一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法技术

本发明专利技术提供一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，涉及生态水利领域，所述方法包括：步骤S1：构建鱼道效果评价指标体系；步骤S2：建立数据样本动态更新的评价指标数据集；步骤S3：筛选识别关键评价指标；步骤S4：构建鱼道效果评价模型；步骤S5：构建鱼道问题诊断模型；步骤S6：开展具体鱼道工程的效果评价与问题诊断。本发明专利技术可基于鱼道环境要素和运管因素间接量化评价鱼道过鱼效果，并能诊断识别具体鱼道工程所存在问题的关键驱动因子，为水生态保护工作提供技术支撑。为水生态保护工作提供技术支撑。为水生态保护工作提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法


[0001]本专利技术属于生态水利领域，具体涉及一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法。

技术介绍

[0002]人们在开发利用河流的过程中建设了大量水工程，在防洪、供水、发电、航运等方面发挥了重要作用，但也深刻改变了水工程上下游水流环境特征，造成了鱼类洄游受阻、流域连通性下降、水生生物多样性降低等生态问题。鱼道作为一种重要的工程技术手段，为鱼类等水生生物提供了洄游性和交流路径，是改善流域生境连通性的重要工程措施。然而鱼道实际运行效果仍有待改善。
[0003]当前，鱼道效果的评估主要采用网捕、PIT等直接监测方法，通过统计目标鱼类数量和通过比例评价过鱼效果，可直观表征鱼道的过鱼效果。同时，鱼道监测工作也在环境要素和运管因素等方面积累了一定的数据。
[0004]然而，现有鱼道监测评价工作仍存在的不足包括：单个鱼道工程监测的目标鱼类数量有限，数据获取质量和直接评价结果代表性较低；监测工作量大，周期长，费用较高；评价结果较难直接揭示鱼道问题存在的具体环节，问题诊断能力缺乏；评价工作很少考虑运管水平的影响。
[0005]与直接监测过鱼效果不同，鱼道环境要素和运管水平监测和调研工作量小，数据获取质量高。本专利技术在构建鱼道效果评价指标体系和基础数据集的基础上，量化了鱼道环境要素与鱼道直接过鱼效果之间的数学关系，建立新的鱼道效果评价与诊断方法，通过耦合环境要素和运管因素，实现鱼道效果的间接高效评价，诊断识别影响鱼道效果关键驱动因子。
专利技术内容
[0006]本专利技术的目的是为克服现有技术的上述不足，提供一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，建立鱼道环境要素与鱼道直接过鱼效果之间的数学关系，可基于鱼道环境要素间接评价鱼道过鱼效果，并能诊断识别典型鱼道所存在问题的关键驱动因子，为水生态保护工作提供技术支撑。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1：构建鱼道效果评价指标体系，所述鱼道效果评价指标体系包括间接指标层和直接指标层；
[0009]步骤S2：建立评价指标数据集，动态更新评价指标数据集内的数据样本；
[0010]步骤S3：筛选识别关键评价指标；
[0011]步骤S4：构建鱼道效果评价模型；
[0012]步骤S5：构建鱼道问题诊断模型；
[0013]步骤S6：根据步骤S4构建的鱼道效果评价模型和步骤S5构建的鱼道问题诊断模型开展具体鱼道工程的效果评价与问题诊断。
[0014]进一步的，所述的步骤S1包括以下分步骤：
[0015]S11：结合现阶段评价目标、数据可获得性、鱼类生物属性，确定指标定义和计算方法；
[0016]S12：依据指标定义和属性，将表征水力条件、环境因子和内部结构的指标归为间接指标层，表征过鱼有效性的指标归为直接指标层，间接指标层和直接指标层构成所述鱼道效果评价指标体系；
[0017]上述步骤S11中，所选指标应尽量联结鱼类生物属性，并以比值形式消除复合指标的量纲影响，以提高鱼道效果评价模型在评价不同流域、不同过鱼对象时的适应能力，提高评价准确性；
[0018]所述的直接指标层主要表征鱼道直接的过鱼效果，包含：过鱼丰富度、过鱼有效性、鱼类适应性等鱼类通过成效评价指标；
[0019]所建立的指标体系如下表所示：
[0020]表1指标体系构建表
[0021][0022][0023]进一步的，所述的步骤S2包括以下分步骤：
[0024]S21：通过资料分析采集鱼道监测数据样本，并保持数据样本的动态更新，包括以下渠道：国内外文献数据库检索、鱼道工程设计报告、鱼道效果监测评估项目报告、实地调研；
[0025]S22：将监测数据按步骤S1所述鱼道效果评价指标体系中的间接指标层和直接指标层的定义和计算方法进行转换，形成指标数据集；
[0026]上述步骤中采集的数据样本是我国已监测鱼道的原始监测数据，包含生境因子、水力条件、结构参数、过鱼效率、鱼类资源量、生物适应性等方面指标数据，具体监测参数与步骤S1构建的指标体系相匹配。
[0027]进一步的，所述步骤S3包括以下分步骤：
[0028]S31：对间接指标层内指标进行Pearson相关性分析，其表达式如下式：
[0029][0030]式中，x
ki
表示指标i的第k个样本值，表示指标i的样本平均值，δ
ij
表示指标i与指标j的Pearson相关系数；
[0031]S32：依据制定的筛选原则，识别关键评价指标，筛选原则如下：若间接指标层内存在若干组指标存在极显著相关(P≤0.01)，说明指标间概念交叉，筛除每组其中一个指标i，直至间接指标层不存在极显著相关；
[0032]S33：将筛选后保留的指标作为后续评价模型的间接指标层；
[0033]步骤S3通过相关性分析筛选指标，主要目的是最小化后续模型中指标间的重叠评估效应，减弱间接指标层指标内部的耦合度。
[0034]进一步的，所述的步骤S4包括以下分步骤：
