一种筑坝河流生物连通性评价方法及装置与流程

1.本发明河流生物连通性评价技术领域，具体涉及一种筑坝河流生物连通性评价方法及装置。


背景技术：

2.河流连通性评价数值是保障河流生态系统健康的重要支撑。随着人类对河流开发利用加剧，特别是水库大坝工程建设和运行，在一定程度上影响了河流连通性评价数值，如何评价河流筑坝后的连通性评价数值及其影响成为研究关注的重点。
3.目前，河流连通性评价数值研究基本形成了涵盖河流纵向、横向、垂向三个空间维度和一个时间维度的连续性理论，具体要素或指标方面基本形成了水文、物理、化学、生物等重点关注内容，也有研究关注除上述四种内容之外的文化指标。水文指标如流量、含沙量等，物理指标如阻隔数量、河段数量等，化学指标如水质、溶解氧等，生物指标如鱼类种类、洄游性等，也有一些要素如栖息地涉及上述多个方面的指标。
4.现有技术通过gis(geographic information system，地理信息系统)工具，根据网络结构测度公式，计算河网地区水系的景观连通性评价数值指标。核心是对水系网络中的实际成环率α、连接率指标β、实际结合度指标γ的测度和评价。
5.现有技术基于复杂网络理论，将河流河段划分为自然河段和工程河段两个节点，构建河流网络连通完整性指数，核心是考虑了物理指标。
6.现有技术基于复杂网络理论构建了河流网络的整体连通性评价数值指标，主要是通过构建网络矩阵的方式，考虑各河段的最短距离和水域面积，建立河流网络整体连通性评价数值指数，
7.现有技术通过计算闸坝等河流阻隔建筑物上下游河段的最短路径，同时考虑生物体双向通过阻隔建筑物的能力，建立了河网连通性评价数值评价方法，整体来看基本原理也是基于复杂网络理论，主要考虑的还是物理指标，同时适当考虑了生物指标。
8.现有技术将水系连通性评价数值量化为水系连通性评价数值综合指数的线性组合，即8个水系连通性评价数值指数(包括一组：河网密度、水面率，河网发育系数、面积长度比、平均路径长度，聚类系数、节点度、节点平均介数)转化为一组水系连通性评价数值综合指数，也未考虑阻隔建筑物本身对连通性评价数值的影响，仅从河流物理参数的角度建立了连通性评价数值评价方法。
9.现有技术主要考虑了河段长度采用单一阻隔建筑物与河口的距离评价研究区域内河流纵向连通性评价数值，同时考虑了将鱼类和水质的定性评分作为修正系数计算河流连通性评价数值，核心是考虑了物理指标，同时考虑了水质和生物指标的修正。
10.现有技术将河流连通性评价数值作为生物多样性评价和保护的基础，对河流连通性评价数值本身评价方法考虑不足，主要考虑了河流阻隔建筑物计算阻隔系数，并考虑流量作为修正系数，综合阻隔系数、修正系数和目标河段长度确定河流连通性评价数值，核心是考虑了物理指标和水文指标。
11.现有技术重点关注河流连通性评价数值与水体水质适配性分析方法，对河流连通性评价数值本身评价方法考虑较少，主要通过河流拓扑图的节点数量计算河流连通性评价数值，只考虑了河流本身的物理指标，甚至未考虑水库大坝工程等拦河建筑物。
12.现有技术主要是将河流连通性评价数值作为河流水环境质量评价的一个指标，对河流连通性评价数值本身评价方法考虑不足，河流连通性评价数值评价主要是考虑了河流长度和大坝数量，并用河流长度除以大坝数量得到该条河流的连通性评价数值，核心是考虑了物理指标。
13.现有技术将目标区域河流作为一个整体计算河流纵向连通性评价数值，在以往考虑河流阻隔建筑物数量的基础上，考虑了不同阻隔建筑物的类型和规模，进而计算河流纵向连通性评价数值，核心是考虑了物理指标。
14.现有技术提供了一种流域水系纵向连通性评价数值评价方法，主要考虑流域目标水系河段的拦河建筑物数量、区间产流量等因素，核心是考虑了水文指标和物理指标。
15.综上所述，(一)现有河流连通性评价数值评价技术主要分为几类，一是基于复杂网络理论，通过将河流工程河段、河湖连接河段、河库连接河段等目标河段作为节点或边，计算河流或河网连通性评价数值指数，计算时可结合实际同时考虑关注生物指标、水文指标等指标；二是基于统计学的方法，考虑河流闸坝等阻隔建筑物数量及其对河段长度、水域面积等影响，以简单的相除计算河流连通性评价数值指数，部分考虑了水文、生物、阻隔建筑物规模等修正系数等。(二)现有河流连通性评价数值评价技术主要侧重于河流纵向连通性评价数值的评价，鲜见横向、垂向和时间维度的河流连通性评价数值评价技术，这也与其他几个维度的连通性评价数值评价难以定量存在一定关系。(三)现有河流纵向连通性评价数值评价技术主要考虑物理方面的指标，对其他指标考虑相对较少，仅有部分在建立修正系数时考虑了水文、生物、水质等指标，这也与其他几个方面的指标难以定量存在一定关系；河流连通性评价数值的五个方面指标中，仅有物理指标和水文指标相对容易实现定量计算和评价。
16.上述现有技术具有如下缺点：主要从纵向连通性评价数值对河流连通性评价数值进行评价，缺乏对生物连通性评价数值的考虑；从水库大坝工程阻隔影响评价河流连通性评价数值，主要从鱼类单向通过水库大坝工程的角度进行评价，缺乏双向不同通过率的考虑。


技术实现要素：

17.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术缺乏对生物连通性评价数值的考虑、缺乏双向不同通过率的考虑的缺陷，从而提供一种筑坝河流生物连通性评价方法及装置。
18.本发明实施例提供了一种筑坝河流生物连通性评价方法，包括：
19.获取水库大坝工程数据和流域河网数据，将水库大坝工程数据与流域河网数据进行叠加，生成筑坝河流河网数据；
20.基于筑坝河流河网数据对目标流域进行划分，生成筑坝河流子河网；
21.获取鱼类数据，基于鱼类数据与水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值；
22.提取筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量，基于水库大坝工程累计连通性评价数值和筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值；
23.基于筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成筑坝河流河网生物连通性评价数值。
24.本发明提供的一种筑坝河流生物连通性评价方法，从河流生物连通性的角度出发，改进了以往水库大坝工程单向连通性考虑的不足，通过水库大坝工程连通性到流域河网连通性的整体生物连通性评价，充分考虑了生物连通性评价数值以及鱼类数据在水库大坝的通过率，实现了对筑坝河流生物连通性的全面评价。
25.可选地，基于鱼类数据与水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值，包括：
26.基于鱼类数据与水库大坝工程数据分别确定上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值；
27.基于上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值确定双向连通性评价数值；
28.基于双向连通性评价数值确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
29.可选地，基于水库大坝工程累计连通性评价数值和栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值，包括：
30.获取筑坝河流子河网之间的距离，提取鱼类数据中的目标鱼类物种分布范围在河网中的长度，基于筑坝河流子河网之间的距离与目标鱼类物种分布范围在河网中的长度确定距离衰减因子；
31.获取筑坝河流子河网中各类型栖息地的数量，基于各类型栖息地的数量与距离衰减因子确定基准栖息地可用性数值；
