[发明专利]一种基于投影寻踪的水电站河流水文情势评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于投影寻踪的水电站河流水文情势评价方法，属于河流水文情势改变度评价技术领域。

背景技术

河流作为人类社会发展的重要依托和保障，具有显著的资源功能、生态功能和经济功能。近年来，在人类活动的干扰下，河流的天然流态及生物多样性均受到了一定的影响，致使河流生态系统退化，特别是某些位于山区的中小河流，片面追求发电、灌溉等产生的经济效益，导致这一情况更加严重，引发社会各界的广泛关注。为此，党的十八大把生态文明建设纳入“五位一体”总体布局。2013年《水利部关于加快推进水生态文明建设工作的意见》指出，在水利工程建设及运行的各个环节都要高度重视对生态环境的保护，着力维护河湖健康，最大程度地降低工程对水生态环境的不利影响。2016年12月11日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面推行河长制的意见》，更是明确以保护水资源、防治水污染、改善水环境、修复水生态为主要任务，为维护河湖健康生命、实现河湖功能的有序利用，提供制度保障。

正确评估水利工程对河流生态系统的影响，是实现人水和谐的基础。自20世纪70年代开始，一些国家便陆续开展相关研究，如南非的河口健康指数(Estuarine Health Index,EHI)、英国的河流保护评价系统(System for Evaluating Rivers for Conversation,SERCON)、美国的生境适宜性指数(Habitat Suitability Index,HSI)等(杨娜,梅亚东,尹志伟.建坝对下游河道水文情势影响RVA评价方法的改进[J].长江流域与资源环境,2010,19(5):560-565.)。这些评价体系从不同角度较完整地评价了河流的健康状况，但所需数据量大，且涉及河流地貌、生物物种及其栖息地等大量信息。我国对于河流健康的研究起步较晚，大多数河流对生态的观测资料欠缺，上述方法难以得到有效使用。美国学者Richter等基于河流水文要素与生态系统之间的响应关系，于1996年建立了水文变异指标体系(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)，并在此基础上提出了变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)，定量计算河道水文情势的改变度。

IHA/RVA方法一经提出，即得到了学术界的广泛使用。传统的RVA法在分析河流生态水文特征的改变方面取得了很大成就，但因过度强调高度变化的IHA指标导致评价结果与实际存在差异，且难以区分各项指标的相对重要程度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于投影寻踪的水电站河流水文情势评价方法，应用于河流水文情势改变度评价。

RVA法是Richter等在IHA的基础上，通过对比不同时段河流IHA指标的改变程度，以自由流量下各指标的平均值加减标准差或以75％和25％频率值作为上下限(即RVA阈值)，定量计算河道水文整体变异度，进而评估河流健康状况，确定河流管理年度目标。投影寻踪法(Project Pursuit,PP)在分析非正态总体分布高维数据方面具有探索性，基本思想是以某种组合将高维数据投影到低维(1～3维)子空间上，寻找出能反映数据特征的投影，实现在低维空间上对其内在联系的分析。同时，它很好地排除无关投影方向的干扰，容易根据投影向量中各个分量的相对大小知道单项指标对整体评价的影响程度，避免了人为确定指标权重的不确定性和主观性。该方法在很多领域已有了较广泛的应用，但还没有学者将之与RVA法耦合进行河流水文情势改变度的评价。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于投影寻踪的水电站河流水文情势评价方法，具体步骤如下：

步骤一：收集并整理长系列日流量数据，确定日径流系列的突变点，突变点之前的年份构成天然径流序列，突变点之后的为受影响后的径流序列；

步骤二：由天然径流序列计算突变点前的IHA指标特征值，确定各个指标的RVA目标范围，根据变化后的日流量资料计算突变点后的IHA指标特征值，确定各个指标落在RVA目标内的年数，计算各个IHA指标的改变度；

步骤三：根据IHA指标的改变度和评价等级界限构建样本集，构造并优化指标函数，建立水文情势改变度的投影寻踪聚类评价模型；

步骤四：将河流水文情势整体改变度的投影值代入上述评价模型，计算出河流水文情势的整体改变度。