專利名稱：一種富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法
一種富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于水生態(tài)領(lǐng)域，涉及一種生態(tài)模型構(gòu)建、計(jì)算方法及軟件擬合，尤其涉及 一種富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
湖泊為人類發(fā)展提供了豐富的資源，為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著極其重要 的作用。但是隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)對(duì)湖泊的影響日益加劇，污染和富 營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，生態(tài)功能萎縮退化，藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)，直接影響著人類的生產(chǎn)生活。湖泊富 營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。為加強(qiáng)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康管理，及 時(shí)把握富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的發(fā)展動(dòng)態(tài)，保持一個(gè)具有“變化-適應(yīng)-修復(fù)-再變化”循環(huán)過程的 自我適應(yīng)能力和自我修復(fù)能力的健康湖泊，做到人與湖泊和諧相處，非常有必要提出一種 適宜的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊健康評(píng)價(jià)方法，以便客觀掌握富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康狀況，并為湖泊生 態(tài)修復(fù)和琥珀管理提供科學(xué)有效的技術(shù)手段。
河湖健康思想的淵源可追溯至1778年蘇格蘭生態(tài)學(xué)家James Hutton提及的“自 然健康”。1992年Costanza在前人研究成果的基礎(chǔ)上提升了生態(tài)系統(tǒng)健康的概念，強(qiáng)調(diào)一 個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)必須保持新陳代謝活動(dòng)能力，保持內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織，對(duì)外界的壓力必須 有修復(fù)力。這種概念至今仍被廣泛認(rèn)可。
目前對(duì)湖泊健康狀況評(píng)價(jià)的研究主要集中在生態(tài)健康評(píng)價(jià)領(lǐng)域，其關(guān)注重點(diǎn)在于 建立適宜的生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。關(guān)于湖泊健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要指標(biāo)體系的研究也由 最初的單一考慮生態(tài)系統(tǒng)自身特點(diǎn)的指標(biāo)體系轉(zhuǎn)到加上人類活動(dòng)的指標(biāo)體系，先后提出了 很多評(píng)價(jià)指標(biāo)，如生物完整性指標(biāo)、毛生產(chǎn)力指標(biāo)(GEP)、生態(tài)系統(tǒng)壓力指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)、熱 力學(xué)指標(biāo)等。然而，湖泊不僅是自然的湖泊，更是社會(huì)的湖泊。當(dāng)湖泊提供的服務(wù)不能滿足 人類的需求，如湖區(qū)因洪水泛濫或干旱缺水和水質(zhì)污染等原因嚴(yán)重影響了人類的生存和發(fā) 展，就產(chǎn)生了“湖泊不健康”的問題。因此，湖泊健康程度實(shí)際上反映的是人類與湖泊的協(xié)調(diào) 程度，這包括人類對(duì)湖泊向人類提供可持續(xù)服務(wù)的認(rèn)可程度，和人類給予湖泊的保護(hù)程度。 割裂湖泊系統(tǒng)的社會(huì)服務(wù)功能來談湖泊健康沒有實(shí)際意義。因此在湖泊的健康評(píng)價(jià)中，必 須考慮湖泊的社會(huì)服務(wù)功能。遺憾的是已有的湖泊健康評(píng)價(jià)中很少包括社會(huì)服務(wù)功能的內(nèi) 容。
生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)方法主要有指示物種法和指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法兩種方法。指示物 種法主要是依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物種、特有物種、指示物種、瀕危物種和環(huán)境敏感物種等的 數(shù)量、生物量、生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)、功能指標(biāo)以及一些生理指標(biāo)來描述生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。指標(biāo) 體系評(píng)價(jià)法則根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的特征及其服務(wù)功能建立指標(biāo)體系進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。指標(biāo)體系評(píng) 價(jià)法按照不同的需求又分為單指標(biāo)評(píng)價(jià)、復(fù)合指標(biāo)評(píng)價(jià)和指標(biāo)體系評(píng)價(jià)。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng) 價(jià)采用的具體模型方法包括綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法兩類。其中，綜合指標(biāo)評(píng)價(jià) 法一般通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建綜合指數(shù)對(duì)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行綜合定量評(píng)判； 模糊綜合評(píng)價(jià)法把湖泊健康問題作為一個(gè)模糊問題來處理，根據(jù)多個(gè)因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象本身4存在的性態(tài)或隸屬上的亦此亦彼性，從數(shù)量上對(duì)其所屬成分給以刻劃和描述。