32.基于各类型栖息地的数量、距离衰减因子和水库大坝工程累计连通性评价数值确定综合栖息地可用性数值；
33.基于基准栖息地可用性数值、综合栖息地可用性数值和筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
34.可选地，还包括：
35.基于鱼类数据与筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
36.在筑坝河流生物连通性评价基础上，进一步通过水库大坝工程阻隔影响减缓措施评价与优化，实现筑坝河流生物连通性和鱼类物种丰富度的提升。
37.可选地，基于鱼类数据与筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案，包括：
38.基于鱼类数据和筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种丰富度；
39.获取筑坝河流河网栖息地总数量，基于鱼类物种丰富度、筑坝河流河网栖息地总数量与筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型；
40.对水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型求解，生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
41.可选地，基于鱼类数据和筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种丰富度，包括：
42.提取鱼类数据中的鱼类栖息地上游河流总长度和鱼类调查年份，并基于鱼类栖息地上游河流总长度、鱼类调查年份和筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种缺失度；
43.获取流域河网鱼类物种总数量，基于流域河网鱼类物种总数量与鱼类物种缺失度确定鱼类物种丰富度。
44.可选地，基于流域河网鱼类物种总数量与鱼类物种缺失度确定鱼类物种丰富度；其中，鱼类物种丰富度的计算公式如下所示：
[0045][0046]
上式中，rj为鱼类物种丰富度，r
max
为流域河网鱼类物种总数量，为鱼类物种缺失度。
[0047]
在本技术的第二个方面，还提出了一种筑坝河流生物连通性评价装置，包括：
[0048]
获取模块，用于获取水库大坝工程数据和流域河网数据，将水库大坝工程数据与流域河网数据进行叠加，生成筑坝河流河网数据；
[0049]
划分模块，用于基于筑坝河流河网数据对目标流域进行划分，生成筑坝河流子河网；
[0050]
确定模块，用于获取鱼类数据，基于鱼类数据与水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值；
[0051]
提取模块，用于提取筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量，基于水库大坝工程累计连通性评价数值和筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值；
[0052]
生成模块，用于基于筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成筑坝河流河网生物连通性评价数值。
[0053]
可选地，确定模块，包括：
[0054]
第一确定子模块，用于基于鱼类数据与水库大坝工程数据分别确定上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值；
[0055]
第二确定子模块，用于基于上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值确定双向连通性评价数值；
[0056]
第三确定子模块，用于基于双向连通性评价数值确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
[0057]
可选地，提取模块，包括：
[0058]
提取子模块，用于获取筑坝河流子河网之间的距离，提取鱼类数据中的目标鱼类物种分布范围在河网中的长度，基于筑坝河流子河网之间的距离与目标鱼类物种分布范围在河网中的长度确定距离衰减因子；
[0059]
获取子模块，用于获取筑坝河流子河网中各类型栖息地的数量，基于各类型栖息地的数量与距离衰减因子确定基准栖息地可用性数值；
[0060]
第四确定子模块，用于基于各类型栖息地的数量、距离衰减因子和水库大坝工程
累计连通性评价数值确定综合栖息地可用性数值；
[0061]
第五确定子模块，用于基于基准栖息地可用性数值、综合栖息地可用性数值和筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
[0062]
可选地，还包括：
[0063]
优化模块，用于基于鱼类数据与筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0064]
可选地，优化模块，包括：
[0065]
第六确定子模块，用于基于鱼类数据和筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种丰富度；
[0066]
建立子模块，用于获取筑坝河流河网栖息地总数量，基于鱼类物种丰富度、筑坝河流河网栖息地总数量与筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型；
[0067]
求解子模块，用于对水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型求解，生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0068]
可选地，第六确定子模块，包括：
[0069]
提取单元，用于提取鱼类数据中的鱼类栖息地上游河流总长度和鱼类调查年份，并基于鱼类栖息地上游河流总长度、鱼类调查年份和筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种缺失度；
[0070]
确定单元，用于获取流域河网鱼类物种总数量，基于流域河网鱼类物种总数量与鱼类物种缺失度确定鱼类物种丰富度。
[0071]
在本技术的第三个方面，还提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序，所述处理器被配置用于调用所述计算机程序，执行上述第一方面的方法。
[0072]
在本技术的第四个方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述第一方面的方法。
附图说明
[0073]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0074]
图1为本发明实施例1中一种筑坝河流生物连通性评价方法的流程图；
[0075]
图2为本发明实施例1中基于dem的河网提取流程图；
[0076]
图3为本发明实施例1中strahler河流分级法示意图；
[0077]
图4为本发明实施例1中筑坝河流河网示意图；
[0078]
图5为本发明实施例1中筑坝河流子河网划分示意图；
[0079]
图6为本发明实施例1中筑坝河流子河网概化图；
[0080]
图7为本发明实施例1中河流生物栖息地调查范围示意图；
[0081]
图8为本发明实施例1中步骤s103的流程图；
[0082]
图9为本发明实施例1中步骤s104的流程图；
[0083]
图10为本发明实施例1中步骤s106的流程图；
[0084]
图11为本发明实施例1中步骤s1061的流程图；
[0085]
图12为本发明实施例2中一种筑坝河流生物连通性评价装置的原理框图。
