CN106651138A - 一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法 - Google Patents

Abstract

一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，该方法包括以下步骤：步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系；步骤2：将最终的评价结果记录为Ax；步骤3：分析目标边坡生态修复工程实时存在的问题；步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法；步骤5：制定调控方案；步骤6：实施调控方案；步骤7：将最终的评价结果记录为A _x+1；步骤8：将A _x+1与预期目标进行比较，实施所述优化后的调控方案的步骤至少进行一次，直至最终的评价结果达到预期目标。本发明提供的一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，可以解决边坡生态修复工程难以定量、定性评价的问题。

Description

一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工 调控的动态反馈调节方法

技术领域

本发明涉及边坡生态修复领域，尤其一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法。

背景技术

AHP-模糊综合评价法是将层次分析法和模糊综合评价法有机结合，对目标对象进行综合评价的方法，即通过层次分析法确定各评价指标、各指标权重值及排序，之后再通过模糊综合评价法进行综合评价。

人工调控是指按人的需求目的，在系统内同自然调节产生互补作用的调控措施。通过对被破坏的生态系统实施人工设计，以人为主导，在人与自然共同创造原则的指导下，对结构进行修补和完善，以达到修复生态系统的目的。如灌溉是对降水的补充；抗病育种是对品种抗逆性的增强；作物间套种、天敌引进和食物链加环是对种间关系的调整。人工调控以自然调节的补充、调整和增强作用而存在，目的是求得系统结构和功能的最优化。

人们常常通过建立指标体系的方法来进行综合评价，而国内对边坡的评价研究多侧重于植被恢复质量，对边坡植被的水土保持效应亦有所考虑，但针对边坡生态修复工程的综合评价体系的研究较为少见。胥晓刚、贾致荣等认为坡面植被恢复群落质量评价体系中应包含生物的绿期、盖度、截流量、抗旱性、耐贫瘠能力、抗拉强度、物种多样性，并运用层次分析法建立了分析模型。其他则是在进行水土保持建设工程、退耕还林工程中提及生态防护效应影响的，如鱼哲等在罗玉沟流域水土保持植被工程效果评价中，在评价指标体系中考虑了水土保持效果和植被组成两方面的因素，开始了整体研究影响因素的定量探索；汪有科等在森林植被水土保持功能评价中，分别从冠层、枯落物层、根层对盖度与侵蚀、森林覆盖与水土保持的关系进行讨论。王晓光等在退耕还林生态效益评价过程中，针对目标选取水源涵养、水土保持、改良土壤、固碳释氧四方面因素，通过与实际验证后建立了退耕还林工程正确、可信的评价体系。Joanna Burger则从评价基本理论、方法角度对进行了阐述，认为评价是通过指标的现状和趋势来评估生态系统的健康状况，其方式可包括个人、物种、群落、景观、社会生态系统，所选指标通过组装要能形成监测计划。S.B.Mickovski和wand L.P.H.Van Beek更是基于边坡生态工程侵蚀引发的风险建立了评价决策系统。GjaltHuppes和Masanobu Ishikawa则针对效应缺陷提出了十个基本步骤以指导可持续发展微观层次的行为。由此可见，针对边坡生态修复工程，在评价理论、内容、方法上尚未形成统一认识，缺乏科学、合理的指导性评价方法。我国的水电开发项目多处于生态脆弱区，针对工程开挖扰动致使边坡原有覆盖层剥离、回填扰动形成松散裸露坡体，各类边坡生态修复技术已广泛应用于扰动边坡的生态治理。而边坡生态修复工程是综合性的系统工程，要求工程效果评价指标的选取应从多方面、多层次综合反映工程效应的目的。因此，亟需建立一套系统且科学的边坡生态修复工程评价体系。