模糊綜合評(píng) 價(jià)法能避免主觀判斷生態(tài)系統(tǒng)健康標(biāo)準(zhǔn)的不確定性，非常適合于主觀、客觀指標(biāo)復(fù)合的富 營(yíng)養(yǎng)化湖泊健康評(píng)價(jià)，并且非常易于實(shí)現(xiàn)軟件模型的建立。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為影響因素多、涉及范圍廣、綜合決策困難的富營(yíng) 養(yǎng)化湖泊提供一種可從多個(gè)角度快速確定湖泊健康等級(jí)和健康狀況的便于應(yīng)用、結(jié)果表達(dá) 直觀的非常有效的技術(shù)管理工具。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適用于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法， 該方法包括以下步驟
步驟一，根據(jù)湖泊管理的需求，從流域整體入手，確定包含湖泊自然屬性和社會(huì)屬 性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其中反映維系富營(yíng)養(yǎng)化湖泊自身生命健康的自然屬性指標(biāo)主要涉及湖 泊自然形態(tài)、水體水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化、水生生態(tài)等指標(biāo)，反映湖泊服務(wù)于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展 需求的社會(huì)屬性指標(biāo)主要涉及防洪、供水、生態(tài)、開發(fā)利用等指標(biāo)。指標(biāo)篩選遵循系統(tǒng)性、科 學(xué)性、代表性、可比性、可操作性、實(shí)用性和數(shù)據(jù)易得的原則。
步驟二，依據(jù)步驟一所建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于多因素綜合原理和模糊關(guān) 系合成原理建立一個(gè)包括數(shù)據(jù)錄入及處理、單因素評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)三個(gè)計(jì)算模塊的評(píng)價(jià)模 型；該模型可提供湖泊某一單因素健康評(píng)價(jià)、湖泊健康綜合評(píng)價(jià)兩種評(píng)價(jià)功能。各模塊通過 下屬不同的步驟實(shí)現(xiàn)
1)數(shù)據(jù)錄入及處理計(jì)算模塊
a、對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行類型一致化轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)化后的指標(biāo)表征為指標(biāo)值越小表征湖泊健康特征越趨于不利；指標(biāo)值越大表征湖泊健康特征越趨于有利。具體變換方法為X* = 1M-x 或χ =—，(χ > 0)。 χ* χ -m
b、對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，具體可采用“極差化”處理方法x =-一(M、m分M-m別為觀測(cè)的最大、最小值)。
C、對(duì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，使處理后的各指標(biāo)數(shù)值區(qū)間范圍在0 100之間， 具體可采用線型歸一化、對(duì)數(shù)歸一化以及指數(shù)歸一化等函數(shù)處理方法。
2)單因素評(píng)價(jià)計(jì)算模塊
該模塊包含一個(gè)數(shù)據(jù)庫單元，包含模型所有可錄入指標(biāo)的基于長(zhǎng)系列資料和管理 需求確定的評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)；模塊可根據(jù)數(shù)據(jù)錄入和處理模塊傳輸來的信息數(shù) 據(jù)進(jìn)行判別，輸出關(guān)于該湖泊某一指標(biāo)方面的健康等級(jí)。
3)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算模塊
a、設(shè)影響富營(yíng)養(yǎng)化湖泊健康的因素有η個(gè)，U = Iu1, U2,……，un}表示各影響因 素組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)集合，建立決策評(píng)語集S,即健康評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，S表示η個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)m個(gè) 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；其中，Siij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)第j個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；
權(quán)利要求
1.一種富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括以下步驟步驟一，根據(jù)湖泊管理的需求，從流域整體入手，確定包含湖泊自然屬性和社會(huì)屬性的 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；步驟二，依據(jù)步驟一所建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于多因素綜合原理和模糊關(guān)系合 成原理建立一個(gè)包括數(shù)據(jù)錄入及處理、單因素評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)三個(gè)計(jì)算模塊的評(píng)價(jià)模型； 步驟三，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入評(píng)價(jià)模型，通過評(píng)價(jià)模型輸出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行湖泊健康評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述綜合評(píng)價(jià) 