具体实施方式
[0086]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0087]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0088]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0089]
实施例1
[0090]
本实施例提供一种筑坝河流生物连通性评价方法，如图1所示，包括：
[0091]
s101、获取水库大坝工程数据和流域河网数据，将上述水库大坝工程数据与上述流域河网数据进行叠加，生成筑坝河流河网数据。
[0092]
具体地，采用公开流域河网数据，流域河网数据采用hydrosheds数据集(hydrological data and maps based on shuttle elevation derivatives at multiple scales，地理参考水文数据集)，空间分辨率是500m
×
500m(15弧秒)；其中，hydrosheds是基于nasa(national aeronautics and space administration，美国宇航局)的航天飞机雷达地形任务(srtm，shuttle radar topography mission，即航天飞机雷达地形测绘使命)获得的高程数据完成的一个制图产品，以一致的格式为区域和全球范围的应用提供水文信息，提供了一套不同尺度的地理参考数据集(矢量和栅格)，包括河流网络、河流长度、流域边界、汇流方向、集水面积等。
[0093]
进一步地，自行提取流域河网数据，基于dem(digital elevation model，数字高程模型)数据，采用gis(geographic information system，地理信息系统)软件arcgis(arcgis产品线为用户提供一个可伸缩的，全面的gis平台)分析工具中的水文功能完成流域河网的提取。
[0094]
如图2所示，dem是地表形态高程属性的数字化表达，能够一定分辨率的局部地形特征，包含了丰富的地形地貌、水文信息等，基于arcgis10.2中的水文分析工具对研究区进行水文信息提取，可以实现地表径流模型的水流方向、汇流累积量、河网和集水区域的提取。
[0095]
进一步地，如图2-3所示，流域河网分级采用strahler(斯特拉勒)河流分级法，该河流分级法由strahler于1957年提出，其规则定义为：直接发源于河源的河流为1级河流；同级的两条河流交汇形成的河流的等级比原来增加1级；不同等级的两条河流交汇形成的河流的等级等于原来河流中等级较高者。由于该河流分级法只在同级相交时才会提高级别，因此此种方法仅保留了最高级别连接线的级别；也可以采用shreve(施里夫)河流分级
法，按量级的河网分级方法由shreve于1967年提出，该方法第1级的划分与strahler分级法相同，所不同的是更高级别的河网弧段，该方法的级别定义是其汇入河网弧段的级别之和；也可以按照水系(stream link)进行分级。
[0096]
具体地，获取水库大坝工程数据，水库大坝工程数据来自全球水库大坝工程数据库(global reservoirs and dams database，grand)和未来规划水库大坝工程数据库(future hydropower reservoirs and dams，fhred)。全球水库大坝工程数据库(grand)，包含全球7320个水库大坝工程数据，用于表征已建工程；未来规划水库大坝工程数据库(future hydropower reservoirs and dams，fhred)，包含全球3700个已通过可行性研究的水库大坝工程数据，用于表征规划待建工程；水库大坝工程数据主要包括工程名称、经纬度信息、坝高、库容、装机容量、坝址处多年平均流量等。
[0097]
进一步地，对于采用的数据集未能满足工作需求的情况，也可通过调研目标流域区域水库大坝工程获得需要的数据，具体调研对象可选择目标流域区域所属流域管理机构。
[0098]
具体地，将流域河网数据与水库大坝工程数据2个图层进行叠加，获得筑坝河流河网数据；其中，采用gis软件(arcgis)分析工具(spatial analysis tools)中的矢量叠加分析功能完成叠加操作；矢量叠加，即将同一区域、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠加产生一个新的数据层，其结果综合了原来图层所具有的属性，矢量叠加操作分为：交集(intersect)、擦除(erase)、标识叠加(又称交补集，identify)、裁减(clip)、更新叠加(update)、对称差(symmetrical difference)、分割(split)、合并叠加(union)、添加(append)、合并(merge)以及融合(dissolve)等类型，其中，可采用的类型包括a交集(intersect)、b标识叠加(identify)、c更新叠加(update)、d合并叠加(union)、e添加(append)、f合并(merge)以及g融合(dissolve)等类型；a交集(intersect)，计算两个图层几何对象相交的部分，对于arctoolbox(arctoolbox是arcgis中地理处理工具的集合)中的intersect工具来说，可以选择保留所有的属性字段或是只有fid(文件标识符描述符)或是除了fid所有的字段；b标识叠加(identify)，将输入特征与标识叠加对象进行intersect操作，输入对象中与标识对象叠加的部分也获得了标识叠加对象的属性信息，其他部分保持不变，此工具要求input features(输入特征)是简单要素类，identity features(分层聚类)必须是polygon(面状)要素类，结果可能有多部件要素(multipart features)，可用multipart to singlepart(多部分到单部分)工具打散，当选中keep_relationships(维持关系数据)选项时，结果的属性表中将会增加input features和identity features空间相关的字段，当input features是line(关系)时，结果的属性表将会增加两个字段left_poly和right_poly(left_poly和right_poly分别表示附加字段)，分别存放左边和右边identity features的fid值；c更新叠加(update)，两者相交的部分属性信息为更新特征所有的属性信息，其他不相交的部分保持不变，update features(叠加属性)全部写入输出结果中，结果可能有多部件要素(multipart features)，可用multipart to singlepart工具打散，此工具要求input features和update features必须是polygon类型的，且属性表结构要一致，否则将丢失属性，当borders(边界)选项选中时，update features中的每个要素的外轮廓都将保留在结果中，即保持update features原来的形状，这是默认选项，当borders选项未选中时，update features的所有要素及与之相交的input features的要素
