专利名称：一种河口生态风险评价模型的构建方法
技术领域：
本发明涉及一种河口生态风险评价模型的构建方法，属于河口生态环境与生态风险评价技术领域。
背景技术：
河口生态系统位于河流入海口，是介于河流与海洋之间的生态交错区，也是陆海相互作用最强烈的区域。同时，河口区域是人类活动集中的区域，再加之特殊的地理位置和物理化学特征，导致其更易接收和存储来自上游水域的污染物质，使得河口区比一些流动性差的区域更容易恶化。我国社会经济经过几十年的快速发展，大量污染物经河流汇聚到河口进入海洋，大部分河口都存在严重的污染问题，富营养化严重、生态退化、河口湿地面积萎缩，已经影响了河口生态功能的正常发挥，并对区域生态安全构成了严重威胁。
现有的区域生态风险评价模型主要针对陆地生态环境和淡水生态系统，并没有专门针对河口区的生态风险评价模型。虽然国内外在河口生态风险研究领域中已经取得一些重要进展，主要集中在水质、沉积物、生态毒理、灾害和景观等层面，但其中涉及的评价模型、指标、标准和方法则较多沿用陆地生态系统模式。此外，区域生态风险评价不同于单一地点评价的显著特点是，前者所涉及风险源和风险受体存在区域差异的现象和规律，即风险分布的空间异质性。由于现有的评价模式和评价方法存在上述欠缺，使得现有的河口生态风险评价方法多将河口生态系统视为统一整体，忽略其由于盐度和其他变量的动态变化而导致河口生态风险的时空分布差异。因此如何体现河口异质性和复杂性特点，建立具有针对性的评价模型是目前河口区域生态风险评价技术领域亟需解决的问题。发明内容
本发明目的在于提供一种河口生态风险评价模型的构建方法，首次以水期、盐度和污染源作为划分研究区段的主要因素，揭示河口区生态风险时空分布差异规律，甄别导致河口区域风险值较高的主要环境因素，为区域生态风险研究提供理论和技术支持，以克服目前河口生态风险评价技术领域中存在的不足。
为了达到以上目的，本发明的技术方案如下
一种河口生态风险评价模型的构建方法，包括测量河口地区不同站点的生物多样性指数和综合污染指数，以及获取河口地区的社会经济发展压力指数，其特征在于该方法包括以下步骤
第一步评估河口区域生态风险程度，包括
(1)首先构建河口区的生态风险评价指标体系，即构建河口区各个站点的涵盖上述生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数的生态风险评价指标体系；
(2)其次，依据已有标准值确定上述指标体系内各项指标的风险上限和风险下限的标准值，对各个站点的数据进行标准化处理；
(3)然后进行风险程度计算使用层次分析法确定各指标权重，通过加权加和获得各个站点的生态风险值；
第二步揭示河口区域生态风险的时空分布差异，包括对河口区进行时空区段划分时间区段划分为枯水期、平水期和丰水期；空间区段划分是通过建立河口区盐度分布数值模型，然后以各等盐线为界限将各个站点分属到具有不同盐度的河口区段；同时进行污染源划分按照是否有污染源将河口区各个站点划分为无源区和有源区；
以上述经时空区段划分后的河口区段为基础，得到各河口区段的风险值，揭示河口区生态风险时空分布格局，从而甄别出导致河口区域风险的主要因素。
上述第一步中，步骤(1)所述的生物多样性旨数可以包括浮游植物多样性指数、 浮游动物多样性指数与底栖生物多样性指数；所述的综合污染指数包括由高锰酸盐指数 (mg/L)、PH、石油烃(mg/L)与壬积酚(ng/L)组成的常规污染指数，由TN(mg/L)、TP(mg/L) 与DO (mg/L)组成的富营养化指数，由每千克沉积物中所含Cu、Pb、&i与Cr的毫克数组成的沉积物重金属指数；所述的社会经济发展压力指数包括由河口区的人口密度、人口增长率和城市化率组成的社会发展压力指数，以及由人均生产总值、工业废水排放达标率和万元 GDP废水排放总量组成的经济发展压力指数。
上述第一步中，步骤( 对生物多样性指数，可以选择1和3分别作为风险上限和风险下限的标准值；
对综合污染指数，选择国家地表水水质标准中的V类水和I类水的水质标准分别作为风险上限和风险下限的标准值；
对于社会经济发展压力指数，以河流流域内该指数出现的最劣值作为风险上限的标准值，以河流流域内该指标出现的最优值作为风险下限的标准值，采用极差标准化方法对指标进行标准化。