国内外对人工群落恢复与演替的研究相对较少，目前已有且基于群落调控工作的资料有，马玉寿等针对青海“黑土型”退化草地人工植被提出了施肥、灭杂草等关键调控措施，魏兴琥在黄土高原西部弃耕地中通过对土壤水分的调控使植被群落更加稳定。以及区域生物群落生长条件的优化，如包维楷等针对岷江上游干旱河谷的植被恢复环境优化调控技术进行相关研究，李国雷对华北落叶松中对林下植被发育存在影响的人工林密度进行了调控研究，张俊华则探讨基于冬小麦植被指数的氮肥调控技术，对指导植被恢复工程具有重要意义。个别则侧重于大区域内限制因素及对应调控措施的讨论，如周永斌对干旱半干旱地区的人工治理的生态环境行为。Joanna Burger重点介绍了评价后的环境和生态管理手段-整治和恢复，并整合评价、恢复、评估形成完整研究系统。Sebastian Engell则阐述了调控优化操作的反馈理论。王费新和Joseph H.W.Lee研究在亚热带区域通过植树造林措施加速退化地上的植物群落演替进程。S.Drake等研究了科尔沁沙地的人工恢复植被的群落演替效果。生态修复技术着重考虑修复基材(植被混凝土、厚层基材等)在坡体上的稳定性、先锋物种在修复基材中的适应性等方面，对于植被群落建立后存在的不完善更没有相关的调控建议。工程实践表明，各类生态修复技术在实施后，坡面建立植被群落后仍然存在物种单一、水平结构单一、垂直结构失衡、演替方向不明等问题，仅靠群落自然作用难以达到边坡生态工程应有的生态、景观效应，而目前对边坡生态修复工程人工植被群落的后续管理研究甚少。因此，亟需开展边坡生态修复工程人工调控方面的研究。

边坡生态修复工程构建的的生态系统可看作是基质、植被与环境相互作用的统一体，这个体系决定了生态护坡的稳定性与效应发展，但其稳定性与持续性处于动态变化中。如果能够对边坡生态修复工程进行动态监测和综合评价，进而根据评价结果指导后续的人工调控工作，有助于边坡生态修复工程效果的实现以及边坡生态系统的可持续发展。

因此，亟需发明一种针对边坡生态修复工程所构建生态系统的用于指导人工调控的动态反馈调节方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，可以解决边坡生态修复工程难以定量、定性评价的问题，能够客观的对边坡生态修复工程综合质量进行实时评价，从而有针对性的优化调整后续调控方案直至边坡生态修复工程的调控成效达到预期。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系：确定一级指标和二级指标，建立适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤2：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B_xy(x,y＝1，2，…，n)，将最终的评价结果记录为A_x(x＝1，2，…，n)，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A_x(x＝1，2，…，n)；

Ax表示第x次采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价时最终的评价结果，Bxy表示第x次采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价时的第y个一级指标的评价结果，x表示采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价的次数，y表示一级指标的数目；

步骤3：若评价结果A_x(x＝1，2，…，n)未达到预期目标，则结合一级指标评价结果B_xy(x,y＝1，2，…，n)以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析目标边坡生态修复工程实时存在的问题；

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法：若现有调控技术的一种或多种组合可以解决步骤3发现的问题，则采取现有调控技术的一种或多种组合；若现有调控技术的一种或多种组合不能解决步骤3发现的问题，则针对步骤3发现的问题研发若干新调控技术，并确保新调控技术切实可行；

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定调控方案；

步骤6：对目标边坡生态修复工程实施步骤5制定的调控方案；

步骤7：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对调控后的目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B_x+1y+1(x,y＝1，2，…，n)，将最终的评价结果记录为A_x+1(x＝1，2，…，n)，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A_x+1(x＝1，2，…，n)；

步骤8：将A_x+1(x＝1，2，…，n)与预期目标进行比较，

若A_x+1(x＝1，2，…，n)达到预期目标，则不需对目标边坡生态修复工程继续进行调控；

若A_x+1(x＝1，2，…，n)未达到预期目标，则需制定后续调控方案并进行优化，实施所述优化后的调控方案；

上述制定后续调控方案并进行优化，实施所述优化后的调控方案的步骤至少进行一次，直至最终的评价结果达到预期目标。

步骤8中，当A_x+1(x＝1，2，…，n)未达到预期目标时，制定后续调控方案并进行优化的方法为：

步骤8-1：重复步骤3-5，制定后续调控方案；

步骤8-2：将A_x+1(x＝1，2，…，n)、B_x+1y+1(x,y＝1，2，…，n)与A_x(x＝1，2，…，n)、B_xy(x,y＝1，2，…，n)分别进行对比分析，对前一次调控方案的实施效果进行比较评判，据此优化步骤8-1制定的后续调控方案。

