一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，包括以下步骤：S1，测量目标水域的植物覆盖度和生物量；S2，将所述目标水域的植物覆盖度和生物量输入预先设定的评价模型；S3，将所述评价模型的输出结果作为评估水质净化功能的净化能力参数。本发明专利技术能够实现快速准确地对水质净化功能的评估。评估。评估。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法


[0001]本专利技术涉及一种水质净化功能评估方法，特别是一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法。

技术介绍

[0002]水体富营养化问题一直是全球淡水环境面临的重要生态问题，水体富营养化带来的水华问题导致水体表面被大量浮游植物覆盖，从而导致水体缺氧、水下光照强度减弱，并且部分浮游植物还会释放一定的藻毒素，对水生生物甚至人类产生重要影响。而大型水生植物的合理种植及繁育，对于优化水生态系统食物链结构、净化水质具有重要意义，是生态系统综合治理及修复的重要环节。
[0003]采用大型水生植物进行水质净化或生态修复的工程中，大多采用漂浮植物以生态浮床的形式，结合优美的景观设计进行构建。这样可以发挥一定程度的水质净化功能的同时，也可以成为水体中大型水生植物的“先锋物种”，为沉水植物的恢复提供一定的条件。但在部分静水水体中，漂浮植物是原生态系统中本身就以季节性生长的方式出现的，因一般个体较小，生物量有限，因此能起到的水质净化功能相对较弱。因此，如果构建适宜的可发挥稳定的水质净化功能的沉水植物群落是解决受污染的淡水生态系统的水质净化和生态修复过程中起关键作用的环节。
[0004]但现实中，有许多水体中，水生植物群落容易形成单一竞争优势，最终形成单一物种为主的群落结构，如菹草，而这种情况下在菹草死亡后的时间内难以形成有效的群落继续发挥水质净化的功能，从而导致水质变差。因此，如何评价水质净化功能并尽可能的维持水质的稳定，也是生态修复工程中需要解决的一项关键问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，以解决现有技术中的不足，它能够实现快速准确地对水质净化功能的评估。
[0006]本专利技术提供了一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，包括以下步骤：
[0007]S1，测量目标水域的植物覆盖度和生物量；
[0008]S2，将所述目标水域的植物覆盖度和生物量输入预先设定的评价模型；
[0009]S3，将所述评价模型的输出结果作为评估水质净化功能的净化能力参数。
[0010]如上所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其中，可选的是，所述评价模型的包括植物覆盖度子模型和生物量子模型；
[0011]所述植物覆盖度子模型用于根据所述目标水域的植物覆盖度计算覆盖度评价参数；
[0012]所述生物量子模型用于根据所述目标水域的生物量计算生物量评价参数；
[0013]在所述评价模型中，根据预设的评价权重及所述覆盖度评价参数、所述生物量评
价参数，计算所述净化能力参数；
[0014]其中，所述评价权重包括，覆盖度权重和生物量权重，且所述覆盖度权重与所述生物量权重之和为1。
[0015]如上所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其中，可选的是，所述评价模型建立方法包括如下步骤：
[0016]S01，对水域类型进行划分，对不同水域类型分别进行样本采集，得到样本数据；
[0017]S02，分别对各个类型水域的样本数据进行拟合，针对每个类型的水域，得到特征参数随覆盖度变化的第一拟合函数及特征参数随生物量变化的第二拟合函数；
[0018]S03，取所述第一拟合函数在覆盖度取值范围内的第一最大值和第一最小值，并对在覆盖度取值范围内的所述第一拟合函数进行归一化处理，使所述第一最小值为0，所述第一最大值为1；记归一化处理后的第一拟合函数为所述覆盖度子模型；
[0019]S04，取所述第二拟合函数在生物量取值范围内的第二最大值和第二最小值，并对生物量取值范围内的所述第二拟合函数进行归一化处理，使得所述第二最小值为0，所述第二最大值为1；记归一化处理后的第二拟合函数为所述生物量子模型；
[0020]S05，将所述覆盖度子模型和所述生物量子模型根据所述覆盖度权重和所述生物量权重加权求和，并经补偿计算后，得到所述评价模型。
[0021]如上所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其中，可选的是，所述特征参数包括总氮含量、硝氮含量、氨氮含量、总磷含量、正磷酸盐含量、总氮变异系数、硝氮变异系数、氨氮变异系数、总磷变异系数和正磷酸盐变异系数；
[0022]其中，所述总氮变异系数、所述硝氮变异系数、所述氨氮变异系数、所述总磷变异系数和所述正磷酸盐变异系数均由所述样本数据计算得出。
[0023]如上所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其中，可选的是，所述第一拟合函数为，
[0024][0025]其中，x表示植物覆盖度；w
TN1
为总氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TN1
(x)为总氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TN1
为总氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TN1
(x)为总氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；为硝氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，为硝氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；为氨氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，为氨氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TP1
