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申请/专利权人：四川大学

摘要：本发明提供一种基于Vauge集相似性理论的鱼类栖息地适宜性综合评估方法，包括：1基于河流的生态保护需求，结合目标鱼类的生存繁殖特性确定关键评价期；2针对关键评价期，根据目标鱼类的栖息地要素要求，差别化构建栖息地适宜性评价指标体系；3基于目标鱼类对栖息地要素需求的模糊性，构建不同评价期各特征指标的Vauge集隶属度函数；4判别待评价区域不同生命阶段栖息地综合适宜度，识别适宜度不足区域及限制性栖息地要素。本发明引入基于vague集的栖息地相似性度量模型，以栖息地适宜性指标体系中各指标为评价参数，提供了量化评估区域与理想态之间综合相似度及栖息地适宜性的方法。

主权项：1.一种基于Vauge集相似性理论的鱼类栖息地适宜性综合评估方法，其特征在于，包括：步骤1.基于河流的生态保护需求，结合目标鱼类的生存繁殖特性确定关键评价期；步骤2.不同发育阶段的鱼类对栖息地环境要素的需求及偏好均有所差异，需根据不同评价期目标鱼类的栖息地要素需求，差别化构建栖息地适宜性评价指标体系，其中，产卵期及非产卵期栖息地适宜性评价指标包括以下指标：201.产卵期考虑鱼类产卵需求，指标体系包括对鱼类产卵影响较大的水动力、水文情势、水环境的目标层，栖息地适宜性评价要素层指标包括：流速，水深，综合连通系数，其他水动力指标；涨落水率，涨水持续时间，落水持续时间，河道内流量值，其他水文指标；水温，溶解氧，其他水环境指标；202.非产卵期考虑鱼类生存需求，指标体系包含对鱼类生存影响较大的水动力、水文情势、水环境、饵料资源的目标层，栖息地适宜性评价要素层指标包括：流速、水深，其他水动力指标；河道内流量值，其他水文指标；水温，含沙量，总磷，总氮，其他水环境指标；底栖生物生物量，周丛生物生物量，其他饵料资源指标；步骤3.基于目标鱼类对栖息地要素的模糊性需求，以最低干扰状态或历史状态作为标准，将栖息地适宜性评价体系中流速、水深、水温、河道内流量值各项时间特性不强且具有模糊属性的指标概化为由真假隶属函数定义的Vague集隶属度函数，用以表征元素对模糊概念的属于、不属于以及中立的程度，针对有明显时序性的指标，则采用具有时间属性的距离系数、信息熵函数的方法；301.中间型隶属度函数构建针对产卵期流速、水深、河道流量值、水温、非产卵期水温、河道流量值指标，根据目标鱼类产卵繁殖需求文献调研、现场实地调查及河段历史产卵场分析，构建对应隶属度函数如下： 式中，u为针对关键评价期鱼类需求的河道内各评价指标Vauge集隶属度区间，x为评价断面各评价指标值；tx为支持各评价指标靠近理想值的隶属度；1-fx为反对各评价指标靠近理想值的隶属度，[a,b,c,d,e]为确定各评价指标Vauge集的阈值；产卵期指标阈值：i水深、流速理想区间[b,d]通过计算河段现有历史产卵场水力栖息地指标，选择分布指数＞0.5的水深、流速区间，结合现有研究确定，c取理想区间中值，计算边界值[a,d]结合非产卵河段水力栖息地计算值确定；ii河道内流量值理想区间[b,d]通过栖息地模拟法分析不同河段产卵期适宜栖息地面积与流量响应关系，对照产卵期WUA值确定,c取理想区间中值，对产卵期历史流量资料由大到小排序，以环评批复的生态基流量值及历史流量统计值的1％作为计算边界值[a,d]；iii适宜水温的理想区间[b,d]及c通过前期水生调查及文献调研确定，水温计算边界值[a,d]根据评价区域历史水温分布区间确定；非产卵期指标阈值：i河道内流量值依据天然水文序列的统计资料，参照水文变动范围法统计历史多年水文数据非产卵期的日均流量并由大到小排序，选取生态基流量、统计值的75％、50％、25％、10％的序列值作为满足鱼类生存的阈值区间，即[a,b,c,d,e]；ii将天然河段历史水温在非产卵期的变化范围作为非产卵期适宜生存水温的理想区间[b,d]，c取理想区间中值，以天然河段在历史上曾出现过的水温范围作为水温计算边界[a,e]；302.