专利名称：我国近海富营养化评价模型及其操作系统构建方法
技术领域：
本发明属于近海水域生态环境质量评价技术领域，具体的说是一种近海富营养化评价模型及其操作系统构建方法。
背景技术：
富营养化破坏了水域的生态平衡，使原有的生态系统发生结构的改变和功能的退化，并引起赤潮的暴发。河口和近海富营养化是困扰世界沿海国家的一个严重的环境问题。 作为我国第一大河口，长江口是我国近海水生动物最重要的产卵场、育肥场和栖息地。但是，随着近年来长江流域工农业的发展和人口的增加，长江口富营养化也日趋严重，已经成为我国有害赤潮的高发区之一。为了更好地保护长江口的生态环境，为政府和企事业单位等提供科学的管理依据，客观地评价长江口的富营养化程度具有重要的意义。由于近海水域的地理位置和气候存在差异，目前国际上没有近海富营养化评价的统一标准。现有的近海富营养化评价方法主要是基于淡水富营养化评价方法，如2005 年M卷3期《海洋环境科学》“长江口及邻近水域富营养化现状及变化趋势” 一文中，主要评价方法包括富营养化指数和有机污染指数，采用氮、磷营养盐和化学需氧量等水质指标。但是，由于长江口水域不同区域对营养盐丰富的敏感性存在差异，例如2006年563卷 1 ((Hydrobiologia))中“The status and characteristics of eutrophication in the Yangtze River (Changjiang) Estuary and the adjacent East China Sea，China，，一文中指出，口门浑浊区丰富的营养盐并未导致严重的富营养化症状出现，而浑浊区以东水域的营养盐浓度相对较低，却出现了明显的富营养化症状，因此，仅依靠营养盐等水质指标难以客观的评价长江口水域的富营养化。为此，研究者在2008年19卷1期《水科学进展》和 2007年31卷11期《海洋科学》中分别撰文《长江口及其邻近海域富营养化水平评价》和 《利用模糊综合方法评价长江口海水富营养化水平》，采用模糊评价方法和人工神经网络模型方法对长江口海域富营养化进行评价，增加了表层水体浮游植物叶绿素a和溶解氧等作为评价指标。但是，富营养化水体中的主要症状是底层水体的缺氧，而不是表层水体的溶解氧。因此，上述方法中对一些指示富营养化程度的关键的响应指标考虑较少，导致难以客观地评价该水域的富营养化程度。
发明内容
针对现有技术在富营养化评价中，对富营养化程度的关键响应指标考虑较少等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够综合、客观地评价该水域的富营养化程度的近海富营养化评价模型及其操作系统构建方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明一种我国近海富营养化评价模型构建方法包括以下步骤确定我国近海水域各类反映富营养化程度的评价指标，依据各评价指标的历史数据、当前数据和我国海水水质标准，设置目标水域评价指标的阈值和范围，确定富营养化各指标评价标准；根据目标水域的水文、理化和生物特点，将目标水域划分为不同区域；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的水质状态模块；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的生态响应模块；通过上述水质状态模块和生态响应模块构建目标水域富营养化综合评价模块，实现我国近海富营养化评价模型的构建。所述各类反映富营养化程度的评价指标包括水质状态模块中的溶解无机氮、磷酸盐、化学耗氧量；直接响应评价指标中的浮游植物叶绿素a、甲藻细胞丰度比例和大藻问题；间接响应评价指标中的有毒有害藻华和底层水体溶解氧。所述构建目标水域富营养化评价的水质状态模块包括以下步骤根据水质状态评价指标的浓度值、空间覆盖率和该浓度值的出现频率，确定各水质状态评价指标的得分；根据各水质状态评价指标的得分确定水质状态的表达水平，每个区域水质状态的表达水平为各评价指标得分的平均值；全水域水质状态的表达水平按以下步骤确定(1)每一个评价指标的水平⑶，S=J^ (某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的状态表达水平(P) , ^ + Σ *5，P为评价指标的个数；根据计算的表达水平，确定水质状态模块的等级。