指標(biāo)體系包括湖泊自然形態(tài)、水體水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化、水生生態(tài)的自然屬性指標(biāo)和防洪、供 水、生態(tài)、開發(fā)利用等社會(huì)屬性指標(biāo)；所述自然屬性指標(biāo)包括圍墾強(qiáng)度、口門暢通率、內(nèi)梅羅 指數(shù)、TLI指數(shù)、藍(lán)藻數(shù)量、原生動(dòng)物數(shù)量、環(huán)節(jié)動(dòng)物數(shù)量等指標(biāo)；所述社會(huì)屬性指標(biāo)包括防 洪標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)度、防洪工程完好率、水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、口門供水保證率、岸線開發(fā)利用率指 標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述評(píng)價(jià)模型 依據(jù)所述綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立，包括數(shù)據(jù)錄入及處理計(jì)算模塊、單因素評(píng)價(jià)計(jì)算模塊、綜 合評(píng)價(jià)計(jì)算模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)錄入 及處理計(jì)算模塊的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程為1)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行類型一致化轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)化后的指標(biāo)表征為指標(biāo)值越小表征湖泊健康 特征越趨于不利；指標(biāo)值越大表征湖泊健康特征越趨于有利；具體轉(zhuǎn)化方法為χ* = M-x或χ* =1，χ > 0 ；其中χ表示轉(zhuǎn)化前的指標(biāo)，χ*表示轉(zhuǎn)化后的指標(biāo)，M表示觀測(cè)的最大值； 2)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，具體釆用極差化處理方法x=-一，M、m分別為觀測(cè)M-m的最大值、最小值；3)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，使處理后的各指標(biāo)數(shù)值區(qū)間范圍在0 100之間，具體 處理方法為線性歸一化、對(duì)數(shù)歸一化或指數(shù)歸一化函數(shù)處理方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述單因素評(píng) 價(jià)計(jì)算模塊包含一個(gè)數(shù)據(jù)庫單元，所述數(shù)據(jù)庫單元包含模型所有可錄入指標(biāo)的基于長(zhǎng)系列 資料和管理需求確定的評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)；模塊根據(jù)數(shù)據(jù)錄入和處理模塊傳輸來 的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，輸出關(guān)于該湖泊某一指標(biāo)方面的健康等級(jí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述綜合評(píng)價(jià) 計(jì)算模塊的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程為1)設(shè)影響富營(yíng)養(yǎng)化湖泊健康的因素有η個(gè)，U= {Ul，u2，……，un}表示各影響因素組 成的評(píng)價(jià)指標(biāo)集合，建立決策評(píng)語集S，即健康評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，S表示η個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)m個(gè)等級(jí) 標(biāo)準(zhǔn)；其中，Suj表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)第j個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟步驟一，根據(jù)湖泊管理的需求，從流域整體入手，確定包含維系富營(yíng)養(yǎng)化湖泊自身生命健康的自然屬性和湖泊服務(wù)于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需求的社會(huì)屬性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；步驟二，依據(jù)步驟一所建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于多因素綜合原理和模糊關(guān)系合成原理建立一個(gè)包括數(shù)據(jù)錄入及處理計(jì)算模塊、單因素評(píng)價(jià)計(jì)算模塊、綜合評(píng)價(jià)計(jì)算模塊的評(píng)價(jià)模型；步驟三，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入評(píng)價(jià)模型，通過評(píng)價(jià)模型輸出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行湖泊健康評(píng)價(jià)。本發(fā)明可迅速確定富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的健康狀況，其模型軟件具有結(jié)果表達(dá)直觀、便于應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，可為湖泊管理提供了一種非常有效的技術(shù)管理工具。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK102034214SQ201010595938
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者李巍, 杜心慧, 程南寧 申請(qǐng)人:上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院