会融合在一起，形成重叠的几个要素，重叠要素的个数和update features的要素的个数相同，这几个要素分别赋予update features的每个要素的属性；d合并叠加(union)，平行输入一组特征对象，所有对象的所有属性信息都将被写入到输出文件当中去，与update的区别在于union保留了所有的信息而update则没有，update在输入特征与更新特征相交的部分只保留了更新特征的属性信息；e添加(append)，合并输入要素类、表、栅格影像及栅格目录到一个已有的要素类、表、栅格影像及栅格目录中，目的将几个图层合并成一个图层，可以把相互重合的部分融合起来，当schema type(模式类型)选项为test(测试)时，输入输出的要素类属性表结构必须一致，既字段名、类型、排列顺序必须完全相同，当schema type选项为no_test(非测试)时可以不同；f合并(merge)，合并输入要素类、表示新的要素类、表中，与添加(append)的差别在于，append容许操作的数据有相重叠的部分，而merge一般只操作相邻的对象；g融合(dissolve)，将数据按属性信息进行整合，将具有相同指定属性信息的对象融合成一个对象。
[0099]
进一步地，理论上，叠加操作时水库大坝工程数据都应与流域河网数据重合，但是，由于数据误差，实际操作过程中可能出现水库大坝工程偏离河道，出现水库大坝工程不在流域河网上的情况；对于这种情况，需要手动调整水库大坝工程数据，使其与流域河网数据重合，调整的原则为，选取距离水库大坝工程数据点距离最近的流域河网数据点进行调整，将水库大坝工程数据点调整到距离最近的流域河网数据点上直至重合，以图4为例，水库大坝工程b不在流域河网上，需要手动调整b点至最近的左侧河网数据上。
[0100]
s102、基于上述筑坝河流河网数据对目标流域进行划分，生成筑坝河流子河网。
[0101]
具体地，目标流域进行划分确定筑坝河流子河网，筑坝河流子河网作为筑坝河流河网的基本分析单元和连通性评价的基本单元；子河网的划分依据为：以水库大坝工程为起点，向上游回溯，直至遇到上游水库大坝工程，以上游若干水库大坝工程为终点，起点与终点之间的河段组合即为子河网；假设河流具有树形结构，流动过程中不分叉，则每个子河网都可通过其下游边界的水库大坝工程进行识别；为便于计算和识别，也可将流域出水口认为是一个无阻隔的水库大坝工程。
[0102]
以图5为例，该筑坝河流河网包括a、b、c、d等4个水库大坝工程，m为流域出水口，也可视为1个无阻隔的水库大坝工程，由此便可划分5个子河网，其中，子河网a由a、b和c之间的河段组合组成；子河网m由a和m之间的河段组合组成；子河网b由b和d之间的河段，以及其他未阻隔的河段组合组成；子河网c由c上游的所有河段组合组成；子河网d由d上游的所有河段组合组成，由此便可划分获得子河网概化图(如图6所示)。
[0103]
s103、获取鱼类数据，基于上述鱼类数据与上述水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
[0104]
具体地，主要从2个途径汇编鱼类出现记录，一是iucn(international union for conservation of nature，世界自然保护联盟)濒危物种红色名录数据库，二是公开的期刊文献数据库和网络资料，通过上述两种途径汇编整理了9794种淡水鱼类，根据鱼类出现记录的位置信息将鱼类汇编结果绘制在地图上。
[0105]
进一步地，确定鱼类物种的依据为：对于iucn数据库的鱼类出现记录数据，通过查询iucn数据库获得鱼类习性特征；对于公开的期刊文献数据库和网络资料的鱼类出现记录数据，根据鱼类数据库查询鱼类习性特征。
[0106]
进一步地，对比分析iucn数据库记录的鱼类类群、最大体长等数据对鱼类数据库的记录进行检验，检验基于双名命名法进行，以保证来自鱼类数据库和来自iucn数据库数据记录的一致性；其中，上述双名命名法又称双名法、二名法，以拉丁文表示，通常以斜体字或下划双线以示区别。第一个是属名，是主格单数的名词，第一个字母大写；后一个是种名，即种加词，常为形容词，须在词性上与属名相符。其后要加上命名人的名字的缩写，除了林奈所命名的后面直接加上.l外，其他命名人不得使用名字的首字母。
[0107]
上述iucn濒危物种红色名录数据库，iucn根据物种出现历史记录和专家经验编制的濒危物种红色名录，包含全球已知淡水鱼类基本资料，其中7242种约一半数量的淡水鱼类具有分布范围资料，通过iucn濒危物种红色名录数据库确定了5638种急流性鱼类出现记录，包括分布范围等资料。
[0108]
进一步地，公开的期刊文献数据库和网络资料，主要作为对iucn数据库的补充，用于补充iucn数据库缺失的记录，从公开的期刊文献等外部数据集中获取收集鱼类出现记录，同时选取生物多样性热点地区作为关键词，根据fishbase数据库记录的鱼类名称和相似名称进行检索，并对不同数据库检索结果进行筛选合并，一是合并重复项，二是通过对比fishbase数据库记录的物种名称核实名称相似项；通过公开的期刊文献数据库和网络资料确定了另外4156种淡水鱼类出现记录；其中，全球鱼类出现记录网络数据库概况如下表1所示。
[0109]
表1
[0110]
来源范围物种数量出现记录数量https://www.gbif.orgglobal7,275863,729http://www.fishnet2.net/global12,6501,106,799http://splink.cria.org.br/brazil9577,192https://portaldabiodiversidade.icmbio.gov.br/brazil2,49042,939https://www.ala.org.auaustralia1,182415,215
[0111]
进一步地，将鱼类出现记录汇编结果叠加到流域河网数据中，以流域为单元统计目标鱼类出现记录，将目标鱼类在流域的出现情况进行统计合并。
[0112]
进一步地，为验证不同流域鱼类分布的代表性，根据tedesco(泰德斯科)等提供的主要流域物种资源分布数据，通过计算上述主要流域内的物种丰富度，检验鱼类在目标流域内分布的代表性；根据warren(沃伦)等研究成果，当目标流域统计的目标鱼类出现次数超过10时，即表明目标鱼类在该流域分布。
[0113]
具体地，现状调查，主要包括a栖息地调查和b鱼类资源调查，具体包括鱼类分布范围(以分布范围的河流长度表示)，鱼类三场(产卵场、索饵场、越冬场)特性，鱼类种类，鱼类形态，鱼类行为等；其中，栖息地范围方法为：如图7所示，调查范围一般以500m(米)河长、包括河道在内距两岸50m内的范围进行测量(通常对左、右岸分别进行测量)，沿500m河长，等距离分布10个点，在测量点上记录河道和河岸的相关数据，在每个测量点上各布置一个横断面，在该横断面上再布置5个测量点，记录每个测量点的水深、流速和栖息地类型等参数，由于调查工作是对左、右岸分别进行，所以横断面长度一般取整个河流断面的一半，采样季节一般选在基流条件(即河流的平水期)下进行，通常不在洪水期采样，因为此时不能真实反映水流形态和底质的关键特征；也不选择在夏季采样，因为茂密的草本植物会使河道特
征不明显；也不选择在冬季采样，冬季植被基本都枯死了，特别是对于渠道化和退化河流来讲，不能显示有价值的野生栖息地；鱼类资源调查方法为：鱼类采样方法以电鱼法为主，以虾笼捕捉、手抛网、潜水及钓鱼法等其他方法为辅，目前，常用的电鱼法有两种：背负式电鱼器法(backpack electrofishing)和方形电格鱼类采集法；其中，背负式电鱼器法是由一人背负电鱼器(电源为12v(伏特)的蓄电池)，沿“z”字形路线由下游至上游行走，以间隔放电的方式将鱼电昏，后面跟随的两名助手将昏厥的鱼用网捞起，并由其中一人负责照顾，避免捕获的鱼缺氧死亡。记录的数据包括采集时间、地点、鱼种、各鱼种的数目、鱼的长度及质量，数据记录完成后，将捕获的鱼放回原处，背负式电鱼法多适用于河流中上游可涉水的河段，在中下游河段，可采用电鱼船或方形电格采样法。方形电格鱼类采样法是在河床上布置一个方形的采样网格，然后沿样格长边敷设一根5分铜管，铜管的下游端与岸上的发电机用绝缘铜线连接，使放电时形成一个方形电场。在污染不很严重的河流里，450w(瓦)/120v的交流电在通电瞬间足以使方形样格内的鱼晕厥、暂时丧失逃逸能力，方形样格敷设后应尽量避免人为干扰，至少经过11分钟使其恢复常态后，由一人在岸上控制发电机，30秒后结束放电，另2～3人同时手持大型手操网立于方形样格下游处，将样格中顺流而下的鱼捞起，并记录鱼种、数目、鱼的长度及质量等，记录结束后将其释放回原处。
