一种河湖生态健康智能诊断的方法

摘要

本发明公开了一种河湖生态健康智能诊断的方法，包括构建诊断指标集合，确定生态健康诊断指标的具体类型和个数；进行生态健康诊断指标计算；进行生态健康诊断指标评分；使用层次分析法，结合特尔菲法，确定权重；采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分进行生态健康诊断。本发明，通过层次分析法与指标体系法构建河湖生态健康诊断模型，同时将河湖生态健康智能诊断模型与地理信息系统相结合，实现数据的储存、更新、分析、评价结果及致病因素可视化，为河流管理提供最便捷的决策支持。

说明书

技术领域

本发明涉及水文技术领域，特别涉及一种河湖生态健康智能诊断的方法。

背景技术

人类在开发利用河流的过程中，由于保护不够或滥加利用，许多河流出现污染、断流等现象，河流生态系统退化，影响了河流的自然和社会功能，破坏了人类的生态环境。

面对日益严峻的河流问题,如何科学有效地诊断、恢复和维持一个健康的河流生态系统已经成为近年来流域河流管理的重要目标。河湖生态健康评价作为河流管理的一种新型评价工具和技术手段，从河流生态系统整体出发，对河流水文特征、物理结构稳定性、水质优劣性、生物多样性等情况进行综合诊断，评价人类活动对河流系统功能影响的贡献，同时根据诊断结果确定河流区段内的环境管理和生态修复目标，在河流生态系统恢复以及河流管理中所起的作用越来越重要，逐步成为水利、环境、生态等领域交叉研究的热点之一。

因此，根据现有的资料，建立一套完整科学的河湖生态健康诊断指标体系及诊断模型，判断导致河湖生态健康问题的主要原因，对河流的管理及保护均具有重要的理论与现实意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明可以解决，目前无法为河对河湖生态健康进行智能诊断，不利于对河流管理提供便捷的决策支持的难题。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种河湖生态健康智能诊断的方法，具体包括以下步骤：

S1：构建诊断指标集合，确定生态健康诊断指标的具体类型和个数；

S2：进行生态健康诊断指标计算；

S3：进行生态健康诊断指标评分；

S4：使用层次分析法，结合特尔菲法，确定权重；

S5：采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分进行生态健康诊断。

作为本发明的一种优选技术方案，所述S1中，具体包括以下步骤：

S110，构建评价指标控制层，分别为控制层物理指标、控制层化学指标和控制层社会服务功能指标，编码为u

S120，整理评价指标控制层，得到评价指标准则层，即为评价指标控制层各指标下的评价要素，并编码为u

S130，整理评价指标准则层，得到评价指标的指标层，即为评价指标准则层各评价要素下的具体指标，并编码为

作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中，具体包括以下步骤：

S210，进行控制层物理指标u

河岸稳定性

BKS＝SN/S ①

①式中，BKS为河岸稳定性，SN为无明显侵蚀的河岸线长度，S为河岸线总长度；

流动性

②式中，RCr河流连通阻隔状况赋分，(DAMr)

生态流量满足程度

③和④式中，q

S220，进行控制层物理指标u

岸坡植被结构完整性

VEC＝F/A ⑤

⑤式中，VEC为植被覆盖率，F为森林面积，A为流域面积，单位为km

河流生物多样性

H＝-∑|(ni/N)ln(ni/N)| ⑥

⑥式中，H为Shannon-Weiner生物多样性指数，ni表示第i种的个体数目，N表示群落中所有种的个体总数；

S230，进行控制层化学指标u

河流水质综合指数

S240，进行控制层社会服务功能指标u

防洪工程达标率

FLD＝RIVLn/RIVL ⑦

⑦式中，FLD为防洪工程达标率，RIVLn为河流达标堤防长度，RIVL为河流堤防总长度；

S250，进行控制层社会服务功能指标u

岸线利用管理指标

CUR＝Su/S ⑧

⑧式中，CUR为岸线利用管理指标，Su为已利用岸线长度，S为河岸线总长度；

S260，进行控制层社会服务功能指标u

收集分析公众调查表，统计有效调查表调查成果，根据公众类型和公众总体评估赋分，计算公众满意度指标赋分；

公众满意度

⑨式中，PPr为公众满意度指标赋分，PERr为有效调查公众总体评估赋分，PERw为公众类型权重；

权重如下表：

S260，进行控制层社会服务功能指标u

供水水量保证率

WRU＝WU/WR ⑩

⑩式中，WRU为评估河流流域水资源开发利用率，WU为评估河流流域供水量，WR为评估河流流域水资源总量；

水功能区达标率

作为本发明的一种优选技术方案，所述S230中，河流水质综合指数

S231，数据标准化计算，表达式如下：

正向指标：

负向指标：

S232，比重计算，表达式如下：

S233，熵值计算，表达式如下：

S234，差异性系数计算，表达式如下：

S235，权重计算，表达式如下：

S236，综合评价指数，表达式如下：

作为本发明的一种优选技术方案，所述S3中，具体包括以下步骤：

S310，确定指标

河岸稳定性

流动性

生态流量满足程度

S320，确定指标

标岸坡植被结构完整性

河流生物多样性(H)