所述构建目标水域富营养化评价的生态响应模块包括以下步骤直接响应评价根据各直接生态响应指标的浓度值或问题状况、空间覆盖率和该浓度值或问题状况的出现频率，确定直接响应评价指标的得分，每个区域的直接响应表达水平为多个评价指标得分的平均值，全水域的直接响应表达水平按以下步骤确定(1)每一个直接响应评价指标的水平(S)S=J^ (某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的响应表达水平(P)，Ρ=|Σ ^，P为评价指标的个数；间接响应评价根据各间接生态响应指标的浓度值或问题状况、空间覆盖率和该浓度值或问题状况的出现频率，确定间接响应各评价指标的得分，每个区域的间接响应表达水平为多个评价指标得分的最高值，其中全水域的间接响应表达水平按以下步骤确定(1)每一个间接响应评价指标的表达水平⑶(某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的间接响应表达水采用每个间接响应表达水平中的最大值；生态响应模块依据计算的直接响应表达水平和间接响应表达水平，确定生态系统响应模块的等级。
所述构建目标水域富营养化综合评价模块根据上述确定的水质状态模块和生态系统响应模块等级数据，建立富营养化综合评价表，确定富营养化综合评价等级。本发明一种我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法包括以下步骤系统登录用户向系统管理部门申请接受用户名称、接受用户密码及接受用户登录操作；系统设置进行数据初始化操作；基本信息录入进行区域概况录入和区域信息管理操作；参数管理进行水质状态录入、水质参数管理、生态响应录入以及生态参数管理操作；评价结果进行评价参数得分及综合评价结果操作；系统退出结束本次操作。所述基本信息录入过程如下用户点击界面上的区域概况按钮，或者基本信息栏下的区域概况录入；用户输入经度、纬度、各区域面积。点击基本信息栏下区域信息管理进入区域信息管理窗口 ；浏览输入的区域信息；否则重新添加，回到区域概况录入步骤；所述参数管理包括水质参数管理和生态参数管理，其中水质参数管理的实现过程如下确认输入的区域信息无误后，设置允许用户点击界面上的水质状态按钮，或者设置允许用户点击界面参数管理栏下的水质状态录入按钮，进入水质状态录入窗口系统默认进入相应水质状态录入窗口，设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、 口外近海按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海水质状态录入窗口进行水质状态录入；录入完成后，如果确认添加，则分别进入口门内、浑浊区、以及口外近海水质状态录入窗口所对应的水质参数管理窗口；否则回到水质录入步骤重新进行水质状态录入。所述水质参数管理窗口允许用户浏览输入的水质参数包括评价人姓名、溶解无机氮值、溶解无机氮覆盖率、溶解无机氮频率、活性磷酸盐值、活性磷酸盐覆盖率、活性磷酸盐频率、化学耗氧量值、化学耗氧量覆盖率、化学耗氧量频率。如果水质参数有误，设置允许用户点击修改按钮，进入修改口门内水质状态参数
窗口 ；修改完毕后设置允许用户点击确认按钮，系统会提示操作成功信息，设置允许用户点击确定，再次返回相应的水质参数管理窗口。如果水质参数无误，设置允许用户点击“放弃修改返回”按钮，直接返回水质参数
管理窗口。输入水质状态前，设置允许用户点击水质状态录入窗口中的功能说明，或详细查看界面上的说明，查看关于各水质状态的说明。所述参数管理中的生态参数管理实现过程如下确认水质参数无误后，设置允许用户点击界面上方生态响应按钮，或者界面左侧
8的参数管理栏下的生态响应录入按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海生态响应录入窗口进行生态响应录入；输入完毕后，如果确认添加，则分别进入口门内、浑浊区、以及口外近海生态响应录入窗口所对应的生态参数管理窗口；否则回到生态响应录入步骤重新进行生态响应录入。如果生态响应参数有误，设置允许用户点击修改按钮，进入修改生态响应参数窗 Π ；修改完毕后设置允许用户点击确认按钮，系统会提示生态响应参数修改成功的信息，设置允许用户点击确定，再次返回生态响应参数管理窗口。如果生态响应参数无误，设置允许用户点击放弃修改返回按钮，直接返回生态响应参数管理相应的窗口。设置允许用户点击确认，或者直接设置允许用户点击界面“参数管理栏下的生态参数管理按钮，进入生态响应参数管理窗口，设置允许用户浏览输入的生态响应参数。所述评价参数得分及综合评价结果操作过程如下设置允许用户点击界面评价结果栏下的评价参数得分按钮，分别进入各评价参数得分-口门内、浑浊区、口外近海窗口。