步骤1中，构建边坡生态修复工程综合质量评价体系的方法为：

步骤1-1：评价指标的选取：以水土保持效应、基材改良效应、生态效应及景观效应为一级评价指标，以基材稳定渗透率、根系基材复合体抗剪强度、坡面侵蚀量、土壤根系干重增加率、坡面最大冲刷深度、碱解氮、速效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮、土壤容重、有机质、酸碱度、第一优势种重要值、Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、皮耶罗均匀度指数、景观协调性、景观美感度、坡面裸露度为各一级评价指标下的二级评价指标；

步骤1-2：确定步骤1-1选取的各一级评价指标和二级评价指标的权重；

步骤1-3：确定步骤1-1选取的各一级评价指标和二级评价指标的评价标准：各指标监测值的数据分析，建立了适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤1-4：指标层因素的综合评价：首先确定隶属度，对指标层中的每一个因素进行综合评价，通过对评价结果进行统计整理做出n个评语，其中用B_ijk来表示指标层中的元素，B_ij属于评价等级的评定数，同时B_ij属于评价等级的程度即为隶属度，表示如下：

C_ijk＝B_ijk/B_ij1+B_ij2+...+B_ijk

其中，C_ijk为第i个一级评价指标下的第j个二级指标隶属于第k个评判等级的程度；i为一级指标中子因素的数目；j为第i个一级指标下的二级指标的数目；k为评价等级标准集合中的元素数目；

则隶属度矩阵列为：

于是一级指标中第i个评价指标的综合评价集合为：

式中i＝1，2，…，n；R_i为一级指标中第i个指标的各下级指标相对于它的综合模糊运算结果；w_ij为一级指标中第i个指标的各下级指标的权重；C_ijk为模糊评价矩阵；

步骤1-5：一级指标层因素的综合评价：对一级指标层的各个单因素B_i进行综合评价，评价过程中需要综合考虑二级指标层中的模糊运算结果，即一级指标层的模糊评价集合计算公式如下：

S＝W*(R₁ R₂ ... R_n)^T＝(w₁ w₂ ... w_N)*(R₁ R₂ ... R_n)^T

完成所述边坡生态修复工程综合质量评价体系的构建。

本发明提供的一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，有益效果如下：

1、通过优选反映边坡生态修复工程综合质量的指标参数，制定了生态修复工程指标的五级标准体系，通过采用AHP-模糊综合评价模型可以解决边坡生态修复效果评价中的定量问题、定性问题及模糊现象。

2、综合考虑了水土保持、基材改良、生态及景观效应四大类指标，客观全面的选取了代表性指标，提高了综合评价的准确性。本发明指标较涉及指标数据容易获取，可广泛用于边坡生态修复工程的综合评价。本发明可以全面地反映生态修复技术在运用后所要求的用途以及对应的表征，可以较好的解决边坡各效应的比较、判断、分析，为边坡生态工程建设和环境保护提供指导。

3、对目标边坡生态修复工程作出科学有效的对比评价并发现边坡生态修复工程实时存在的问题，进而帮助工程科研人员有针对性的制定调控方案或研发调控新技术，以解决边坡生态修复工程显现的问题。采用本发明对调控后的边坡生态修复工程进行评价，比较调控前后的评价结果，即可对调控措施的阶段性成效进行判定，同时可为对后续的调控措施的选择和实施发挥重要的指导作用。

4、根据评价结果发现的问题研发各类人工调控技术，采用各种人工调控技术对生态修复工程进行调控，调控后评价结果较调控前均大幅提高，与工程实际吻合，表明所构建的评价指标体系具有良好的适用性。

可以解决边坡生态修复工程难以定量、定性评价的问题，能够客观的对边坡生态修复工程综合质量进行实时评价，从而有针对性的优化调整后续调控方案直至边坡生态修复工程的调控成效达到预期。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明步骤1-1选取的边坡生态修复工程综合质量评价体系的一级评价指标和二级评价指标的关系图。

具体实施方式

实施例一(贵州光照水电站进厂公路边坡生态修复工程)

