CN102332110A - 一种“基于gis网格”的沼泽化程度评价技术 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于针对现阶段沼泽化定量评价研究的不足及复杂地形湖泊沼泽化评价存在的特殊困难，提出一种基于“GIS网格”的沼泽化评价方法。以目标湖泊的三维水下地形数据建立GIS网格系统，将目标湖泊基于地形、地势特点划分为大小不等的网格，以淤积效应和植被效应为主要研究对象，遵循植被为主，促淤效应为辅的沼泽化程度量化原则，对网格内区域进行沼泽化评价，分析目标湖泊沼泽化的空间分布及发生规律，为目标湖泊沼泽化的治理和管理提供科学参考。

Description

一种“基于GIS网格”的沼泽化程度评价技术

技术领域

本发明属于环境生态学领域，具体涉及一种“基于GIS网格”的沼泽化程度评价技术。

背景技术

随着人类对湖泊干扰的加剧以及管理机制的不足，湖泊沼泽化问题日趋明显。因沼泽化问题关系到浅水湖泊的寿命，沼泽化成因及其逆转机制成为生态研究的热点。然而在现阶段，由于缺乏系统的分析和合理有效的治理措施，湖泊沼泽化问题一直未能得到有效地解决。

关于湖泊沼泽化的研究较少，申请号为201010595938.4的发明专利根据湖泊管理的需求，从流域整体入手，确定包含维系富营养化湖泊自身生命健康的自然属性和湖泊服务于人类社会可持续发展需求的社会属性的综合评价指标体系；依据综合评价指标体系，基于多因素综合原理和模糊关系合成原理建立一个包括数据录入及处理计算模块、单因素评价计算模块、综合评价计算模块的评价模型；将基础数据录入评价模型，通过评价模型输出的计算结果对湖泊进行健康评价。申请号为201010273038.8的发明专利以湖泊水位、水深为主要研究对象，将其两者作为湖泊沼泽化程度的量化原则，同时根据历年不同程度的年水位、最大水位、水位-容积关系、水深、湖泊多年平均泥沙输入量、沉积量几项主要指标进行综合判定。申请号为200910272525.X的发明专利选取对富营养化浅水湖泊生态修复过程中水质改善与稳定重要的两种因子：水体透明度和叶绿素a浓度，综合考虑两种因子间的相互作用，建立富营养化浅水湖泊生态修复后的水质诊断指标——湖泊水质指数(LQI)。可以定量描述富营养化浅水湖泊清水稳态和浊水稳态之间的转换，从而为富营养化浅水湖泊生态修复后的水质提供直观、简捷的诊断方法。

有的湖泊地形、地势比较复杂，可能出现湖泊被分为多个大小不同的小湖泊同时各个小湖泊又被沟濠连接、相互连通的情况。此种地形特点造成此类湖泊不同的区域甚至相邻区域沼泽化程度差异很大，使得以上技术和方法不能对此类湖泊的沼泽化程度做出有效的评价。但是引入“GIS网格”能很好的解决这个问题。本发明通过获取高精度湖泊三维水下地形数据建立GIS网格系统，将目标湖泊根据地形地势特点划分为大小不等的网格，基于网格内的湖底淤高因子、淤积填平指标及通过遥感数据和样地植被调查得到的植被指标，对此类湖泊不同区域的沼泽化程度进行评价。该方法对研究复杂地形湖泊沼泽化的空间分布，把握沼泽化的空间变化规律具有重要的参考价值，同时为湖泊生态环境的综合整治、分区治理，综合管理和可持续利用提供必要的依据。

发明内容

本发明的目的在于：针对现阶段沼泽化定量评价研究的不足及复杂地形湖泊沼泽化评价存在的特殊困难，提出一种基于“GIS网格”的沼泽化评价方法。以目标湖泊的三维水下地形数据建立GIS网格系统，将目标湖泊基于地形地势特点划分为大小不等的网格。基于网格内的湖底淤高因子、淤积填平指标及通过遥感数据和样地植被调查得到的植被指标，对此类湖泊的不同区域的沼泽化程度做出评价，分析目标湖泊沼泽化的空间分布规律。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：对目标湖泊水下区域的地形参数进行长期实时监测，建立的GIS网格系统，将目标湖泊基于地形地势特点划分为大小不等的网格，并通过遥感数据和实地调查，得到植被类型和分布区域等动态数据，基于网格内的湖底淤高因子、淤积填平指标及通过遥感数据和样地植被调查得到的植被指标，遵循植被为主，促淤效应为辅的沼泽化程度量化原则，对沼泽化程度做出评价。

本发明与以往的沼泽化定量评价方法相比，其益处在于：能够针对复杂地形的湖泊的不同区域进行评价，能更有效地把握沼泽化的空间分布特征，更有效地掌控沼泽化的空间发展变化规律。

