一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法

本发明涉及水体生态评测领域，更具体地涉及一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法。

背景技术：

1、航道整治建筑物就岸布设，可组成防护性工程，防止堤岸崩塌，控制河流横向变形；建筑物沿规划治导线布设，可组成控导性工程，导引水流，改善水流流态，治理河道，但是近年来，在渠化和筑坝等工程的影响下，天然河流的河流形态，水生生物栖息地环境与多样性遭到严重破坏，河流自身生态能力也逐渐衰退，目前我国航道整治建筑物的整治现状大多仍以改善水流、增加通航能力为主，忽略了整治建筑物的生态功能，这会破坏河流的自身的生态功能，整治建筑物区域水生生物多样性及栖息地环境受损严重，整治建筑物的整治功能除了要满足日渐增加的航运通航需求，还应尽量保持河道的自然特征，同时发挥生态效益，为各类水生生物提供生存的空间。

2、近年来，随着长江生态航道与黄金航道协调发展理念的提出，大量学者在原有整治建筑物结构的基础上引入了生态友好型的设计，但大多处于探索与起步阶段，对这些新型整治建筑物的生态评价尚未形成完整的评估体系，尤其是量化过程不知，这使得航道整治建筑物的生态效果得不到客观的、全面地了解，因此，为了保障航道整治建筑物生态建设的顺利实施，明确未来内河航道整治建筑物生态建设的发展方向，及时纠正建设中存在的问题，建立完善的内河航道整治建筑物生态性评估系统显得尤为重要。

3、目前国内针对航道整治建筑物生态效果的研究局限于数值模拟，选取的指标往往是水动力方面的指标如流速、水深，依据其与水生生物生物量或栖息地面积等的相关性来建立模型模拟整治建筑物的生态效果，考虑水质等其他因素较少，不具有合理的通用性，且缺乏综合的评价体系，因此，急需一种适用面广、全面可靠的航道整治建筑物评价体系。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，包括以下步骤：

3、步骤s01：于长江丰水期和枯水期，在长江干流航道整治建筑物－顺坝、丁坝、潜坝所在水域布置采样点并采集样本；

4、步骤s02：分析每个采样点的样本，获取原始水样、水质评价指标的实测数据；

5、步骤s03：列举候选的航道整治建筑物生态性评价指标，筛选得到最终的指标并确定权重；

6、步骤s04：根据所述最终的航道整治建筑物指标计算每个采样点的生态性指数得分；

7、步骤s05：根据所述生态性指数得分确定航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分；

8、步骤s06：根据所述航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分划分出采样点的航道整治建筑物生态性等级。

9、优选的，所述步骤s01中丰水期于每年5月7、15、30日开展现场重复监测，枯水期于次年8月10、18、28日开展现场重复监测，对应整治建筑物处于淹没状态和未淹没状态；

10、分别在顺坝前、顺坝后、丁坝前、丁坝后、潜坝前、潜坝后50m水域处进行采样，每个区域布设三处平行点位重复开展监测，各点位均采集水面下约1m处的水样后冷藏保存，并于24h内进行微生物dna提取和水样理化因子分析。

11、优选的，所述步骤s03中筛选得到最终的指标的内容如下：

12、候选指标的选取参照状态压力冲击响应模型，模型共有四层，第一层为目标层a，即航道整治建筑物生态效果评价，第二层是准则层b，包括状态、压力、影响、响应，第三层和第四层分别是元素层c和索引层d；

13、基于模型指标，筛选确定各项指标包括水体流动性、综合水质指数、浮游生物多样性指数、生物损失率以及通航水深保证率；

14、利用层次分析法确定指标基础权重的具体内容如下：

15、根据“三标度法”将准则层b中的4个功能记为b1～b4，并将b1～b4两两进行对比，判断其综合重要性程度，由此可得出的比较矩阵a，如公式一，使用“三标度法”时矩阵a各元素取值规则如下：因素aj比ai明显重要，取aij＝0，两因素同样重要，取aij＝1，因素ai比aj明显重要，取aij＝2；