工程概况：本工程位于贵州省光照水电站，地处黔西南州晴隆县与安顺市关岭县交界，属于北盘江流域。该区域内气候呈立体状，跨越南温带、北亚热带、中亚热带，主要以中亚热带季风湿润气候为主，四季分明，热量充足，水热同季。境内12.5％的低热河谷地区有“天然温室”之称。累计年平均气温为16.2℃，年平均最高气温为16.9℃，最低气温15.4℃，雨量充沛，年降水量1205.1～1656.8mm，是全省降水中心之一。水电站新开挖的岩面部分为石灰岩，部分为沉积砂岩，坡面陡峭且很破碎，稳定性比较差，其面积约为8500m²，最高处约为20m，坡度最大达80°。本工程自2004年9月20日开工，于2004年12月25日完工，贵州光照水电站进厂公路边坡生态修复工程实施两年后，部分坡段生境基材出现碱解氮、有效磷、速效钾含量低，植被呈现营养不良的情况。

一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系：确定一级指标和二级指标，建立适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤2：基于上述目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄，将最终的评价结果记录为A₁，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₁为“III级—一般”；

步骤3：评价结果A₁与预期目标(I级—优或II级—良)比较，未达到预期目标，结合一级指标评价结果B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄(基材改良效应评价值相对最低)以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析得出上述目标边坡生态修复工程的生境基材存在肥力不足、肥力可持续性差的问题；

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法。发现现有调控技术的一种或多种组合不能解决步骤3发现的问题，则针对上述目标边坡生态修复工程的生境基材存在肥力不足、肥力可持续性差的问题,研发出“一种植被防护土壤基材活性化方法”(中国专利号为200910063087.6，授权公告号为CN101608446)，该方法主要包括以下内容：活化物由固氮菌剂肥料、解磷菌剂肥料(解磷微生物肥料)、硅酸盐细菌菌剂(生物钾肥)三种菌剂肥料混合活化而得；三种菌剂肥料的掺入可使边坡植被防护基材中的微生物数量和种类能尽快提升到较高水平，达到活化基材养分的目的。

三种菌剂的掺入，可改善基材的微生物结构，促进基材土壤养分的快速释放，增加肥力，为植被的持续生长创造了良好的条件；菌剂内含不同种类的微生物，不仅能加快人工添加的有机质分解速率，同时也能分解开挖坡底层土中难溶的磷、钾矿物，固氮菌则能固定氮素，从而提高基材的氮磷钾含量水平，起到持续维持边坡的肥力的作用；相对普通植被混凝土，植被混凝土活性化基材中矿物态N、P、K元素含量显著提高，微生物量N提高25到45倍。

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定调控方案；按照2.5g/m²的用量在边坡坡面上喷射活化物的方法实施调控；

步骤6：对目标边坡生态修复工程实施步骤5制定的调控方案：按照2.5g/m²的用量在边坡坡面上喷射活化物的方法实施调控。

步骤7：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对调控后的目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄，将最终的评价结果记录为A ₂,根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₂为“I级—优”；

步骤8：将评价结果A₂与预期目标(I级—优或II级—良)进行比较，评价结果A₂达到预期目标，则不需对目标边坡生态修复工程继续进行调控。

调控后生境基材微生物量提高约32倍，碱解氮、有效磷、速效钾5年内的平均含量较调控前均提高1倍以上，群落逐步向顶级群落演替，现已实现开挖边坡与周围山体景观协调一致。步骤5制定调控方案有效地改良了植被防护基材特性，增强了植被防护基材肥力，改善了坡面植被生长环境，从而实现了生态修复工程生境基材的肥力可持续性调控。

调控成效显著，如表1所示。

表1调控前后的评价结果

实施例二(云南小湾水电站进场公路开挖陡边坡生态修复工程)

工程概况：本工程位于云南澜沧江小湾水电站，该地区属于亚热带季风气候，年降雨量大约为1000～1150mm之间，其中降雨量主要集中在5、6、7、8、9、10这六个月，初春与冬季干旱少雨。一年之中，日照时数大于2000小时，年平均气温16～18℃，最冷月均温8～10℃，年积温5400°。土壤为红壤，pH值为5.0～5.8，有机质和氮贫乏；磷极易被固定，利用率不高，土壤粘粒含量高，较易板结；水溶硼、有效锌和铜较为缺乏。本工程位于小湾水电站进营地右侧公路，山体绿化面积达35000m²左右。施工日期从2003年12月至2004年2月。该工程包括两个标段：一处是位于大坝下游观礼台处的两块混凝土坡面，面积约19000m²，坡度在60°～75°之间，两块坡面均呈Λ型，其坡脚至顶部约70m。另一处为进营地公路开挖岩石山体边坡，岩面风化严重，且覆盖有大量流沙和浮土及部分枯树杂藤，面积约16000m²，坡度65°～75°之间，同时两处坡面的坡脚均已采用浆砌石进行护坡。小湾水电站进场公路开挖陡边坡生态修复工程实施五年后，植被群落以禾本科及菊科为主造成的结构单一。