[0114]
具体地，水库大坝工程生物连通性评价采用水库大坝工程过鱼设施结构评估连通性，没有过鱼设施的水库大坝工程连通性设置为0，有过鱼设施的水库大坝工程连通性采用(从鱼类数据中提取)鱼类能够通过水库大坝工程的数量比例评价连通性，设置为0到1之间的数值进行评价，主要设置四个等级：0，表示完全阻隔，任何鱼类都不能在上下游自由通过；0.3，表示高度阻隔，仅能允许小部分鱼类在上下游自由通过，或仅能允许鱼类短时间内在上下游自由通过；0.6，表示低度阻隔，可允许大部分鱼类在上下游自由通过，或允许鱼类长时间在上下游自由通过；1，表示完全未阻隔，任何鱼类都可以在上下游自由通过。
[0115]
s104、提取筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量，基于上述水库大坝工程累计连通性评价数值和上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
[0116]
具体地，进一步考虑鱼类整个生活史过程的栖息地分布，即春季在a地产卵，夏季在b地觅食，冬季在c地越冬，需要同时考虑多个水库大坝工程的累积连通性影响和不同河段的栖息地数量及可用性。
[0117]
s105、基于上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成筑坝河流河网生物连通性评价数值。
[0118]
具体地，筑坝河流河网生物连通性评价数值的计算公式如下所示：
[0119][0120]
其中，c为筑坝河流河网生物连通性评价数值，cj为筑坝河流子河网j的生物连通性评价数值。
[0121]
上述一种筑坝河流生物连通性评价方法，从河流生物连通性的角度出发，改进了以往水库大坝工程单向连通性考虑的不足，通过水库大坝工程连通性到流域河网连通性的整体生物连通性评价，充分考虑了生物连通性评价数值以及鱼类数据在水库大坝的通过
率，实现了对筑坝河流生物连通性的全面评价。
[0122]
优选地，如图8所示，步骤s103中基于上述鱼类数据与上述水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值，包括：
[0123]
s1031、基于上述鱼类数据与上述水库大坝工程数据分别确定上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值。
[0124]
具体地，通过鱼类从下游向上游的上游连通性评价参数判断不同的连通性等级得分，上游连通性得分评价参数如下表2所示。
[0125]
表2
[0126][0127]
具体地，通过鱼类从上游向下游的下游连通性评价参数判断不同的连通性等级得分，下游阻隔通过率得分评价参数如下表3所示。
[0128]
表3
[0129]
评价参数下游连通性1下游连通性0.6下游连通性0.3下游连通性0进水深度(m)≥0.10.075—0.090.06—0.074≤0.05最小间隙宽度(m)》0.30.2—0.30.1—0.19《0.1拦污栅无无无有
[0130]
s1032、基于上述上游单向连通性评价数值与上述下游单向连通性评价数值确定双向连通性评价数值。
[0131]
具体地，双向连通性评价数值，是指单个水库大坝工程的双向生物连通性评价数值通过计算上游单向连通性评价数值和下游单向连通性评价数值的乘积，表示双向连通性评价数值；即假设对于某水库大坝工程j，如果上游单向连通性评价数值为p
jup
，下游单向连通性评价数值为p
jdown
，则双向连通性评价数值pj可表示为：
[0132]
pj＝p
jup
·
p
jdown
[0133]
其中，pj为水库大坝工程j的双向连通性评价数值，p
jup
为水库大坝工程j的上游连通性评价数值，p
jdown
为水库大坝工程j的下游连通性评价数值。
[0134]
s1033、基于上述双向连通性评价数值确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
[0135]
具体地，水库大坝工程累积连通性评价数值是在双向连通性评价数值基础上，计算多个水库大坝工程的双向累积连通性评价数值，从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性评价数值z
jk
，可采用子河网j到子河网k之间最短路径上所有水库大坝工程的双向连通性评价数值的乘积表示，具体计算公式可表示为：
[0136][0137]
其中，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个阻隔累积通过率，pj为阻隔(即水库大坝工程)j的双向通过率，b
jk
为子河网j到子河网k之间最短路径所有阻隔的集合。
[0138]
以图4为例，从子河网c开始，到子河网d结束，最短路径为通过水库大坝工程c、b、d，因此鱼类必须至少通过c、b、d才能完成从子河网c到子河网d的游动过程，则从子河网c开始，到子河网d的水库大坝工程累积连通性评价数值，为c、b、d3个水库大坝工程双向连通性评价数值的乘积。
[0139]
上述实施例充分考虑了鱼类双向通过水库大坝工程的通过率，从水库大坝工程阻隔影响评价河流连通性，使得水库大坝工程累计连通性评价数值更加准确。
[0140]
优选地，如图9所示，步骤s104中基于上述水库大坝工程累计连通性评价数值和上述栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值，包括：
[0141]
s1041、获取筑坝河流子河网之间的距离，提取上述鱼类数据中的目标鱼类物种分布范围在河网中的长度，基于上述筑坝河流子河网之间的距离与上述目标鱼类物种分布范围在河网中的长度确定距离衰减因子。
[0142]
其中，距离衰减因子d
jk
可表示为：
[0143][0144]
其中，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，d
jk
为子河网j与子河网k之间的距离，d0为目标鱼类物种分布范围在河网中的长度。
[0145]
s1042、获取筑坝河流子河网中各类型栖息地的数量，基于上述各类型栖息地的数量与上述距离衰减因子确定基准栖息地可用性数值。
[0146]
具体地，子河网j中所有h类型栖息地的基准栖息地可用性数值即子河网j中不存在水库大坝工程时的情况，采用表示，基准栖息地可用性数值的计算公式如下所示：
[0147][0148]
其中，为子河网中所有h类型栖息地的基准栖息地可用性数值，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，v
kh
为子河网k中h类型栖息地的数量，j为子河网j中所有水库大坝工程的集合。
[0149]
s1043、基于上述各类型栖息地的数量、上述距离衰减因子和上述水库大坝工程累计连通性评价数值确定综合栖息地可用性数值。
[0150]
具体地，子河网j中h类型栖息地的栖息地可用性数值a
jh
，为从子河网j开始，到子河网k结束，所有栖息地类型为h的综合栖息地可用性数值的计算公式可表示为：
[0151]
[0152]
其中，a
jh
为子河网中所有h类型栖息地的综合栖息地可用性数值，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，v
kh
为子河网k中h类型栖息地的数量，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性评价数值，j为子河网中所有水库大坝工程的集合。
[0153]