设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、口外近海按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海各评价参数得分窗口。设置允许用户点击各评价参数得分的功能说明，或者详细查看界面上的说明，查看关于各评价参数得分的说明。得分分别用0、0. 25,0. 5,0. 75、1表示，表示程度从低到高。输入生态响应信息前，设置允许用户点击生态响应录入的功能说明，或者详细查看界面上的说明，查看关于各生态响应参数的说明。设置允许用户点击界面左侧评价结果栏下的综合评价结果按钮，进入富营养化综合评价结果；设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、口外近海、全水域按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海、全水域富营养化综合评价结果窗口。本发明具有以下有益效果及优点本发明针对我国近海特点，选择反映富营养化程度的水质和生态响应等评价指标，依据各评价指标的历史数据、当前数据和海水水质标准，设置各评价指标的阈值和范围，确定目标水域的富营养化评价的标准，将各评价指标和标准整合，运用逐步逻辑决策方法，同时在ASP环境下运用VBkript开发语言构建了模型的软件系统，通过后台运算，提高了富营养化评价的运算效率，使我国近海富营养化评价整体化、规范化、标准化，使非专业人士在该系统的帮助下能够从事相关的环境管理工作，实现了我国近海水域富营养化评价的普适化。
图1为生态响应评价因子组合矩阵标准判别表；图2为长江口水域富营养化评价系统界面；图3为长江口水域富营养化评价系统区域概况录入界面；图4为长江口水域富营养化评价系统水质状态录入界面；
图5为长江口水域富营养化评价系统生态响应录入界面；图6为长江口水域富营养化评价系统评价参数得分界面；图7为长江口水域富营养化评价系统富营养化综合评价界面；图8为本发明操作方法中系统登录及系统设置流程图；图9为本发明操作方法中参数管理流程图；图10为本发明操作方法中基本信息录入流程图；图11为本发明操作方法中评价结果流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，根据长江口水域2006年的监测数据，进一步说明本发明。(1)构建目标水域各评价指标及标准根据目标水域特点，选择反映富营养化程度的水质状态和生态响应等模块，在此 基础上构建富营养化综合评价模型。水质状态模块中的评价指标包括溶解无机氮、磷酸盐 和化学耗氧量，生态响应模块中的评价指标包括直接响应评价指标(即浮游植物叶绿素a、 甲藻细胞丰度比例和大藻问题)和间接响应评价指标(即有毒有害藻华和底层水体溶解氧)。依据各评价指标的历史数据、当前数据和我国海水水质标准，设置目标水域评价 指标的阈值和范围，见表1。表1长江口富营养化各指标评价阈值和范围
权利要求
1.一种我国近海富营养化评价模型构建方法，其特征在于包括以下步骤确定我国近海水域各类反映富营养化程度的评价指标，依据各评价指标的历史数据、 当前数据和我国海水水质标准，设置目标水域评价指标的阈值和范围，确定富营养化各指标评价标准；根据目标水域的水文、理化和生物特点，将目标水域划分为不同区域；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的水质状态模块；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的生态响应模块；通过上述水质状态模块和生态响应模块构建目标水域富营养化综合评价模块，实现我国近海富营养化评价模型的构建。
2.按权利要求1所述的我国近海富营养化评价模型构建方法，其特征在于所述各类反映富营养化程度的评价指标包括水质状态模块中的溶解无机氮、磷酸盐、化学耗氧量； 直接响应评价指标中的浮游植物叶绿素a、甲藻细胞丰度比例和大藻问题；间接响应评价指标中的有毒有害藻华和底层水体溶解氧。
3.按权利要求1所述的我国近海富营养化评价模型构建方法，其特征在于所述构建目标水域富营养化评价的水质状态模块包括以下步骤根据水质状态评价指标的浓度值、空间覆盖率和该浓度值的出现频率，确定各水质状态评价指标的得分；根据各水质状态评价指标的得分确定水质状态的表达水平，每个区域水质状态的表达水平为各评价指标得分的平均值；全水域水质状态的表达水平按以下步骤确定(1)每一个评价指标的水平(S)，S=E"(某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的状态表达水平(P)，Ρ=|Σ ^，Ρ为评价指标的个数；根据计算的表达水平，确定水质状态模块的等级。