一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系：确定一级指标和二级指标，建立适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤2：基于上述目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄，将最终的评价结果记录为A₁，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₁为“IV级—差”；

步骤3：评价结果A₁与预期目标(I级—优或II级—良)比较，未达到预期目标，结合一级指标评价结果B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄(生态效应评价值相对最低)以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析得出上述目标边坡生态修复工程中存在灌木种子的萌发率及生长不如草本植物、植被群落以草本植物为主的问题；

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法。发现现有调控技术的一种或多种组合不能解决步骤3发现的问题，则针对上述目标边坡生态修复工程中存在灌木种子的萌发率及生长不如草本植物、植被群落以草本植物为主的问题,研发出“通过纸质植生袋生长灌木对边坡进行绿化的方法”(中国专利号：201110377113.X，授权公告号：CN102498915A)，该方法主要包括以下步骤：

一、制作植生袋：采用纸质材料制成一端开口，一端封闭的300mm长的小型圆筒状植生袋；

二、配制基质：基质中包括沙壤土、AB菌生物肥、有机质、保水剂和高效复合肥，以重量比计，沙壤土：AB菌生物肥：有机质：保水剂：高效复合肥＝4.6-5.2：2.7-3.2：1.3-1.6：0.18-0.22：0.25-0.32；

三、灌木种子选择：根据施工坡面的具体情况，考虑灌木与周边草本植物景观效果的原则，选择适宜的灌木种子；

四、种子装袋：用生根粉溶液浸泡0.5-2h的灌木种子，植生袋下部装入混合有灌木种子的基质，上部装入无种子基质，将袋内基质密实后将植生袋封口；

五、植生袋放置：将植生袋放入调控时预留的坡面孔洞中，营造了灌木种子萌发和初期生长的适宜环境，实现灌木与草本植物的空间结构搭配。

通过采用纸质植生袋可降解无污染，既节约资源，又保护了生态环境；充分发挥了植被混凝土和植生袋各自的优点，利用调控时预留的坡面孔洞，实现植被混凝土和植生袋的有机结合，形成一个有机的整体；改善了植生环境，营造了灌木种子萌发和初期生长的适宜环境，增加了植株的成活率，实现灌木与草本植物时空结构的搭配；本方法施工工艺简单，成本较低，施工场地占地较少，具有广泛的应用价值；

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定调控方案；按照10袋/m²的密度在坡面采用纸质植生袋生长灌木的方法实施调控；

步骤6：对目标边坡生态修复工程实施步骤5制定的调控方案：按照10袋/m²的密度在坡面采用纸质植生袋生长灌木的方法实施调控；

步骤7：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对调控后的目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄，将最终的评价结果记录为A ₂,根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₂为“II级—良”；

步骤8：将评价结果A₂与预期目标(I级—优或II级—良)进行比较，评价结果A₂达到预期目标，则不需对目标边坡生态修复工程继续进行调控。

调控后上述边坡生态修复工程坡面灌木层郁闭度达到80％以上，物种多样性大幅提高，步骤5制定的调控方案充分发挥了植被混凝土和植生袋各自的优点，利用调控时预留的坡面孔洞，营造了灌木种子萌发和初期生长的适宜环境，使灌木植株的成活率由原先的不足30％提高至使用本发明后的高于80％，从而实现了生态修复工程的灌木定居限制克服调控。

调控成效较为显著，如表2所示。

表2调控前后的评价结果

实施例三(向家坝水电站进场公路开挖边坡的生态修复工程)

工程概况：向家坝水电站是金沙江干流最下游梯级，处于“西电东送”华东、华中负荷中心的最佳地理位置。电站坝址位于金沙江干流下游的向家坝峡谷出口处，左岸是四川省宜宾县，右岸为云南省水富县。向家坝水电站坝址以上流域面积45.88万km²，占金沙江流域面积的97％，坝址多年平均流量4570m³/s,年径流量1440亿m³。径流以降雨为主，冰雪融水为辅，年际水量比较稳定。该电站装机容量为6000MW，保证出力2009MW，多年平均发电量307.47亿kW·h，工程规模属一等大(1)型工程。本工程位于向家坝水电站进场公路，为开挖边坡。山体绿化面积达7000m²左右，坡度约在53°，工程完工时间为2006年底。向家坝水电站进场公路开挖边坡的生态修复工程实施后，发现边坡生态系统存在较为严重的问题，生物群落物种单一、垂直结构不完善，水平结构失稳。