s1044、基于上述基准栖息地可用性数值、上述综合栖息地可用性数值和上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
[0154]
具体地，筑坝河流子河网生物连通性评价数值，采用综合栖息地可用性数值和基准栖息地可用性数值之比进行表示，筑坝河流子河网生物连通性评价数值的计算公式可表示为：
[0155][0156]
其中，cj为子河网j的生物连通性评价数值，m为子河网j中栖息地类型的总数量。
[0157]
优选地，还包括：
[0158]
s106、基于上述鱼类数据与上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0159]
具体地，假设水库大坝工程对河流连通性有影响，水库大坝工程对鱼类物种丰富度有影响，河流连通性与鱼类物种丰富度能够建立逻辑关联关系；其中，鱼类物种丰富度预测，以往研究一般采用复杂生态系统模型模拟水库大坝工程阻隔，对鱼类物种丰富度的影响，由于构建复杂生态系统模型一般需要详细的鱼类栖息地数据、鱼类群落结构组成和迁移特征等数据，一定程度上限制了其应用，鉴于鱼类调查数据限制，采用统计学方法建立鱼类物种丰富度和河流生物连通性之间的回归关系，并用于水库大坝工程阻隔影响减缓措施方案优化，统计回归模型能够有效处理模型复杂性和精度之间的关系，同时降低了模型数据限制。
[0160]
由于水库大坝工程建设和运行对河流生态系统健康造成一定影响，特别是影响了河流连通性，导致以鱼类为代表的河流水生生物多样性降低，为减缓水库大坝工程建设和运行的影响，往往需要在建设阶段的环境影响评价过程中开展过鱼设施等环境保护措施和影响减缓措施评估，或在运行阶段的不同时期开展影响减缓措施评估，以便提升河流连通性，恢复河流生物多样性，然而，目前仍存在几个主要的问题，一是河流连通性评价技术尚不成熟，如何评价河流连通性仍存在一定困难和争议，特别是以鱼类为代表的河流水生生物连通性，评价水库大坝工程建设和运行后的河流生物连通性更加困难；二是实际工作过程中，往往受资金限制，要求必须采用技术经济性最高的减缓措施方案，但是如何评价和选择水库大坝工程阻隔影响减缓措施的技术经济性，以期采用最小的投入或有限的投入，最大程度的提高河流连通性，是实际工作中面临的主要困难；因此在筑坝河流生物连通性评价基础上，进一步通过水库大坝工程阻隔影响减缓措施评价与优化，实现筑坝河流生物连通性和鱼类物种丰富度的提升，为优选最佳连通性优化措施方案提供参考，在有限资金的前提下实现流域河网连通性的最大化提升。
[0161]
优选地，如图10所示，步骤s106，即基于上述鱼类数据与上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案，包括：
[0162]
s1061、基于上述鱼类数据和上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类
物种丰富度。
[0163]
具体地，为便于确定水库大坝过程阻隔影响对鱼类物种丰富度的影响，通过鱼类物种丰富度的对立事件鱼类物种缺失度进行分析，即先验假设为子河网连通性对鱼类物种缺失度有影响，将筑坝河流子河网生物连通性评价数值设定为河流长度以便定量计算鱼类物种缺失度。
[0164]
s1062、获取筑坝河流河网栖息地总数量，基于上述鱼类物种丰富度、上述筑坝河流河网栖息地总数量与上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型。
[0165]
具体地，假设前提是水库大坝工程阻隔影响减缓措施是有效的，即实施了阻隔影响减缓措施，便能提高单个水库大坝工程的双向连通性。阻隔影响减缓措施包括但不限于拆坝、修建鱼道、修建升鱼机等措施。由于各类阻隔影响减缓措施具有不同成本，且叠加实施不同阻隔影响减缓措施的情况下难以判别每种措施的效果，因此本发明假定在资金有限的情况下只能实施一种阻隔影响减缓措施。假设阻隔影响减缓措施总预算为b，则可建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化的非线性数学模型，具体计算公式可表示为：
[0166][0167]
其中，目标函数为筑坝河流河网中所有子河网栖息地加权鱼类物种丰富度的值最大化，rj为子河网j的鱼类物种丰富度，vj表示栖息地j，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性，b
jk
为子河网j到子河网k之间最短路径所有阻隔的集合，s为水库大坝工程阻隔影响减缓措施方案合集，∑
i∈sl
x
ji
≤1表示仅实施一种水库大坝工程阻隔影响减缓措施，sl为所有水库大坝工程阻隔影响减缓措施的集合，x
li
表示第i种水库大坝工程阻隔影响减缓措施，以措施数量计数，∑
j∈j
∑
i∈slcji
·
x
ji
≤b表示实施水库大坝工程阻隔影响减缓措施的总预算不超过b，c
ji
为i种水库大坝工程阻隔影响减缓措施的成本，x
ji
∈{0,1}表示实施水库大坝工程阻隔影响减缓措施的判别条件，即是否实施，0表示不实施，1表示实施，表示任意的j。
[0168]
进一步地，v为筑坝河流河网栖息地总数量，可表示为：
[0169]
[0170]
设定rj为子河网j的连通性cj和影响鱼类物种丰富度的环境变量πj组成的函数f(
·
)。
[0171]cj
为子河网j的连通性评价数值，假设从子河网j到子河网k和从子河网k到子河网j的多个水库大坝工程累积连通性是一致的，即z
jk
＝z
kj
，则cj的表达式可转换为：
[0172][0173]
其中，ω
jk
为子河网连通性系数，可表示为：
[0174][0175]
s1063、对上述水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型求解，生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0176]
具体地，采用现有商业模型(如cplex studio)，或自行编写代码语言求解。
[0177]
优选地，如图11所示，步骤s1061，即基于上述鱼类数据和上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种丰富度，包括：
[0178]
s10611、提取鱼类数据中的鱼类栖息地上游河流总长度和鱼类调查年份，并基于上述鱼类栖息地上游河流总长度、上述鱼类调查年份和上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种缺失度。
[0179]
其中，鱼类物种缺失度可表示为：
[0180][0181]
其中，为鱼类物种缺失度，即鱼类物种丰富度rj的对立事件，uslj为鱼类栖息地上游河流总长度，β0为常数，为子河网j实施阻隔影响减缓措施前的连通性，β1为的常数系数，β2为uslj的常数系数，year
jt
为鱼类调查年份，t＝1,2,
…
,t，t为鱼类调查的总年数，β
2+t
为year
jt
的常数系数。
[0182]
进一步地，由于分布非正态分布，考虑的离散性，采用广义线性模型中的泊松回归模型进行分析，即令则鱼类物种缺失度可表示为：
[0183][0184]
可得泊松回归方程的基本形式为：
[0185][0186]
s10612、获取流域河网鱼类物种总数量，基于上述流域河网鱼类物种总数量与上述鱼类物种缺失度确定上述鱼类物种丰富度。
[0187]
其中，上述鱼类物种丰富度的计算公式如下所示：
[0188][0189]
上式中，rj为鱼类物种丰富度，r
max
为流域河网鱼类物种总数量，为鱼类物种缺失度。
[0190]
实施例2
[0191]
本实施例提供一种筑坝河流生物连通性评价装置，如图12所示，包括：
[0192]
获取模块121，用于获取水库大坝工程数据和流域河网数据，将上述水库大坝工程数据与上述流域河网数据进行叠加，生成筑坝河流河网数据。