所述的极差标准化方法即计算指标值与风险下限之间距离与风险上下限间距离的比值，由此步骤可将所有指标均标准化为0至1之间的一个值(几乎不会出现大于1或小于0的情况，如出现则个别大于1的记为1，小于0的记为0)。
上述第一步中，步骤(3)的层次分析法确定权重的步骤为，第一步给生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别下的各项基本指标赋予权重，要求取0-1之间的一个值，且各大类别下指标权重的加和分别都为1 ；第二步，对生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别赋予权重，同样要求取0-1之间的一个值，且保证三大类别权重的加和为1 ；由以上两步可得各指标的综合权重，即为第一步中的指标权重与第二步中的类别权重之积，由此可以保证所有指标的综合权重均为0-1之间的一个值，并加和为1 ；最后，将步骤O)中的指标标准化结果与本步得到的指标权重对应相乘后求和，得到研究区的生态风险值。
上述第二步中，河口区盐度数值分布模型是以如下方式建立
首先对河口口门外至淡水影响边界的近海区域采用大区模型进行低分辨率的水动力场数值模拟，为下一步小区模型提供边界条件；
然后采用网格嵌套方案，利用上述边界条件，对河口区采用小区模型进行高分辨率的水动力和盐度数值模拟计算；
最终，由以上步骤即可以获得河口区盐度的数值分布。
上述大区模型可以选择河口海岸陆架模型(ECOM)，上述小区模型可以选择三维非结构原始方程有限体积的海洋模型(FVCOM)。
与本领域现有技术相比，本发明弥补了目前河口生态风险评价研究多将河口生态系统视为统一整体，忽略其由于盐度和其他变量的动态变化而导致的时空分布差异的缺陷，建立了一种针对河口区的生态风险评价模型，实现了揭示河口区生态风险时空分布差异规律的目的。本发明的方法简便，易于构建，且构建出的河口生态风险评价模型的计算与评价方法简单、客观、可重复性强，能够有效地揭示河口区生态风险时空分布格局，能够准确科学地对河口区生态风险现状作出评估，便于科研人员对比分析各河口区段的风险值， 从而甄别出导致河口区域风险的主要因素，为建立流域生态风险预警机制和实现生态风险管理提供了可靠的理论和技术支持。
图1为2009年9月大辽河盐度分布数值图。
图2为大辽河河口各站点风险值的时空分布格局。
图3为大辽河河口各区域风险值的时空分布格局。
具体实施方式
本发明的河口生态风险评价模型的构建方法，首先是利用现有技术测量河口地区不同站点的生物多样性指数和综合污染指数，以及获取河口地区的社会经济发展压力指数，其特征在于该方法包括以下步骤
第一步评估河口区域生态风险程度，包括
(1)首先构建河口区的生态风险评价指标体系，即构建河口区各个站点的涵盖上述生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数的生态风险评价指标体系，如将三种指数整合在同一张表格中；
生物多样性指数可以包括浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数与底栖生物多样性指数；所述的综合污染指数包括由高锰酸盐指数(mg/L)、PH、石油烃(mg/L)与壬积酚(ng/L)组成的常规污染指数，由TN(mg/L)、TP(mg/L)与D0(mg/L)组成的富营养化指数， 由每千克沉积物中所含Cu、Pb、&i与Cr的毫克数组成的沉积物重金属指数；所述的社会经济发展压力指数包括由河口区的人口密度、人口增长率和城市化率组成的社会发展压力指数，以及由人均生产总值、工业废水排放达标率和万元GDP废水排放总量组成的经济发展压力指数；
通常上述生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数各自的指标层可以包含多项指数，然而事实上本构建方法所需的生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数的任何一项的指标层只要含有一个具体指数即可进行后续的构建；
(2)其次，依据已有标准值确定上述指标体系内各项指标的风险上限和风险下限的标准值，对各个站点的数据进行标准化处理；