一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系：确定一级指标和二级指标，建立适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤2：基于上述目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄，将最终的评价结果记录为A₁，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₁(2008年7月)为“III级—一般”；

步骤3：评价结果A₁与预期目标(I级—优)比较，未达到预期目标，结合一级指标评价结果B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析得出该边坡生态修复工程实时存在的问题如下：

生物群落物种单一、垂直结构不完善：在垂直结构中，仅有草本层，不利于群落结构稳定。由于边坡生态系统是人工构建系统，初期物种主要由人为决定，紫花苜蓿占绝对优势地位，限制了其他物种的侵入生长，这样的系统一旦遭受病虫害，样地内植被群落将受到致命打击。系统的破坏将导致土壤肥力下降、坡面植被逐渐丧失并带来水土保持功能缺乏的后果。

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法。发现现有调控技术的一种或多种组合可以解决步骤3发现的问题，则采取现有调控技术的一种或多种组合:

抑制优势物种，增加竞争物种，通过生物引入栽培手段，实现生物与生物、生物与生境之间的相协关系；

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定调控方案；采用间苗措施，对坡面紫花苜蓿物种进行部分的直接干预或去除，同时撒播一定量的其他草本植物种子；

步骤6：对目标边坡生态修复工程实施步骤5制定的调控方案：采用间苗措施，对坡面紫花苜蓿物种进行部分的直接干预或去除，同时撒播一定量的其他草本植物种子。

步骤7：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对调控后的目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄，将最终的评价结果记录为A ₂,根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A₂(2012年7月)为“II级—良”；

步骤8：将评价结果A₂与预期目标(I级—优)进行比较，评价结果A₂未达到预期目标,

需制定后续调控方案并进行优化，实施所述优化后的调控方案,直至最终的评价结果达到预期目标。

制定后续调控方案并进行优化的方法为：

步骤8-1：重复步骤3-5，制定后续调控方案，如下：

步骤3：结合一级指标评价结果B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析得出上述目标边坡生态修复工程实时存在的问题如下：

水平结构的失稳体现在区域内生物类群、景观单元在水平方向上异质性差。典型问题是紫花苜蓿作为建群种重要值仍然较高，占绝对优势地位，使水平方向均质化问题严重，不利于向顶级群落的演替；

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法。发现现有调控技术的一种或多种组合可以解决步骤3发现的问题，则采取现有调控技术的一种或多种组合。

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定出后续调控方案。

步骤8-2：将步骤7得到的评价结果A ₂、B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄(2012年7月)与步骤7得到的评价结果A ₂、B₂₁、B₂₂、B₂₃、B₂₄(2008年7月)分别进行对比分析，对前一次调控方案的实施效果进行比较评判，据此优化步骤8-1制定的后续调控方案,优化后的方案为：

移栽一定数量的耐旱、耐贫瘠乔灌木幼苗，促进样地内物种丰富度、多样性、均匀度指标的增加；

实施所述优化后的调控方案，直至最后得到的评价结果A₃(2014年7月)达到预期目标(I级—优)。

植物群落经调控后，生物多样性指数发生了较大变化。群落优势种指数(Simpson指数)一直保持较高水平，说明群落优势种对群落的贡献相对稳定；Shannon-wiener指数显著降低，这可能是由于群落的建群种过于强势，抑制了更多物种加入和扩散；而均匀度指数(Pielou指数)却呈增加趋势，说明群落优势种在群落中的作用越来越大。植物群落多样性指数变化不大，说明该群落结构相对稳定，群落物种数量相对稳定；

上述边坡生态系统经过调控后，其系统的生态功能如水土保持、生态效应、基材改良等均有显著提高。生态系统的水土保持效应、生态效应和土壤改良效应的各个指标数据值都有很大程度的改变，生态修复效果较之前也有明显的好转，说明通过适当的人工调控措施能够促进生态系统的正向演替，从而更好的实现生态修复的最优化。

