通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析方法及系统与流程

本发明涉及水文监测及河湖评估，尤其是涉及一种通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析方法及系统。

背景技术：

1、通江湖泊作为江湖水系的关键纽带，其内部的水文过程、水利工程运行、水质环境以及水生生物系统之间存在错综复杂的交互耦合关系。深入分析多要素在演变过程中的响应机制，对于准确识别河湖健康状态的演变规律、优化流域水资源配置以及制定精细化生态修复策略具有重要的技术指导意义。

2、目前，针对复杂水系的健康评价通常采用分布式水文模型或水质模拟工具进行多场景仿真，并结合层次分析法或熵权法等数学工具构建综合评价指标体系。在实际应用中，相关评价指标的识别与筛选往往基于长时间序列的统计数据进行全时段静态分析。同时，现有的多要素耦合模拟方案多采用顺向驱动模式，即将水文模块的计算结果作为水环境或水生态模块的边界输入。此处理方式在应对水文情势波动剧烈的通江湖泊时，难以实时刻画底层生境要素变化对上游水动力过程的非线性反馈作用。此外，在大规模随机情景的健康评价中，现有的指标赋权逻辑往往依赖于固定权重或高度人工介入的判定方式，在处理海量评价矩阵时面临计算逻辑难以收敛、评价结果与物理实际偏离等技术局限。

3、因此，在复杂交替的水文环境下，如何提升多要素耦联评价系统对动态物理过程的刻画精度，并实现海量随机情景下评价逻辑的自洽与自动化处理，是当前河湖健康评价领域亟待解决的共性技术问题。有必要研究一种能够提高多要素耦联分析鲁棒性与评价准确性的技术方法，以支撑对复杂水系健康状态的科学表征。

技术实现思路

1、为此，本申请公开如下技术方案：

2、一种通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析方法，包括：

3、获取通江湖泊的水资源要素、水环境要素和水生态要素的历史监测资料，以及江湖水位差序列；

4、基于江湖水位差序列对候选指标执行敏感度分析，构建关键河湖健康评价指标集；

5、耦合水资源、水环境和水生态模拟子模块，构建河湖健康评价模型，其中，水生态模拟子模块通过物理反馈变量与水资源模拟子模块实现迭代反馈；

6、基于历史监测资料构建多维联合分布模型，并根据多维联合分布模型生成多组随机情景数据；

7、将随机情景数据及关键河湖健康评价指标集输入河湖健康评价模型，通过求解多目标优化问题得到各情景下的河湖健康评价值，并根据河湖健康评价值确定各指标的综合权重。

8、可选的，基于江湖水位差序列对候选指标执行敏感度分析，构建关键河湖健康评价指标集之前，还包括：

9、利用荟萃分析法对预设的多个研究资料进行量化综合分析，识别河湖健康评价的候选指标并构建初始指标集。

10、可选的，对候选指标执行敏感度分析之前，还包括：

11、计算初始指标集中各指标间的相关矩阵，并将相关矩阵作为主成分分析的输入执行特征分解；

12、根据预设的累计方差贡献率阈值提取主成分，并选取每个主成分中荷载绝对值最大的原始指标作为代表指标，剔除冗余指标后得到精简指标集。

13、可选的，耦合水资源、水环境和水生态模拟子模块，构建河湖健康评价模型，包括：

14、基于水文响应单元构建包含径流与水位模拟功能的水资源模拟子模块；

15、构建包含营养盐循环与水质参数模拟功能的水环境模拟子模块；

16、构建包含藻类与植被生长动力学模拟功能的水生态模拟子模块。

17、可选的，物理反馈变量为综合曼宁糙率系数，迭代反馈的过程包括：

18、从水生态模拟子模块中提取通江湖泊浅水区域的沉水植被覆盖度和挺水植被覆盖度；

19、将预设的裸底床糙率、沉水植被对糙率的增量贡献与沉水植被覆盖度的乘积、挺水植被对糙率的增量贡献与挺水植被覆盖度的乘积相加，更新综合曼宁糙率系数；

20、将更新后的综合曼宁糙率系数注入水资源模拟子模块以修正水位与流量的关系，并作为下一迭代步的输入参数。

21、可选的，在更新综合曼宁糙率系数时，还包括：

22、判断相加得到的计算值是否超过预设的物理上限约束；

23、若超过，则将综合曼宁糙率系数设定为物理上限约束的值，以限制糙率在合理物理范围内。

24、可选的，基于历史监测资料构建多维联合分布模型，包括：

25、对历史监测资料中的水资源、水环境和水生态要素分别拟合边缘分布，并基于赤池信息准则和拟合优度检验从预设的多个候选分布族中为各要素选取最优边缘分布；

26、基于最优边缘分布对历史监测资料执行概率积分变换，得到均匀分布的伪观测值。

27、可选的，通过求解多目标优化问题得到各情景下的河湖健康评价值，包括：

28、将随机情景数据输入河湖健康评价模型，以水资源、水环境和水生态三类分项健康得分最大化为目标函数，利用多目标遗传算法进行并行求解；

29、在求解过程中，通过非支配排序和拥挤度距离选择个体，得到满足预设代数的帕累托最优解集，并将解集中距离理想点最近的解确定为对应情景下的分项健康得分。

30、可选的，从水生态模拟子模块提取沉水植被覆盖度和挺水植被覆盖度，包括：

31、利用水生植被生长动力学方程进行数值模拟得到模拟值；

32、利用卫星遥感影像提取归一化植被指数或浮游藻类指数，得到遥感提取值；

33、采用遥感提取值对模拟值进行同化校正，得到最终的植被覆盖度场。

34、一种通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析系统，包括：

35、至少一个处理器；以及

36、与至少一个处理器通信连接的存储器；

37、其中，存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被处理器执行时实现本发明所述的通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析方法。

38、通过以上技术方案，本发明解决了传统评价方法指标识别静态化及耦合过程单向化等问题，提升了评价结果的准确性与物理合理性。

1.一种通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于江湖水位差序列对候选指标执行敏感度分析，构建关键河湖健康评价指标集之前，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对候选指标执行敏感度分析之前，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，耦合水资源、水环境和水生态模拟子模块，构建河湖健康评价模型，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物理反馈变量为综合曼宁糙率系数，迭代反馈包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在更新综合曼宁糙率系数时，还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于历史监测资料构建多维联合分布模型，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过求解多目标优化问题得到各情景下的河湖健康评价值，包括：

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，从水生态模拟子模块提取沉水植被覆盖度和挺水植被覆盖度，包括：

10.一种通江湖泊水文-生态多要素变化耦联分析系统，其特征在于，包括：