16、公式一：

17、

18、将比较矩阵a中各行元素相加得到重要性排序指数ri；

19、构造判断矩阵：令判断矩阵为b，矩阵b中的元素bij遵循的公式二如下：

20、公式二：

21、

22、构造传递矩阵：构造传递矩阵令其为c，矩阵c中的各元素cij遵循如下公式三：

23、公式三：

24、cij＝lgbij(i,j＝1,2,3···,n)

25、构造最优传递矩阵：令最优传递矩阵为d，转化的计算公式四如下：

26、公式四：

27、

28、求解矩阵b的拟优一致矩阵，矩阵b的拟优一致矩阵令其为b'，矩阵b'中的元素遵循的公式五如下：

29、公式五：

30、

31、求解拟优一致矩阵b'的特征向量，求得拟优矩阵b'后，需要求解矩阵b'的特征向量，求解方法如下：首先将拟优一致矩阵b'的每一列正规化，将列正规化的矩阵按照行方向相加，再将相加后得到的向量内每个元素除以n，得到拟优一致矩阵b'的特征向量，即所求的权重向量。

32、优选的，所述步骤s04中根据所述最终的航道整治建筑物指标计算每个采样点的生态性指数得分的计算步骤如下：

33、步骤s1：确定指标测定方法；

34、步骤s2：确定指标评分标准。

35、优选的，所述确定指标测定方法的具体内容如下：

36、步骤s11：水体流动性用流速大小表征，使用声学多普勒流速测量仪对坝体前后所有点位开展流速监测，用相对标准偏差cv值来反映坝体前后流速的分布均匀性，cv值越小，各样本点流速分布越均衡，差异越小，公式为式中：s为标准偏差；vj为第j个采样点的速度值；为所有采样点的平均速度；n为采样点个数；

37、步骤s12：将各项变量的归一化值和权重值相乘后求和并除以各项变量的权重值之和，得到此处点位的综合水质指数，公式为式中：n为水质参数的总数；ci为变量i的归一化值；pi为变量i的相对权重；

38、步骤s13：高通量测序技术首先采集监测样本点水下1m处水样1l，经孔径0.22μm混合纤维素滤膜真空抽滤后，采用e.z.n.awaterdnakit基因组dna试剂盒提取总dna后进行pcr扩增，使用illuminamiseqpe250测序平台进行测序分析，选取香农多样性指数进行计算，浮游生物多样性指数公式为：式中：sobs为实际观测到的otu数目；ni为第i个otu所含的序列数；n为所有的序列数；

39、步骤s14：生物损失率参照海洋生物资源损失评估规范，以浮游植物和浮游动物进行生物量数据的计算，现场使用25号浮游生物网和采水器采集水样，用光学显微镜olympus-bx53进行鉴定和计数，浮游生物的密度依据公式式中：n为1l水样中浮游生物的数量；cs为计数框面积；fs为视野面积；fn为每片计数过的视野数；v为1l水经浓缩后的体积；v0为计数框容积；pn为计数的浮游植物个数；

40、计算生物损失率，计算公式为式中：n为不同生物类群；yif为坝前所测的生物量；yib为坝后所测的生物量；

41、步骤s15：通航水深保证率是指航道全年中允许正常通航的天数与全年总天数的比值，即全年中正常通航的相对历时，相应计算公式为

42、优选的，所述确定指标评分标准的具体内容如下：

43、所述确定指标评分标准的具体内容如下：

44、步骤s21：所有指标划分为5个等级，对应分数为5、4、3、2、1分；

45、步骤s22：水体流动性根据cv值划分为5个等级，分别为＞25％、20％～25％、15％～20％、10％～15％、＜10％，分别对应分数为5、4、3、2、1分；

46、步骤s23：综合水质指数状况根据wqi值分为5个等级：优秀(wqi＞90)、良好(70＜wqi≤90)、中等(50＜wqi≤70)、一般(25＜wqi≤50)以及差(0≤wqi≤25)，分别对应分数为5、4、3、2、1分；

