括为对候选指标进行正态分布检验，然后分别采用Pearson相关性分析及Spearman秩相关性分析符合与不符合正态分布的候选指标，依据显著性水平来确定各指标间信息重叠程度，结合实际经验，选取其中相对独立且重要的指标作为评价指标。5.根据权利要求1所述的一种流域生态系统健康状况评估方法，其特征在于，步骤二中的改进的灰色关联度方法步骤如下：a确定参考数列和比较数列设X0＝{x0(k)|k＝1,2,
…
n}为参考数列(又称母数列)设X
i
＝{x
i
(k)|k＝1,2,
…
n}(i＝1,2,
…
,m)为比较数列...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵颖，
申请(专利权)人：山西省生态环境监测和应急保障中心山西省生态环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：