4.按权利要求1所述的我国近海富营养化评价模型构建方法，其特征在于所述构建目标水域富营养化评价的生态响应模块包括以下步骤直接响应评价根据各直接生态响应指标的浓度值或问题状况、空间覆盖率和该浓度值或问题状况的出现频率，确定直接响应评价指标的得分，每个区域的直接响应表达水平为多个评价指标得分的平均值，全水域的直接响应表达水平按以下步骤确定(1)每一个直接响应评价指标的水平(S)S=Ei1(某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，(某区域面积/目标水域总面积* 该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的响应表达水平(P)，P=-Ef5^P为评价指标的个数；P间接响应评价根据各间接生态响应指标的浓度值或问题状况、空间覆盖率和该浓度值或问题状况的出现频率，确定间接响应各评价指标的得分，每个区域的间接响应表达水平为多个评价指标得分的最高值，其中全水域的间接响应表达水平按以下步骤确定(1)每一个间接响应评价指标的表达水平(S)S=Ei (某区域面积/目标水域总面积*该区域得分)，η为目标水域分区数；(2)全水域的间接响应表达水采用每个间接响应表达水平中的最大值；生态响应模块依据计算的直接响应表达水平和间接响应表达水平，确定生态系统响应模块的等级。
5.按权利要求1所述的我国近海富营养化评价模型构建方法，其特征在于所述构建目标水域富营养化综合评价模块根据上述确定的水质状态模块和生态系统响应模块等级数据，建立富营养化综合评价表，确定富营养化综合评价等级。
6.一种我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于包括以下步骤系统登录用户向系统管理部门申请接受用户名称、接受用户密码及接受用户登录操作；系统设置进行数据初始化操作；基本信息录入进行区域概况录入和区域信息管理操作；参数管理进行水质状态录入、水质参数管理、生态响应录入以及生态参数管理操作； 评价结果进行评价参数得分及综合评价结果操作； 系统退出结束本次操作。
7.按权利要求6所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 所述基本信息录入过程如下用户点击界面上的区域概况按钮，或者基本信息栏下的区域概况录入； 用户输入经度、纬度、各区域面积。点击基本信息栏下区域信息管理进入区域信息管理窗口 ；浏览输入的区域信息； 否则重新添加，回到区域概况录入步骤。
8.按权利要求6所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 所述参数管理包括水质参数管理和生态参数管理，其中水质参数管理的实现过程如下确认输入的区域信息无误后，设置允许用户点击界面上的水质状态按钮，或者设置允许用户点击界面参数管理栏下的水质状态录入按钮，进入水质状态录入窗口系统默认进入相应水质状态录入窗口，设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、口外近海按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海水质状态录入窗口进行水质状态录入；录入完成后，如果确认添加，则分别进入口门内、浑浊区、以及口外近海水质状态录入窗口所对应的水质参数管理窗口；否则回到水质录入步骤重新进行水质状态录入。
9.按权利要求8所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 所述水质参数管理窗口允许用户浏览输入的水质参数包括评价人姓名、溶解无机氮值、溶解无机氮覆盖率、溶解无机氮频率、活性磷酸盐值、活性磷酸盐覆盖率、活性磷酸盐频率、化学耗氧量值、化学耗氧量覆盖率、化学耗氧量频率。
10.按权利要求8所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于如果水质参数有误，设置允许用户点击修改按钮，进入修改口门内水质状态参数窗口 ；修改完毕后设置允许用户点击确认按钮，系统会提示操作成功信息，设置允许用户点击确定，再次返回相应的水质参数管理窗口。
11.按权利要求8所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 如果水质参数无误，设置允许用户点击“放弃修改返回”按钮，直接返回水质参数管理窗口。