[0193]
具体地，将流域河网数据与水库大坝工程数据2个图层进行叠加，获得筑坝河流河网数据；其中，采用gis软件(arcgis)分析工具(spatial analysis tools)中的矢量叠加分析功能完成叠加操作。
[0194]
进一步地，理论上，叠加操作时水库大坝工程数据都应与流域河网数据重合，但是，由于数据误差，实际操作过程中可能出现水库大坝工程偏离河道，出现水库大坝工程不在流域河网上的情况；对于这种情况，需要手动调整水库大坝工程数据，使其与流域河网数据重合，调整的原则为，选取距离水库大坝工程数据点距离最近的流域河网数据点进行调整，将水库大坝工程数据点调整到距离最近的流域河网数据点上直至重合。
[0195]
划分模块122，用于基于上述筑坝河流河网数据对目标流域进行划分，生成筑坝河流子河网。
[0196]
具体地，目标流域进行划分确定筑坝河流子河网，筑坝河流子河网作为筑坝河流河网的基本分析单元和连通性评价的基本单元；子河网的划分依据为：以水库大坝工程为起点，向上游回溯，直至遇到上游水库大坝工程，以上游若干水库大坝工程为终点，起点与终点之间的河段组合即为子河网；假设河流具有树形结构，流动过程中不分叉，则每个子河网都可通过其下游边界的水库大坝工程进行识别；为便于计算和识别，也可将流域出水口认为是一个无阻隔的水库大坝工程。
[0197]
确定模块123，用于获取鱼类数据，基于上述鱼类数据与上述水库大坝工程数据确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
[0198]
具体地，将鱼类出现记录汇编结果叠加到流域河网数据中，以流域为单元统计目标鱼类出现记录，将目标鱼类在流域的出现情况进行统计合并。
[0199]
具体地，水库大坝工程生物连通性评价采用水库大坝工程过鱼设施结构评估连通性，没有过鱼设施的水库大坝工程连通性设置为0，有过鱼设施的水库大坝工程连通性采用鱼类能够通过水库大坝工程的数量(即从鱼类数据中提取)比例评价连通性，设置为0到1之间的数值进行评价，主要设置四个等级：0，表示完全阻隔，任何鱼类都不能在上下游自由通过；0.3，表示高度阻隔，仅能允许小部分鱼类在上下游自由通过，或仅能允许鱼类短时间内在上下游自由通过；0.6，表示低度阻隔，可允许大部分鱼类在上下游自由通过，或允许鱼类长时间在上下游自由通过；1，表示完全未阻隔，任何鱼类都可以在上下游自由通过。
[0200]
提取模块124，用于提取筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量，基于上述水库大坝工程累计连通性评价数值和上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
[0201]
具体地，进一步考虑鱼类整个生活史过程的栖息地分布，即春季在a地产卵，夏季
在b地觅食，冬季在c地越冬，需要同时考虑多个水库大坝工程的累积连通性影响和不同河段的栖息地数量及可用性。
[0202]
生成模块125，用于基于上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成筑坝河流河网生物连通性评价数值。
[0203]
具体地，筑坝河流河网生物连通性评价数值的计算公式如下所示：
[0204][0205]
其中，c为筑坝河流河网生物连通性评价数值，cj为筑坝河流子河网j的生物连通性评价数值。
[0206]
上述一种筑坝河流生物连通性评价方法及装置，从河流生物连通性的角度出发，改进了以往水库大坝工程单向连通性考虑的不足，通过水库大坝工程连通性到流域河网连通性的整体生物连通性评价，充分考虑了生物连通性评价数值以及鱼类数据在水库大坝的通过率，实现了对筑坝河流生物连通性的全面评价。
[0207]
优选地，上述确定模块123，包括：
[0208]
第一确定子模块1231，用于基于上述鱼类数据与上述水库大坝工程数据分别确定上游单向连通性评价数值与下游单向连通性评价数值。
[0209]
具体地，通过鱼类从下游向上游的上游连通性评价参数判断不同的连通性等级得分(即上游单向连通性评价数值)，通过鱼类从上游向下游的下游连通性评价参数判断不同的连通性等级得分(即下游单向连通性评价数值)。
[0210]
第二确定子模块1232，用于基于上述上游单向连通性评价数值与上述下游单向连通性评价数值确定双向连通性评价数值。
[0211]
具体地，双向连通性评价数值，是指单个水库大坝工程的双向生物连通性评价数值通过计算上游单向连通性评价数值和下游单向连通性评价数值的乘积，表示双向连通性评价数值；即假设对于某水库大坝工程j，如果上游单向连通性评价数值为p
jup
，下游单向连通性评价数值为p
jdown
，则双向连通性评价数值pj可表示为：
[0212]
pj＝p
jup
·
p
jdown
[0213]
其中，pj为水库大坝工程j的双向连通性评价数值，p
jup
为水库大坝工程j的上游连通性评价数值，p
jdown
为水库大坝工程j的下游连通性评价数值。
[0214]
第三确定子模块1233，用于基于上述双向连通性评价数值确定水库大坝工程累计连通性评价数值。
[0215]
具体地，水库大坝工程累积连通性评价数值是在双向连通性评价数值基础上，计算多个水库大坝工程的双向累积连通性评价数值，从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性评价数值z
jk
，可采用子河网j到子河网k之间最短路径上所有水库大坝工程的双向连通性评价数值的乘积表示，具体计算公式可表示为：
[0216][0217]
其中，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个阻隔累积通过率，pj为阻隔(即水库大坝工程)j的双向通过率，b
jk
为子河网j到子河网k之间最短路径所有阻隔的集合。
[0218]
优选地，上述提取模块124，包括：
[0219]
提取子模块1241，用于获取筑坝河流子河网之间的距离，提取上述鱼类数据中的目标鱼类物种分布范围在河网中的长度，基于上述筑坝河流子河网之间的距离与上述目标鱼类物种分布范围在河网中的长度确定距离衰减因子。
[0220]
其中，距离衰减因子d
jk
可表示为：
[0221][0222]
其中，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，d
jk
为子河网j与子河网k之间的距离，d0为目标鱼类物种分布范围在河网中的长度。
[0223]
获取子模块1242，用于获取筑坝河流子河网中各类型栖息地的数量，基于上述各类型栖息地的数量与上述距离衰减因子确定基准栖息地可用性数值。
[0224]
具体地，子河网j中所有h类型栖息地的基准栖息地可用性数值即子河网j中不存在水库大坝工程时的情况，采用表示，基准栖息地可用性数值的计算公式如下所示：
[0225][0226]
其中，为子河网中所有h类型栖息地的基准栖息地可用性数值，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，v
kh
为子河网k中h类型栖息地的数量，j为子河网j中所有水库大坝工程的集合。
[0227]
第四确定子模块1243，用于基于上述各类型栖息地的数量、上述距离衰减因子和上述水库大坝工程累计连通性评价数值确定综合栖息地可用性数值。
[0228]
具体地，子河网j中h类型栖息地的栖息地可用性数值a
jh
，为从子河网j开始，到子河网k结束，所有栖息地类型为h的综合栖息地可用性数值的计算公式可表示为：
[0229][0230]
其中，a
jh
为子河网中所有h类型栖息地的综合栖息地可用性数值，d
jk
为子河网j到子河网k的距离衰减因子，v
kh