S330，确定指标

防洪工程达标率

S340，确定指标

岸线利用管理

S350，确定指标

供水水量保证率

水功能区达标率

作为本发明的一种优选技术方案，所述S4中，具体包括以下步骤：

S410，通过请生态学家、水文学家、环境质量评价专家和城市河湖管理部门官员，填写各指标权重的判断矩阵，得到判断矩阵；

S420，基于每个参与评价的因子对水质影响的不同贡献率,采用和积法计算指标的权重；

S420，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理：

S430，将每一列经归一化处理后的判断矩阵按列相加：

S440，对向量W'＝(w

得到

S450，计算判断矩阵最大特征根λ

S460，判断矩阵一致性指标C.I.(Consistency Index)，对判断矩阵进行一致性检验：

作为本发明的一种优选技术方案，所述S5中，具体包括以下步骤：

S510，基于分级指标评分法，逐级加权，综合评分，得出河湖生态健康诊断总分，表达式如下：

S520，确定河湖生态健康诊断评分，将河湖生态健康分为5级，立项状况、健康、亚健康、不健康和病态：

具体确定方式如上表所示。

(三)有益效果

本发明提供的河湖生态健康智能诊断的方法，通过层次分析法与指标体系法构建河湖生态健康诊断模型，同时将河湖生态健康智能诊断模型与地理信息系统相结合，实现数据的储存、更新、分析、评价结果及致病因素可视化，为河流管理提供最便捷的决策支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的诊断方法流程示意框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，一种河湖生态健康智能诊断的方法，具体包括以下步骤：

S1：构建诊断指标集合，确定生态健康诊断指标的具体类型和个数；

S2：进行生态健康诊断指标计算；

S3：进行生态健康诊断指标评分；

S4：使用层次分析法，结合特尔菲法，确定权重；

S5：采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分进行生态健康诊断。

在本实施例中，所述S1中，具体包括以下步骤：

S110，构建评价指标控制层，分别为控制层物理指标、控制层化学指标和控制层社会服务功能指标，编码为u

S120，整理评价指标控制层，得到评价指标准则层，即为评价指标控制层各指标下的评价要素，并编码为u

S130，整理评价指标准则层，得到评价指标的指标层，即为评价指标准则层各评价要素下的具体指标，并编码为

则整理自然状况评价要素u

在本实施例中，所述S2中，具体包括以下步骤：

S210，进行控制层物理指标u

河岸稳定性

BKS＝SN/S ①

①式中，BKS为河岸稳定性，SN为无明显侵蚀的河岸线长度，S为河岸线总长度；

流动性

②式中，RCr河流连通阻隔状况赋分，(DAMr)

生态流量满足程度

③和④式中，q

S220，进行控制层物理指标u

岸坡植被结构完整性

VEC＝F/A ⑤

⑤式中，VEC为植被覆盖率，F为森林面积，A为流域面积，单位为km

河流生物多样性

H＝-∑|(ni/N)ln(ni/N)| ⑥

⑥式中，H为Shannon-Weiner生物多样性指数，ni表示第i种的个体数目，N表示群落中所有种的个体总数；

S230，进行控制层化学指标u

河流水质综合指数

S240，进行控制层社会服务功能指标u

防洪工程达标率

FLD＝RIVLn/RIVL ⑦

⑦式中，FLD为防洪工程达标率，RIVLn为河流达标堤防长度，RIVL为河流堤防总长度；

S250，进行控制层社会服务功能指标u

岸线利用管理指标

CUR＝Su/S ⑧

⑧式中，CUR为岸线利用管理指标，Su为已利用岸线长度，S为河岸线总长度；

S260，进行控制层社会服务功能指标u

收集分析公众调查表，统计有效调查表调查成果，根据公众类型和公众总体评估赋分，计算公众满意度指标赋分；

公众满意度

⑨式中，PPr为公众满意度指标赋分，PERr为有效调查公众总体评估赋分，PERw为公众类型权重；

权重如下表：

S260，进行控制层社会服务功能指标u

供水水量保证率

WRU＝WU/WR ⑩

⑩式中，WRU为评估河流流域水资源开发利用率，WU为评估河流流域供水量，WR为评估河流流域水资源总量；

水功能区达标率

在本实施例中，所述S230中，河流水质综合指数

S231，数据标准化计算，表达式如下：

正向指标：

负向指标：

S232，比重计算，表达式如下：

S233，熵值计算，表达式如下：

S234，差异性系数计算，表达式如下：

S235，权重计算，表达式如下：

S236，综合评价指数，表达式如下：

在本实施例中，所述S3中，具体包括以下步骤：

S310，确定指标

河岸稳定性

流动性

生态流量满足程度

S320，确定指标

标岸坡植被结构完整性

河流生物多样性(H)

S330，确定指标

防洪工程达标率

S340，确定指标

岸线利用管理

S350，确定指标

供水水量保证率

水功能区达标率

在本实施例中，所述S4中，具体包括以下步骤：

S410，通过请生态学家、水文学家、环境质量评价专家和城市河湖管理部门官员，填写各指标权重的判断矩阵，得到判断矩阵；

S420，基于每个参与评价的因子对水质影响的不同贡献率,采用和积法计算指标的权重；

S420，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理：

S430，将每一列经归一化处理后的判断矩阵按列相加：

S440，对向量W'＝(w

得到

S450，计算判断矩阵最大特征根λ

S460，判断矩阵一致性指标C.I.(Consistency Index)，对判断矩阵进行一致性检验：

在本实施例中，所述S5中，具体包括以下步骤：

S510，基于分级指标评分法，逐级加权，综合评分，得出河湖生态健康诊断总分，表达式如下：

S520，确定河湖生态健康诊断评分，将河湖生态健康分为5级，立项状况、健康、亚健康、不健康和病态：

具体确定方式如上表所示。

综上所述，本发明，通过层次分析法与指标体系法构建河湖生态健康诊断模型，同时将河湖生态健康智能诊断模型与地理信息系统相结合，实现数据的储存、更新、分析、评价结果及致病因素可视化，为河流管理提供最便捷的决策支持。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。