偏小型隶属度函数构建针对产卵期涨落水持续时间指标，非产卵期流速、含沙量、总磷、总氮指标，根据目标鱼类生存繁殖需求文献调研、水环境要求及建坝前未受人为干扰时期河道条件，构建对应隶属度函数如下： 式中，[A,B,C]也为确定各评价指标Vauge集的阈值；产卵期指标阈值：分析天然状态下产卵期水文资料，得到径流涨落时间的频率分布结果，选择分布指数＞0.5的涨落水持续时间集中分布区间作为理想区间[A,B]，天然状态下涨落水持续时间整体分布区间作为计算边界值[A,C]；非产卵期指标阈值：i总磷、总氮分布区间[0,C]通过河段跟踪监测值确定，临界控制点B为V类水要求的指标值，A为刚满足水功能区划要求的指标值；ii含沙量理想区间[0,A]参考不同泥沙浓度对目标鱼类生存影响的室内实验研究结果及水资源开发前平均含沙量资料确定，临界控制点B选择文献研究中实验鱼类死亡率增大且存活时间大幅缩短对应的泥沙浓度值，计算边界值C选择死亡时间进一步缩短且试验鱼最终全部死亡的泥沙浓度值；iii过大的流速会增加鱼类的能量消耗，甚至对鱼类造成损伤，从鱼类的游泳能力方面分析，生存期间流速保持在不限制其游泳能力范围内即可，计算边界值C依据历史丰水年丰水期流量数据下计算得到的河段最大流速确定；计算中间值B参考现有文献研究根据目标鱼爆发游泳速度确定，A参考目标鱼持续游动而不产生肌肉疲劳的临界游泳速度确定；303.偏大型隶属度函数构建；针对产卵期溶解氧指标，非产卵期水深、底栖生物量、周丛生物量指标，根据已有的室内实验研究、文献调研、实地监测，构建对应隶属度函数如下： 式中，[A1,B1,C1,D1]也为确定各评价指标Vauge集的阈值；产卵期指标阈值：溶解氧理想值C1根据评价区域的地表水区划要求确定，B1为V类水要求的指标值，根据现有文献资料将相关鱼类窒息点研究成果作为计算边界值A1；非产卵期指标阈值：i产卵期水深需满足鱼类游动基本需求，基于前期水生调查数据及现有文献，以大于等于河段鱼类最小体长2倍以上的水深作为计算边界区间[A1，C1]，以现有文献及规范中确定的平均水深最低标准作为计算中间值B1；ii饵料资源指标计算评价区间[A1,B1,C1]参考鱼类资源量与饵料生物量实地调查结果确定；步骤4.构建水动力模型，获取不同评价时期河道中水动参数分布情况，结合实地调查数据，基于构建的Vague集隶属度函数，对比理想态进行相似性度量与表征，相似度越高表示评价区域该指标鱼类适宜程度越高，基于各指标重要性差异，计算不同评价期鱼类栖息地综合适宜度，识别适宜度不足区域级限制性栖息地要素；包括：401.各计算断面要素层指标相似度通过下式计算： ui、ui*分别为评价期与理想状态下栖息地指标xi的Vague集，为各计算断面指标xi与理想态之间的相似度，tMxi表示支持xi属于临界区间M的肯定隶属度下界；fMxi表示反对xi属于临界区间M的否定隶属度下界；tMxi*表示支持xi理想状态值属于临界区间M的肯定隶属度下界；fMxi*表示反对xi理想状态值属于临界区间M的否定隶属度下界；402.河段要素层指标相似度计算以各指标在各计算断面的相似度作为断面代表河段的栖息地适宜情况，以各监测断面代表河长占评价河段总体河长的比例作为该断面对综合适宜度的贡献权重，各指标xi在各监测断面的相似度与其对应的贡献权重乘积之和作为该指标在研究河段内的综合相似度，多断面指标适宜度通过下式计算： 式中，Ti为指标i在某河段的综合相似度，tij为j断面指标i的相似度，αj为j断面代表河长lj在评价河段总体长度L中的占比；403.不同评价期鱼类栖息地综合适宜度计算产卵期鱼类栖息地综合适宜度Ss通过以下公式计算：其中rSi为产卵期评价指标xi的权重系数；非产卵期鱼类栖息地综合适宜度SNS通过以下公式计算：其中rNSi为非产卵期评价指标xi的权重系数，不同评价期各指标权重系数值根据鱼类需求现有研究，采用层次分析法、二元对比模糊分析法、主成份分析法、均方差法分析得到；404.参照国内外产卵场修复标准及现有研究，当0.8＜SSSNS≤1时，认为评价河段高度适宜目标鱼类生存繁殖；当0.6＜SSSNS≤0.8时，认为评价河段适宜目标鱼类生存繁殖；当0.4＜SSSNS≤0.6时，认为评价河段一般适宜目标鱼类生存繁殖；当0.2＜SSSNS≤0.4时，认为评价河段勉强适宜目标鱼类生存繁殖；当0＜SSSNS≤0.2时，认为评价河段不适宜目标鱼类生存繁殖。

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