为子河网k中h类型栖息地的数量，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性评价数值，j为子河网中所有水库大坝工程的集合。
[0231]
第五确定子模块1244，用于基于上述基准栖息地可用性数值、上述综合栖息地可用性数值和上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量确定上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值。
[0232]
具体地，筑坝河流子河网生物连通性评价数值，采用综合栖息地可用性数值和基准栖息地可用性数值之比进行表示，筑坝河流子河网生物连通性评价数值的计算公式可表示为：
[0233][0234]
其中，cj为子河网j的生物连通性评价数值，m为子河网j中栖息地类型的总数量。
[0235]
优选地，还包括：
[0236]
优化模块126，用于基于上述鱼类数据与上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0237]
具体地，假设水库大坝工程对河流连通性有影响，水库大坝工程对鱼类物种丰富度有影响，河流连通性与鱼类物种丰富度能够建立逻辑关联关系；其中，鱼类物种丰富度预测，以往研究一般采用复杂生态系统模型模拟水库大坝工程阻隔，对鱼类物种丰富度的影响，由于构建复杂生态系统模型一般需要详细的鱼类栖息地数据、鱼类群落结构组成和迁移特征等数据，一定程度上限制了其应用，鉴于鱼类调查数据限制，采用统计学方法建立鱼类物种丰富度和河流生物连通性之间的回归关系，并用于水库大坝工程阻隔影响减缓措施方案优化，统计回归模型能够有效处理模型复杂性和精度之间的关系，同时降低了模型数据限制。
[0238]
优选地，上述优化模块126，包括：
[0239]
第六确定子模块1261，用于基于上述鱼类数据和上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种丰富度。
[0240]
具体地，为便于确定水库大坝过程阻隔影响对鱼类物种丰富度的影响，通过鱼类物种丰富度的对立事件鱼类物种缺失度进行分析，即先验假设为子河网连通性对鱼类物种缺失度有影响，将筑坝河流子河网生物连通性评价数值设定为河流长度以便定量计算鱼类物种缺失度。
[0241]
建立子模块1262，用于获取筑坝河流河网栖息地总数量，基于上述鱼类物种丰富度、上述筑坝河流河网栖息地总数量与上述筑坝河流子河网中的栖息地类型总数量建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型。
[0242]
具体地，假设前提是水库大坝工程阻隔影响减缓措施是有效的，即实施了阻隔影响减缓措施，便能提高单个水库大坝工程的双向连通性。阻隔影响减缓措施包括但不限于拆坝、修建鱼道、修建升鱼机等措施。由于各类阻隔影响减缓措施具有不同成本，且叠加实施不同阻隔影响减缓措施的情况下难以判别每种措施的效果，因此本发明假定在资金有限的情况下只能实施一种阻隔影响减缓措施。假设阻隔影响减缓措施总预算为b，则可建立水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化的非线性数学模型，具体计算公式可表示为：
[0243]
[0244]
其中，目标函数为筑坝河流河网中所有子河网栖息地加权鱼类物种丰富度的值最大化，rj为子河网j的鱼类物种丰富度，vj表示栖息地j，z
jk
为从子河网j到子河网k的多个水库大坝工程累积连通性，b
jk
为子河网j到子河网k之间最短路径所有阻隔的集合，s为水库大坝工程阻隔影响减缓措施方案合集，∑
i∈sl
x
ji
≤1表示仅实施一种水库大坝工程阻隔影响减缓措施，sl为所有水库大坝工程阻隔影响减缓措施的集合，x
li
表示第i种水库大坝工程阻隔影响减缓措施，以措施数量计数，∑
j∈j
∑
i∈slcji
·
x
ji
≤b表示实施水库大坝工程阻隔影响减缓措施的总预算不超过b，c
ji
为i种水库大坝工程阻隔影响减缓措施的成本，x
ji
∈{0,1}表示实施水库大坝工程阻隔影响减缓措施的判别条件，即是否实施，0表示不实施，1表示实施，表示任意的j。
[0245]
进一步地，v为筑坝河流河网栖息地总数量，可表示为：
[0246][0247]
设定rj为子河网j的连通性cj和影响鱼类物种丰富度的环境变量πj组成的函数f(
·
)。
[0248]cj
为子河网j的连通性评价数值，假设从子河网j到子河网k和从子河网k到子河网j的多个水库大坝工程累积连通性是一致的，即z
jk
＝z
kj
，则cj的表达式可转换为：
[0249][0250]
其中，ω
jk
为子河网连通性系数，可表示为：
[0251][0252]
求解子模块1263，用于对上述水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化模型求解，生成水库大坝工程阻隔影响减缓措施优化方案。
[0253]
具体地，采用现有商业模型(如cplex studio)，或自行编写代码语言求解。
[0254]
优选地，上述第六确定子模块1261，包括：
[0255]
提取单元12611，用于提取鱼类数据中的鱼类栖息地上游河流总长度和鱼类调查年份，并基于上述鱼类栖息地上游河流总长度、上述鱼类调查年份和上述筑坝河流子河网生物连通性评价数值确定鱼类物种缺失度。
[0256]
其中，鱼类物种缺失度可表示为：
[0257][0258]
其中，为鱼类物种缺失度，即鱼类物种丰富度rj的对立事件，uslj为鱼类栖息地上游河流总长度，β0为常数，为子河网j实施阻隔影响减缓措施前的连通性，β1为的常数系数，β2为uslj的常数系数，year
jt
为鱼类调查年份，t＝1,2,
…
,t，t为鱼类调查的总年数，β
2+t
为year
jt
的常数系数。
[0259]
进一步地，由于分布非正态分布，考虑的离散性，采用广义线性模型中的泊松回归模型进行分析，即令则鱼类物种缺失度可表示为：
[0260][0261]
可得泊松回归方程的基本形式为：
[0262][0263]
确定单元12612，用于获取流域河网鱼类物种总数量，基于上述流域河网鱼类物种总数量与上述鱼类物种缺失度确定上述鱼类物种丰富度。
[0264]
其中，上述鱼类物种丰富度的计算公式如下所示：
[0265][0266]
上式中，rj为鱼类物种丰富度，r
max
为流域河网鱼类物种总数量，为鱼类物种缺失度。
[0267]
实施例3
[0268]
本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，处理器用于读取存储器中存储的指令，以执行上述任意方法实施例中的一种筑坝河流生物连通性评价方法。
[0269]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0270]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0271]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0272]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0273]
实施例4
[0274]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执
行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的一种筑坝河流生物连通性评价方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0275]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。