附图说明

为应用本发明得到的目标湖泊的不同区域沼泽化程度分布图。

具体实施方式

以下详细说明本发明的原理和实施方式：

(1)通过差分GPS全站仪，数字水准仪，双频测深仪和多普勒流速剖面仪获取高精度三维水下动态地形数据，然后根据地形特点和研究需要，将目标湖泊划分成多个Xm×Ym的网格(比如100m×50m)。提出湖底淤高因子S_i，淤积速率V_s及淤积填平指标D_e。

S_i＝(H_i-H_min)/(H_max-H_min)

V_s＝(H_i-H_i′)/h，

式中，H_i-该网格内的平均湖底高程；

H_i′-该网格内前一年的平均湖底高程；

H_max-目标湖泊湖底高程最大值；

H_min-目标湖泊湖底高程最小值。

h-网格内水深平均值。

为表征淤积的填平速率对沼泽化的影响，提出淤积填平指标D_e。D_e值越大，表明沼泽化程度越严重。D_e的取值确定方法如下：

当V_s大于或等于α时(α的值应根据不同目标湖泊的可承受存活年限的最小值确定)，淤积速率因子De赋值为1，当V_s＝0时，赋值D_e为0。通过线性内插法确定淤积速率因子D_e的值。

(2)对目标湖泊植被进行全范围调查辨识，找到其优势植被建群种，通过层次分析法确定各个建群种对沼泽化贡献的相对权重系数。具体方法如下：

对于各个植被建群种u₁，u₂，...，u_n，采用两两比较赋予其对沼泽化W_zzh贡献的权重。每次取两个元素u_i和u_j，用a_ij表示u_i和u_j对W_zzh的影响之比。全部比较结果可用判断矩阵A＝(a_ij)_n×n表示。

表1尺度a_ij的含义

判断矩阵中的数值由专家基于同等面积的不同建群种对沼泽化的贡献大小进行打分、根据专家意见得出。衡量判断矩阵的合格标准是它是否具有一致性。由于沼泽化的复杂性和专家认识的多样性，完全一致的判断是不现实的。一般只需近似满足一致性即可。计算一致性的方法是：

①计算一致性指标CI

$\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}$

式中，n为判断矩阵A的阶数，λ_max为A的最大特征值。

②查询平均随机一致性指标RI

表2一致性指标RI

③计算一致性比例CR

CR＝CI/RI

理论表明：当CR＜0.1时，一般认为判断矩阵A的一致性可以接受；否则就需要重新进行成对比较，对A加以调整，使之具有满意的一致性。

计算A的λ_max及其特征向量，对其特征向量进行归一化则得到各个建群种的相对权重系数W_i。

(3)对各个网格内的植被进行生物量、盖度、密度的监测，并提出反映植被分布情况的指数P，P_i＝该建群种的分布面积/网格面积

由分布指数和权重系数得到植被沼泽化综合指标W_zzh

W_zzh＝∑W_iP_i

(4)以W_zzh和S_i、D_e为研究对象，遵循植被为主，促淤效应为辅的沼泽化程度量化原则，再次应用专家打分法，确定植被指标几倍(β倍)重要于促淤效应指标，设沼泽化综合指标为S_zzh，S_zzh＝βW_zzh+D_e+S_i，

以此对不同网格的沼泽化做出评价。

实施例1

海河流域某湖泊的湖底高程最大值8.500m，最小值为5.000m，总面积360平方千米，将其划分为1000个大小不等的网格，部分网格参数列表如下：

表3部分网格淤积及植被分布的参数

运用层次分析法确定优势植被对沼泽化贡献的权重系数W_i。

表4权重系数

针对该目标湖泊，可认为100年是可承受的极限，故取α＝0.01，通过专家打分法确定β的值为5。

根据S_zzh＝βW_zzh+D_e+S_i

得到如下评价结果：

表5评价结果

由此即可得到该湖泊的沼泽化空间分布图(见附图1)。

Claims (4)

1.“基于GIS网格”的沼泽化程度评价技术，其特征在于：针对复杂地形特点的湖泊，通过获取高精度湖泊三维水下地形数据建立GIS网格系统，将湖泊根据地形、地势特点划分为大小不等的网格，基于网格内的湖底淤高因子、淤积填平指标及通过遥感数据和样地植被调查得到的植被指标，对此类湖泊的不同区域的沼泽化程度做出评价。

2.如权利要求1所述的“基于GIS网格分析”的沼泽化程度评价技术，其特征在于：通过差分GPS全站仪，数字水准仪，双频测深仪和多普勒流速剖面仪获得高精度三维水下地形数据，根据地形地势特点，建立大小不等GIS网格对湖泊的沼泽化进行分区评价。

3.如权利要求1所述的“基于GIS网格”的沼泽化程度评价技术，其特征在于：由三维水下地形数据，提出湖底淤高因子S_i及淤积填平指标D_e来对沼泽化进行评价。

4.如权利要求1所述的“基于GIS网格分析”的沼泽化程度技术，其特征在于：提出反映植被分布情况的指数P，应用层次分析法，通过专家基于同等面积不同植被对沼泽化的贡献的打分得到不同优势植被类型对沼泽化的相对贡献率。

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