47、步骤s24：浮游生物和鱼类多样性采用四分法进行评分，将5种生物的多样性指数数据分别从小到大排列，利用spss分别计算各类生物多样性指数的四分位值，对应5％、25％、50％、75％数值，分别代表q1～q4，计算坝体前后水域各生物的多样性平均值，根据四分法各自进行打分，详细公式为：式中：n代表样本点个数，qi代表此分位点处生物多样性指数值，根据生物多样性指数值划分5个等级，分别为≥75％、74.9％～50％、49.9％～25％、24.9％～5％以及≤5％，分别对应分数为5、4、3、2、1分；

48、步骤s25：通航保证率分为5个等级，分别为95％、90％、85％、80％、75％，分别对应分数为5、4、3、2、1分。

49、优选的，所述步骤s05中根据所述生态性指数得分确定航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分的计算公式为：式中：yi为指标层每个指标的得分，为yi相对应的指标层权重。

50、优选的，所述步骤s06依据航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分划分出采样点的航道整治建筑物生态性等级：航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分取值区间为[1，5]，若在[5，4)取值范围内的健康程度为优秀，在[4，3)取值范围内的为良好，在[3，2)取值范围内的为一般，在[2，1]取值范围内的为差。

51、本发明的技术效果和优点：

52、本发明通过设有步骤s01：于长江丰水期和枯水期，在长江干流航道整治建筑物－顺坝、丁坝、潜坝所在水域布置采样点并采集样本，步骤s02：分析每个采样点的样本，步骤s03：列举候选的航道整治建筑物生态性评价指标，筛选得到最终的指标并确定权重，步骤s04：计算每个采样点的生态性指数得分，步骤s05：根据生态性指数得分确定航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分，步骤s06：根据航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分划分出采样点的航道整治建筑物生态性等级，不仅可以更全面客观地反映航道整治建筑物生态效果，而且各指标采样方法操作简单快速。

技术特征：

1.一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述步骤s01中丰水期于每年5月7、15、30日开展现场重复监测，枯水期于次年8月10、18、28日开展现场重复监测，对应整治建筑物处于淹没状态和未淹没状态；

3.根据权利要求1所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述步骤s03中筛选得到最终的指标的内容如下：

4.根据权利要求1所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述步骤s04中根据所述最终的航道整治建筑物指标计算每个采样点的生态性指数得分的计算步骤如下：

5.根据权利要求3所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述确定指标测定方法的具体内容如下：

6.根据权利要求3所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述确定指标评分标准的具体内容如下：

7.根据权利要求1所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述步骤s05中根据所述生态性指数得分确定航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分的计算公式为：式中：yi为指标层每个指标的得分，为yi相对应的指标层权重。

8.根据权利要求1所述的一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，其特征在于：所述步骤s06依据航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分划分出采样点的航道整治建筑物生态性等级：航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分取值区间为[1，5]，若在[5，4)取值范围内的健康程度为优秀，在[4，3)取值范围内的为良好，在[3，2)取值范围内的为一般，在[2，1]取值范围内的为差。

技术总结
本发明涉及水体生态评测领域，且公开了一种航道整治建筑物生态效果多层级评测方法，包括以下步骤：步骤S01：于长江丰水期和枯水期，在长江干流航道整治建筑物－顺坝、丁坝、潜坝所在水域布置采样点并采集样本，步骤S02：分析每个采样点的样本，步骤S03：列举候选的航道整治建筑物生态性评价指标，筛选得到最终的指标并确定权重，步骤S04：计算每个采样点的生态性指数得分，步骤S05：根据生态性指数得分确定航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分，步骤S06：根据航道整治建筑物生态性评价体系最终目标层得分划分出采样点的航道整治建筑物生态性等级，不仅可以更全面客观地反映航道整治建筑物生态效果，而且各指标采样方法操作简单快速。

技术研发人员：李文杰,万宇,黄桂全,殷红,尹书冉,何艳军,张帅帅
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23