对生物多样性指数，可以选择1和3分别作为风险上限和风险下限的标准值；
对综合污染指数，选择国家地表水水质标准中的V类水和I类水的水质标准分别作为风险上限和风险下限的标准值；
对于社会经济发展压力指数，以河流流域内该指数出现的最劣值作为风险上限的标准值，以河流流域内该指标出现的最优值作为风险下限的标准值，采用极差标准化方法对指标进行标准化；
所述的极差标准化方法即计算指标值与风险下限之间距离与风险上下限间距离的比值，由此步骤可将所有指标均标准化为0至1之间的一个值(几乎不会出现大于1或小于0的情况，如出现则个别大于1的记为1，小于0的记为0)；
(3)然后进行风险程度计算使用层次分析法确定各指标权重，通过加权加和获得各个站点的生态风险值；
上述第一步中，步骤(3)的层次分析法确定权重的步骤为，第一步给生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别下的各项基本指标赋予权重，要求取0-1之间的一个值，且各大类别下指标权重的加和分别都为1 ；第二步，对生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别赋予权重，同样要求取0-1之间的一个值，且保证三大类别权重的加和为1 ；由以上两步可得各指标的综合权重，即为第一步中的指标权重与第二步中的类别权重之积，由此可以保证所有指标的综合权重均为0-1之间的一个值，并加和为1 ；最后，将步骤O)中的指标标准化结果与本步得到的指标权重对应相乘后求和，得到研究区的生态风险值；
第二步揭示河口区域生态风险的时空分布差异，包括对河口区进行时空区段划分时间区段划分为枯水期、平水期和丰水期；空间区段划分是通过建立河口区盐度分布数值模型，然后以各等盐线为界限将各个站点分属到具有不同盐度的河口区段；同时进行污染源划分按照是否有污染源将河口区各个站点划分为无源区和有源区；
上述第二步中，河口区盐度数值分布模型是以如下方式建立
首先对河口口门外至淡水影响边界的近海区域采用大区模型进行低分辨率的水动力场数值模拟，为下一步小区模型提供边界条件；
然后采用网格嵌套方案，利用上述边界条件，对河口区采用小区模型进行高分辨率的水动力和盐度数值模拟计算；
上述大区模型可以选择河口海岸陆架模型(ECOM)，上述小区模型可以选择三维非结构原始方程有限体积的海洋模型(FVCOM)；
最终，由以上步骤即可以获得河口区盐度的数值分布；
以上述经时空区段划分后的河口区段为基础，得到各河口区段对应的风险值，揭示河口区生态风险时空分布格局，从而甄别出导致河口区域风险的主要因素。
实施例
下面以大辽河口区域为例具体说明本发明对大辽河口区域进行生态风险评价模型的构建。实际研究中大辽河口区域有20个站点(Si S10，A1 A3，B1 B4，C1 C3)， 以枯水期(2009年09月)Sl站位的数据为例，说明本发明的构建过程。
首先是以获得的三种指数作为主因素层，构建生态风险指标体系枯水期Sl站位的数据见表1。
表1大辽河口区域生态风险评价指标体系及例值
权利要求
1.一种河口生态风险评价模型的构建方法，包括测量河口地区不同站点的生物多样性指数和综合污染指数，以及获取河口地区的社会经济发展压力指数，其特征在于该方法包括以下步骤第一步评估河口区域生态风险程度，包括(1)首先构建河口区的生态风险评价指标体系，即构建河口区各个站点的涵盖上述生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数的生态风险评价指标体系；(2)其次，依据已有标准值确定上述指标体系内各项指标的风险上限和风险下限的标准值，对各个站点的数据进行标准化处理；(3)然后进行风险程度计算使用层次分析法确定各指标权重，通过加权加和获得各个站点的生态风险值；第二步揭示河口区域生态风险的时空分布差异，包括对河口区进行时空区段划分时间区段划分为枯水期、平水期和丰水期；空间区段划分是通过建立河口区盐度分布数值模型，然后以各等盐线为界限将各个站点分属到具有不同盐度的河口区段；同时进行污染源划分按照是否有污染源将河口区各个站点划分为无源区和有源区；以上述经时空区段划分后的河口区段为基础，得到各河口区段的风险值，揭示河口区生态风险时空分布格局，从而甄别出导致河口区域风险的主要因素。