12.按权利要求8所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 输入水质状态前，设置允许用户点击水质状态录入窗口中的功能说明，或详细查看界面上的说明，查看关于各水质状态的说明。
13.按权利要求8所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 所述参数管理中的生态参数管理实现过程如下确认水质参数无误后，设置允许用户点击界面上方生态响应按钮，或者界面左侧的参数管理栏下的生态响应录入按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海生态响应录入窗口进行生态响应录入；输入完毕后，如果确认添加，则分别进入口门内、浑浊区、以及口外近海生态响应录入窗口所对应的生态参数管理窗口；否则回到生态响应录入步骤重新进行生态响应录入。
14.按权利要求13所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于如果生态响应参数有误，设置允许用户点击修改按钮，进入修改生态响应参数窗口 ；修改完毕后设置允许用户点击确认按钮，系统会提示生态响应参数修改成功的信息， 设置允许用户点击确定，再次返回生态响应参数管理窗口。
15.按权利要求13所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于如果生态响应参数无误，设置允许用户点击放弃修改返回按钮，直接返回生态响应参数管理相应的窗口。
16.按权利要求14所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于设置允许用户点击确认，或者直接设置允许用户点击界面“参数管理栏下的生态参数管理按钮，进入生态响应参数管理窗口，设置允许用户浏览输入的生态响应参数。
17.按权利要求6所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于 所述评价参数得分及综合评价结果操作过程如下设置允许用户点击界面评价结果栏下的评价参数得分按钮，分别进入各评价参数得分-口门内、浑浊区、口外近海窗口。设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、口外近海按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海各评价参数得分窗口。
18.按权利要求17所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于设置允许用户点击各评价参数得分的功能说明，或者详细查看界面上的说明，查看关于各评价参数得分的说明。
19.按权利要求17或18所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于得分分别用0,0. 25,0. 5,0. 75、1表示，表示程度从低到高。
20.按权利要求17所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于输入生态响应信息前，设置允许用户点击生态响应录入的功能说明，或者详细查看界面上的说明，查看关于各生态响应参数的说明。
21.按权利要求17所述的我国近海富营养化评价模型操作系统构建方法，其特征在于设置允许用户点击界面左侧评价结果栏下的综合评价结果按钮，进入富营养化综合评价结果；设置允许用户点击界面的口门内、浑浊区、口外近海、全水域按钮，分别进入口门内、浑浊区、口外近海、全水域富营养化综合评价结果窗口。
全文摘要
本发明涉及一种我国近海富营养化评价模型构建方法，包括以下步骤确定我国近海水域各类反映富营养化程度的评价指标，设置目标水域评价指标的阈值和范围，确定富营养化各指标评价标准；根据目标水域的水文、理化和生物特点，将目标水域划分为不同区域；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的水质状态模块；利用上述评价指标、评价标准以及目标水域的不同区域构建目标水域富营养化评价的生态响应模块；通过上述水质状态模块和生态响应模块构建目标水域富营养化综合评价模块。本发明提高了富营养化评价的运算效率，使我国近海富营养化评价整体化、规范化、标准化，实现了我国近海水域富营养化评价的普适化。
文档编号G06Q10/00GK102411732SQ20101029089
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者俞志明, 宋秀贤, 柴超, 王晓红 申请人:中国科学院海洋研究所