调控成效显著，如表3所示。

表3调控前后的评价结果

上述实施例一至三中，步骤1中，构建边坡生态修复工程综合质量评价体系的方法为：

步骤1-1：评价指标的选取：以水土保持效应、基材改良效应、生态效应及景观效应为一级评价指标，以基材稳定渗透率、根系基材复合体抗剪强度、坡面侵蚀量、土壤根系干重增加率、坡面最大冲刷深度、碱解氮、速效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮、土壤容重、有机质、酸碱度、第一优势种重要值、Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、皮耶罗均匀度指数、景观协调性、景观美感度、坡面裸露度为各一级评价指标下的二级评价指标，如图1所示，上述各评价指标的说明如表4所示：

表4边坡生态修复工程的评价指标及说明

步骤1-2：确定步骤1-1选取的各评价指标的权重，如表5所示：

表5边坡生态修复工程的评价指标权重

步骤1-3：确定步骤1-1选取的各评价指标的评价标准：各指标监测值的数据分析，建立了适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

筛选确定评价标准的分级标准如表6所示：

表6边坡生态修复工程的评价指标分级标准

步骤1-4：指标层因素的综合评价：首先确定隶属度，对指标层中的每一个因素进行综合评价，通过对评价结果进行统计整理做出n个评语，其中用B_ijk来表示指标层中的元素，B_ij属于评价等级的评定数，同时B_ij属于评价等级的程度即为隶属度，表示如下：

C_ijk＝B_ijk/B_ij1+B_ij2+...+B_ijk

其中，C_ijk为第i个一级评价指标下的第j个二级指标隶属于第k个评判等级的程度；i为一级指标中子因素的数目；j为第i个一级指标下的二级指标的数目；k为评价等级标准集合中的元素数目；

则隶属度矩阵列为：

于是一级指标中第i个评价指标的综合评价集合为：

式中i＝1，2，…，n；R_i为一级指标中第i个指标的各下级指标相对于它的综合模糊运算结果；w_ij为一级指标中第i个指标的各下级指标的权重；C_ijk为模糊评价矩阵；

步骤1-5：一级指标层因素的综合评价：对一级指标层的各个单因素B_i进行综合评价，评价过程中需要综合考虑二级指标层中的模糊运算结果，即一级指标层的模糊评价集合计算公式如下：

S＝W*(R₁ R₂ ... R_n)^T＝(w₁ w₂ ... w_N)*(R₁ R₂ ... R_n)^T

完成所述边坡生态修复工程综合质量评价体系的构建。

Claims (3)

1.一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：构建边坡生态修复工程综合质量评价体系：确定一级指标和二级指标，建立适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤2：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B_xy(x,y＝1，2，…，n)，将最终的评价结果记录为A_x(x＝1，2，…，n),根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A_x(x＝1，2，…，n)；

Ax表示第x次采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价时最终的评价结果，Bxy表示第x次采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价时的第y个一级指标的评价结果，x表示采用步骤1建立的评价体系对目标边坡生态修复工程进行评价的次数，y表示一级指标的数目；

步骤3：若评价结果A_x(x＝1，2，…，n)未达到预期目标，则结合一级指标评价结果B_xy(x,y＝1，2，…，n)以及目标边坡生态修复工程实地状况，分析目标边坡生态修复工程实时存在的问题；

步骤4：研判步骤3发现的问题，选取调控方法：若现有调控技术的一种或多种组合可以解决步骤3发现的问题，则采取现有调控技术的一种或多种组合；若现有调控技术的一种或多种组合不能解决步骤3发现的问题，则针对步骤3发现的问题研发若干新调控技术，并确保新调控技术切实可行；

步骤5：围绕步骤4选取的调控方法，制定调控方案；

步骤6：对目标边坡生态修复工程实施步骤5制定的调控方案；

步骤7：基于目标边坡生态修复工程的现场监测及室内试验数据，采用步骤1建立的评价体系对调控后的目标边坡生态修复工程进行评价，将各一级指标的评价结果记录为B_x+1y+1(x,y＝1，2，…，n)，将最终的评价结果记录为A_x+1(x＝1，2，…，n)，根据步骤1建立的指标评价五级标准可得评价结果A_x+1(x＝1，2，…，n)；