2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于上述第一步中，步骤(1)所述的生物多样性指数包括浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数与底栖生物多样性指数；所述的综合污染指数包括由高锰酸盐指数(mg/L)、PH、石油烃(mg/L)与壬积酚(ng/L)组成的常规污染指数，由TN (mg/L)、TP (mg/L)与DO (mg/L)组成的富营养化指数，由每千克沉积物中所含Cu、Pb、&i与Cr的毫克数组成的沉积物重金属指数；所述的社会经济发展压力指数包括由河口区的人口密度、人口增长率和城市化率组成的社会发展压力指数，以及由人均生产总值、工业废水排放达标率和万元⑶P废水排放总量组成的经济发展压力指数。
3.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于上述第一步中，步骤(2)对生物多样性指数，选择1和3分别作为风险上限和风险下限的标准值；对综合污染指数，选择国家地表水水质标准中的V类水和I类水的水质标准分别作为风险上限和风险下限的标准值；对于社会经济发展压力指数，以河流流域内该指数出现的最劣值作为风险上限的标准值，以河流流域内该指标出现的最优值作为风险下限的标准值，采用极差标准化方法对指标进行标准化。
4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于上述第一步中，步骤(3)的层次分析法确定权重的步骤为，第一步给生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别下的各项基本指标赋予权重，要求取0-1之间的一个值，且各大类别下指标权重的加和分别都为1 ；第二步，对生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数三大类别赋予权重，同样要求取0-1之间的一个值，且保证三大类别权重的加和为1 ；由以上两步可得各指标的综合权重，即为第一步中的指标权重与第二步中的类别权重之积，由此可以保证所有指标的综合权重均为0-1之间的一个值，并加和为1 ；最后，将步骤O)中的指标标准化结果与本步得到的指标权重对应相乘后求和，得到研究区的生态风险值。
5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于上述第二步中，河口区盐度数值分布模型是以如下方式建立首先对河口口门外至淡水影响边界的近海区域采用大区模型进行低分辨率的水动力场数值模拟，为下一步小区模型提供边界条件；然后采用网格嵌套方案，利用上述边界条件，对河口区采用小区模型进行高分辨率的水动力和盐度数值模拟计算；最终，由以上步骤即可以获得河口区盐度的数值分布。
6.如权利要求5所述的构建方法，其特征在于上述大区模型选择河口海岸陆架模型 (ECOM)，上述小区模型选择三维非结构原始方程有限体积的海洋模型(FVCOM)。
全文摘要
一种河口生态风险评价模型的构建方法，包括构建河口区的涵盖生物多样性指数、综合污染指数和社会经济发展压力指数的生态风险评价指标体系；依据已有标准值确定上述指标体系内各项指标的风险上限和风险下限的标准值，对各站点的数据进行标准化处理；使用层次分析法确定各指标权重，通过加权加和获得各站点的生态风险值；对河口区进行区段划分；从而得到划分后各区段的风险值，揭示河口区生态风险时空分布格局，甄别出导致河口区域风险的主要因素。本发明方法简单、客观、可重复性强，揭示河口区生态风险时空分布格局，准确地评估与甄别河口区生态风险现状及主要风险因素，为建立流域生态风险预警机制和生态风险管理提供了可靠的理论和技术支持。
文档编号G06Q10/00GK102496070SQ20111040388
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者于格, 张学庆, 陈静 申请人:中国海洋大学