为总磷含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TP1
(x)为总磷含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TP
‑
P1
为磷酸盐含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TP
‑
P1
(x)为磷酸盐含量随植物覆盖度变化的拟合函数；
[0026]所述第一拟合函数的归一化处理过程如下，
[0027][0028]其中，
[0029]f
g1
(x)为归一化处理后的第一拟合函数，f1(x)为第一拟合函数，f
min1
(x)为第一拟合函数在植物覆盖度取值范围内的最小值，f
max1
(x)为第一拟合函数在植物覆盖度取值范
围内的最大值；
[0030]所述植物覆盖度的取值范围为[0,1]；
[0031]所述第二拟合函数为，
[0032][0033]其中，其中，y表示生物量；w
TN2
为总氮含量在随生物量变化关系中的权重，f
TN2
(y)为总氮含量随生物量变化的拟合函数；为硝氮含量在随生物量变化关系中的权重，为硝氮含量随生物量变化的拟合函数；为氨氮含量在随生物量变化关系中的权重，为氨氮含量随生物量变化的拟合函数；w
TP2
为总磷含量在随生物量变化关系中的权重，f
TP2
(y)为总磷含量随生物量变化的拟合函数；为磷酸盐含量在随生物量变化关系中的权重，为磷酸盐含量随生物量变化的拟合函数；
[0034]所述第二拟合函数的归一化处理过程如下，
[0035][0036]其中，
[0037]f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，测量目标水域的植物覆盖度和生物量；S2，将所述目标水域的植物覆盖度和生物量输入预先设定的评价模型；S3，将所述评价模型的输出结果作为评估水质净化功能的净化能力参数。2.根据权利要求1所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其特征在于，所述评价模型的包括植物覆盖度子模型和生物量子模型；所述植物覆盖度子模型用于根据所述目标水域的植物覆盖度计算覆盖度评价参数；所述生物量子模型用于根据所述目标水域的生物量计算生物量评价参数；在所述评价模型中，根据预设的评价权重及所述覆盖度评价参数、所述生物量评价参数，计算所述净化能力参数；其中，所述评价权重包括，覆盖度权重和生物量权重，且所述覆盖度权重与所述生物量权重之和为1。3.根据权利要求2所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其特征在于，所述评价模型建立方法包括如下步骤：S01，对水域类型进行划分，对不同水域类型分别进行样本采集，得到样本数据；S02，分别对各个类型水域的样本数据进行拟合，针对每个类型的水域，得到特征参数随覆盖度变化的第一拟合函数及特征参数随生物量变化的第二拟合函数；S03，取所述第一拟合函数在覆盖度取值范围内的第一最大值和第一最小值，并对在覆盖度取值范围内的所述第一拟合函数进行归一化处理，使所述第一最小值为0，所述第一最大值为1；记归一化处理后的第一拟合函数为所述覆盖度子模型；S04，取所述第二拟合函数在生物量取值范围内的第二最大值和第二最小值，并对生物量取值范围内的所述第二拟合函数进行归一化处理，使得所述第二最小值为0，所述第二最大值为1；记归一化处理后的第二拟合函数为所述生物量子模型；S05，将所述覆盖度子模型和所述生物量子模型根据所述覆盖度权重和所述生物量权重加权求和，并经补偿计算后，得到所述评价模型。4.根据权利要求3所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其特征在于，所述特征参数包括总氮含量、硝氮含量、氨氮含量、总磷含量、正磷酸盐含量、总氮变异系数、硝氮变异系数、氨氮变异系数、总磷变异系数和正磷酸盐变异系数；其中，所述总氮变异系数、所述硝氮变异系数、所述氨氮变异系数、所述总磷变异系数和所述正磷酸盐变异系数均由所述样本数据计算得出。5.根据权利要求4所述的基于沉水植物覆盖度和生物量的水质净化功能评估方法，其特征在于：所述第一拟合函数为，其中，x表示植物覆盖度；w
TN1
为总氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TN1
(x)为总氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TN1
为总氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TN1
(x)为总氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；为硝氮含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，为硝氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；为氨氮含
量在随植物覆盖度变化关系中的权重，为氨氮含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TP1
为总磷含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TP1
(x)为总磷含量随植物覆盖度变化的拟合函数；w
TP
‑
P1
为磷酸盐含量在随植物覆盖度变化关系中的权重，f
TP
‑
P1
(x)为磷酸盐含量随植物覆盖度变化的拟合函数；所述第一拟合函数的归一化处理过程如下，其中，f
g1
(x)为归一化处理后的第一拟合函数，f1(x)为第一拟合函数，f
min1
(x)为第一拟合函数在植物覆盖度取值范围内的最小值，f
max1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，彭文启，葛金金，张海萍，余杨，渠晓东，解莹，刘洋，张宇航，杜龙飞，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：