调水工程受水区水生态系统风险评估方法

摘要

一种调水工程受水区水生态系统风险评估方法，该方法在对受水区特点分析的基础上，筛选能够反应水生态系统结构、功能和系统特征的指标，并采用主成分分析法确定指标权重，建立健康评价体系，计算现状健康指数值；耦合水动力和水生态模型，借助耦合的MIKE和AQUATOX软件，对调水后受水区水生态情况进行模拟，计算调水后健康指数值；通过指健康指数值变化程度确定风险等级。该方法具有科学、简洁、可操作性强的优点，可为调水工程受水区水生态风险评估提供明确的方法依据。

主权项

一种调水工程受水区水生态系统风险评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：I.建立受水区水生态健康评价指标体系，该评价指标包括物理化学指标和生态指标；II.根据评估要求确定评价对象，该评价对象为时间段、空间方位或其结合；评价对象的数量为一个或多个；III.采集每个评价对象对应的评价指标现状数据；IV.采用主成分分析法确定指标权重(I)分别对各评价对象的每个评价指标现状数据进行归一化，将每个评价指标现状数据中相对最佳的值归一化为1；其中针对越大越满意的指标采用公式(1)计算，针对越小越满意指标采用公式(2)计算；$I_i=\frac{x_i}{X}---\left(1\right)$$I_i=1/\frac{x_i}{X}---\left(2\right)$其中，x_i为某个评价对象中第i个评价指标的指标值；X为该指标的最佳值；(II)计算各评价指标的权重值采用主成分分析法，应用SPSS软件来实现，输入全部评价对象的各项评价指标现状数据，得到各评价指标对总体方差的贡献矩阵A＝(x，y，z)，同时得到各评价指标的贡献矩阵，即载荷矩阵：其中，n表示第n个评价指标，m表示第m个评价对象；求各评价指标的标准权重：W＝A×B^T＝(f₁，f₂，...，f_n)；对标准权重进行归一化，得到各评价指标的权重W_i；V.计算现状受水区水生态健康指数根据公式(4)计算各评价对象的现状健康指数；$I_{CH}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{I}_i\times W_i---\left(4\right)$其中，I_CH表示该评价对象的健康指数；I_i为该评价对象中第i种评价指标的归一化值；W_i表示第i种评价指标的权重；VI.受水区水生态模型建立与模拟应用MIKE软件模拟物理化学指标，应用AQUATOX软件模拟水生态指标；对评价对象进行模拟，具体步骤如下：(I)MIKE模型模拟①构建研究区地形文件；②输入模拟条件，包括边界条件和初始条件；确定模拟参数，在数据缺乏时模型参数采用默认值；③根据评价时段和研究需要确定模拟时间和时间步长；④模型模拟及输出指标，输出指标包括水位、水深、流速以及调水后物理化学指标；(2)AQUATOX模型模拟①输入模拟条件，包括边界条件和初始条件，初始条件为步骤(I)MIKE模型输出的水位、水深和流速指标；确定模拟参数，在数据缺乏时模型参数采用默认值；②根据评价时段和研究需要确定模拟时间和时间步长，步长应不小于MIKE模拟步长；③模拟及结果输出，模拟结果为调水后生态指标；VII.风险评估根据公式(1)、(2)计算调水后受水区各评价指标的归一化值，根据公式(4)计算调水后受水区各评价对象的健康指数，根据公式(5)计算调水前后受水区健康指数变化程度R；$R=\frac{I_{CHO}-I_{CHI}}{I_{CHO}}---\left(5\right)$其中，I_CHI为调水后健康指数；I_CHO为调水前健康指数。VIII.确定风险等级根据R值确定风险等级：R≥0.5，极高；0.4≤R＜0.5，高；0.2≤R＜0.4，中；0.1≤R＜0.2，低；0＜R≤0.1，极低；R≤0，表明调水后水生态健康情况不变或有所改善，不存在风险。