步骤8：将A_x+1(x＝1，2，…，n)与预期目标进行比较，

若A_x+1(x＝1，2，…，n)达到预期目标，则不需对目标边坡生态修复工程继续进行调控；

若A_x+1(x＝1，2，…，n)未达到预期目标，则需制定后续调控方案并进行优化，实施所述优化后的调控方案；

上述制定后续调控方案并进行优化，实施所述优化后的调控方案的步骤至少进行一次，直至最终的评价结果达到预期目标。

2.根据权利要求1所述的一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，其特征在于步骤8中，当A_x+1(x＝1，2，…，n)未达到预期目标时，制定后续调控方案并进行优化的方法为：

步骤8-1：重复步骤3-5，制定后续调控方案；

步骤8-2：将A_x+1(x＝1，2，…，n)、B_x+1y+1(x,y＝1，2，…，n)与A_x(x＝1，2，…，n)、B_xy(x,y＝1，2，…，n)分别进行对比分析，对前一次调控方案的实施效果进行比较评判，据此优化步骤8-1制定的后续调控方案。

3.根据权利要求1所述的一种利用边坡生态修复工程综合评价指导边坡生态修复人工调控的动态反馈调节方法，其特征在于步骤1中，构建边坡生态修复工程综合质量评价体系的方法为：

步骤1-1：评价指标的选取：以水土保持效应、基材改良效应、生态效应及景观效应为一级评价指标，以基材稳定渗透率、根系基材复合体抗剪强度、坡面侵蚀量、土壤根系干重增加率、坡面最大冲刷深度、碱解氮、速效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮、土壤容重、有机质、酸碱度、第一优势种重要值、Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、皮耶罗均匀度指数、景观协调性、景观美感度、坡面裸露度为各一级评价指标下的二级评价指标；

步骤1-2：确定步骤1-1选取的各一级评价指标和二级评价指标的权重；

步骤1-3：确定步骤1-1选取的各一级评价指标和二级评价指标的评价标准：各指标监测值的数据分析，建立了适用于边坡生态修复工程的指标评价五级标准，五级标准为：I级—优；II级—良；III级—一般；IV级—差；V级—极差；

步骤1-4：指标层因素的综合评价：首先确定隶属度，对指标层中的每一个因素进行综合评价，通过对评价结果进行统计整理做出n个评语，其中用B_ijk来表示指标层中的元素，B_ij属于评价等级的评定数，同时B_ij属于评价等级的程度即为隶属度，表示如下：

C_ijk＝B_ijk/B_ij1+B_ij2+...+B_ijk

其中，C_ijk为第i个一级评价指标下的第j个二级指标隶属于第k个评判等级的程度；i为一级指标中子因素的数目；j为第i个一级指标下的二级指标的数目；k为评价等级标准集合中的元素数目；

则隶属度矩阵列为：

$C_{ijk}=\left[\begin{array}{cccc}{c}_{i11}& c_{i12}& ...& c_{i1k}\\ c_{i21}& c_{i22}& ...& c_{i2k}\\ ...& ...& ...& ...\\ c_{ij1}& c_{ij2}& ...& c_{ijk}\end{array}\right]$

于是一级指标中第i个评价指标的综合评价集合为：

$R_i=W_i*C_{ijk}=(w_{i1},w_{i2},...,w_{in})\left[\begin{array}{cccc}{c}_{i11}& c_{i12}& ...& c_{i1k}\\ c_{i21}& c_{i22}& ...& c_{i2k}\\ ...& ...& ...& ...\\ c_{ij1}& c_{ij2}& ...& c_{ijk}\end{array}\right]=\left(\begin{array}{cccc}{r}_{i1}& r_{i2}& \mathrm{...}& r_{in}\end{array}\right)$

式中i＝1，2，…，n；R_i为一级指标中第i个指标的各下级指标相对于它的综合模糊运算结果；w_ij为一级指标中第i个指标的各下级指标的权重；C_ijk为模糊评价矩阵；

步骤1-5：一级指标层因素的综合评价：对一级指标层的各个单因素B_i进行综合评价，评价过程中需要综合考虑二级指标层中的模糊运算结果，即一级指标层的模糊评价集合计算公式如下：

S＝W*(R₁ R₂ ... R_n)^T＝(w₁ w₂ ... w_N)*(R₁ R₂ ... R_n)^T

完成所述边坡生态修复工程综合质量评价体系的构建。