[發明專利]一種引水工程湖泊水生態效應敏感理化指標篩選技術方法

在審

• 申請號: 201710945557.6
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107764962A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 戴江玉;吳時強;吳修鋒;薛萬云;楊倩倩;王芳芳
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙)32273
• 代理人: 何薇

技術領域

本發明屬于環境與生態水力學技術領域，具體涉及一種引水工程湖泊水生態效應敏感理化指標篩選技術方法。

背景技術

近些年來，隨著太湖、巢湖以及滇池等大型富營養化湖泊藍藻水華暴發所引發的飲用水與生態危機日益嚴重，針對大型富營養化湖泊的引水調控工程受到有關部門的重視，已成為緩解藍藻水華災害的重要水利工程措施。而不同于小型湖泊，大型富營養化湖泊的引水調控工程對湖泊生態與環境的改善效果受到多方面因素的影響和制約，短期內難以獲得理想的結果，引水調控工程往往需常態化運行。因此，引水工程對大型富營養化湖泊水動力、物理化學環境以及生物的影響需進行長期的動態跟蹤研究。

受引水工程客水水質等輸入條件影響，受水湖泊水體理化環境往往響應敏感。因此，表征受水湖泊水體理化環境的變異是引水工程受水湖泊水生態效應評估的關鍵內容。現行的引水工程湖泊水生態效應的監測多參照水環境監測規則，采用水質常規指標，不僅缺少部分能夠表征引水工程外源輸入影響特征的理化指標，也存在監測指標不敏感，監測工作量大等問題。采用基于水體理化指標的主成分分析與均值比較方法，可有效篩選對引水工程響應敏感的理化指標，優化監測指標類型，減少監測成本與工作量。同時，由于監測指標易于獲取，利于在監測部門推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種引水工程湖泊水生態效應敏感理化指標篩選技術方法，為了實現該目的具體技術方案為：

一種引水工程湖泊水生態效應敏感理化指標篩選技術方法，該方法包括以下步驟：

(1)界定引水工程湖泊水生態影響監測的地理范圍；

(2)根據現行水環境監測規則設置引水河道與受水湖泊監測點位；

(3)依據引水工程運行規律確定監測時間與頻次；

(4)確定以水生生物群落指標與非生物理化指標作為表征水生態影響的監測指標；

(5)基于理化監測指標值的參數非參數均值分析、主成分分析方法，確定引水與非引水期差異顯著，并對理化環境變異貢獻主導的敏感理化指標。

優選的，所述步驟(1)中，監測的地理范圍包括：引水工程輸水河流入湖節制樞紐上游水域、湖泊直接承納引水的受水水域。

優選的，所述步驟(2)中，監測斷面或點位的設置方法具體為：在引水工程輸水河流入湖節制樞紐上游500m處設置監測斷面；在輸水河流入湖口至湖泊直接承納引水的受水水域中心、左右岸邊帶方向設置至少3條監測軸線，且每條軸線應至少設置5個監測斷面。

優選的，所述步驟(3)中，監測時間與頻次具體方法為：每次監測時間分非引水期和引水期，所述非引水期包含引水前和引水后；其中引水前的最后1天、引水后的第1天、引水期的第1天和最后1天必須監測，其余監測頻次的時間按實際監測需求確定。

優選的，所述步驟(4)中，監測指標具體為：水溫、pH、濁度(Tur)、溶解氧(DO)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(COD_Mn)、總氮(TN)、氨氮(NH₄-N)、硝酸鹽氮(NO₃-N)、葉綠素a(chla)、總有機碳(TOC)、硅酸鹽(SiO₃-Si)。

優選的，所述步驟(5)中，敏感理化指標篩選的方法具體為：

(1)對引水工程運行期間監測水域各點位的理化指標進行二維矩陣排列，輸入數學統計分析軟件(如SAS、SPSS等)，通過基于湖泊水體理化指標的主成分分析(principal component analysis，PCA)，對眾多監測指標進行篩選，獲得能夠最大程度代表引水過程中湖泊理化環境空間變異特征的少數幾個監測指標，作為引水生態修復工程水生態監測的部分敏感指標。

(2)對監測水域監測點位理化指標的均值進行參數(方差分析)或非參數(T-檢驗)均值比較，通過對比引水工程運行前、后各監測指標的差異，在95％或99％的置信度水平上，區分出具有顯著性差異的監測指標，作為引水生態修復工程水生態監測的部分敏感指標。

(3)綜合兩種分析方法得出的敏感理化指標，篩選既能表征受水湖泊理化環境變異的主導理化指標，又呈現顯著差異性的理化指標，作為受水湖泊引水工程響應敏感的理化指標，以減少監測工作量。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)本發明所采用的技術方法可同時篩選能表征受水湖泊理化環境變異的主導理化指標與差異顯著的理化指標，快速確定主要的水體敏感理化指標。

(2)本發明的技術方法易于操作，在常用的統計分析軟件中均可快速調用，分析結果可直接判定敏感理化指標。