[0035]S41：鱼道效果评价模型由间接指标层和直接指标层两部分组成，对确定的间接指标层和直接指标层进行典型相关性分析，假设间接指标层Y由m个指标组成，直接指标层X由n个因素组成，系统X与系统Y之间的相关性可以转化为两个变量S和T之间的相关性，由线性组合形成，表达式如下式：
[0036]S＝α
·
X＝α1x1+α2x2+
…
+α
n
x
n
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0037]T＝β
·
Y＝β1y1+β2y2+
…
+β
m
y
m
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0038]变量S和T的相关系数ρ(S，T)表达式如下式：
[0039][0040]ρ^(S，T)＝max[ρ(α
·
X，β
·
Y)]ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0041]式中，Cov为两组变量线性组合的协方差，Var为变量线性组合的方差；
[0042]S42：检验鱼道效果评价模型指标层选取是否合理，若典型相关系数结果ρ^(S，T)
的显著性小于5％，则检验通过，若大于5％，则检验未通过，说明指标选取不合理或样本数量不足，模型无法正常运作，需增大样本数量并重新筛选指标；
[0043]S43：鱼道效果评价模型中间接指标层的权重依据交叉荷载结果确定，将交叉荷载的归一化结果作为间接指标层内各指标的权重向量W，交叉荷载计算表达式如下：
[0044][0045][0046]S44：根据典型相关分析结果，采用频度分析方法确定鱼道效果评价模型指标量值，将间接指标层指标样本数值作为横坐标，直接指标层指标对应的样本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：构建鱼道效果评价指标体系，所述鱼道效果评价指标体系包括间接指标层和直接指标层；步骤S2：建立评价指标数据集，动态更新评价指标数据集内的数据样本；步骤S3：筛选识别关键评价指标；步骤S4：构建鱼道效果评价模型；步骤S5：构建鱼道问题诊断模型；步骤S6：根据步骤S4构建的鱼道效果评价模型和步骤S5构建的鱼道问题诊断模型开展具体鱼道工程的效果评价与问题诊断。2.根据权利要求1所述的一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，其特征在于：所述的步骤S1包括以下分步骤：S11：结合现阶段评价目标、数据可获得性、鱼类生物属性，确定指标定义和计算方法；S12：依据指标定义和属性，将表征水力条件、环境因子和内部结构的指标归为间接指标层，表征过鱼有效性的指标归为直接指标层，间接指标层和直接指标层构成所述鱼道效果评价指标体系。3.根据权利要求2所述的一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，其特征在于：所述的步骤S2包括以下分步骤：S21：通过资料分析采集鱼道监测数据样本，并保持数据样本的动态更新，包括以下渠道：国内外文献数据库检索、鱼道工程设计报告、鱼道效果监测评估项目报告、实地调研；S22：将监测数据按步骤S1所述鱼道效果评价指标体系中的间接指标层和直接指标层的定义和计算方法进行转换，形成指标数据集。4.根据权利要求1所述的一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，其特征在于：所述的步骤S3包括以下分步骤：S31：对间接指标层内指标进行Pearson相关性分析，其表达式如下式：式中，x
ki
表示指标i的第k个样本值，表示指标i的样本平均值，δ
ij
表示指标i与指标j的Pearson相关系数；S32：依据制定的筛选原则，识别关键评价指标，筛选原则如下：若间接指标层内存在若干组指标存在极显著相关(P≤0.01)，说明指标间概念交叉，筛除每组其中一个指标i，直至间接指标层不存在极显著相关；S33：将筛选后保留的指标作为后续评价模型的间接指标层。5.根据根据权利要求1所述的一种多因素耦合的鱼道效果间接评价与问题诊断方法，其特征在于：所述的步骤S4包括以下分步骤：S41：鱼道效果评价模型由间接指标层和直接指标层两部分组成，对确定的间接指标层和直接指标层进行典型相关性分析，假设间接指标层Y由m个指标组成，直接指标层X由n个因素组成，系统X与系统Y之间的相关性可以转化为两个变量S和T之间的相关性，由线性组合形成，表达式如下式：
S＝α
·
X＝α1x1+α2x2+
…
+α
n
x
n
ꢀꢀꢀ
(2)T＝β
·
Y＝β1y1+β2y2+
…
+β
m
y
m
ꢀꢀꢀ
(3)变量S和T的相关系数ρ(S,T)表达式如下式：ρ^(S，T)＝max[ρ(α
·
X，β
·
Y)]
ꢀꢀꢀ
(5)式中，Cov为两组变量线性组合的协方差，Var为变量线性组合的方差；S42：检验鱼道效果评价模型指标层选取是否合理，若典型相关系数结果ρ^(S,T)的显著性小于5％，则检验通过，若大于5％，则检验未通过，说明指标选取不合理或样本数量不足，模型无法正常运作，需增大样本数量并重新筛选指标；S43：鱼道效果评价模型中间接指标层的权重依据交叉荷载结果确定，将交叉荷载的归一化结果作为间接指标层内各指标的权重向量W，交叉荷载计算表达式如下：一化结果作为间接指标层内各指标的权重向量W，交叉荷载计算表达式如下：S44：根据典型相关分析结果，采用频度分析方法确定鱼道效果评价模型指标量值，将间接指标层指...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，娄起浩，陈端，周哲成，杨文俊，黄明海，付国栋，安德烈亚斯，
申请(专利权)人：河海大学贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：