本發(fā)明涉及生態(tài)修復(fù),尤其涉及一種基于人工魚礁的水生態(tài)修復(fù)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、人工魚礁(artificial?reef)是有意部署于水底,用以影響水資源的物體。通過在特定水域投放人工魚礁,可以構(gòu)建或修復(fù)水生物繁殖、生長、索餌或避敵所需的場所,增殖養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源,為水生物提供更多生存空間,實現(xiàn)可持續(xù)利用的漁業(yè)模式。此外,作為水下構(gòu)筑物,人工魚礁一定程度上還起到消波減浪、防護(hù)堤岸的作用。從理論上,人工魚礁的投放必然會形成區(qū)別于原有自然生境和天然礁石的獨特水生態(tài)系統(tǒng),增加生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和空間異質(zhì)性,并達(dá)到更好的穩(wěn)定性。
2、人工魚礁在改善水生態(tài)環(huán)境、增殖養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源等方面發(fā)揮了重要作用。從群落構(gòu)建機制入手,闡明水生物對人工魚礁的響應(yīng)機制,有助于更有效的利用人工魚礁開展?jié)O業(yè)資源養(yǎng)護(hù)工作,進(jìn)而修復(fù)受損的水生態(tài)系統(tǒng)。盡管人工魚礁在改善水生態(tài)環(huán)境、增殖養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源等方面發(fā)揮了重要作用,但在實際應(yīng)用中仍存在一些問題,尤其是對于水質(zhì)改善的效果方面?,F(xiàn)有的人工魚礁設(shè)計和技術(shù)主要集中在為水生物提供棲息地,而較少考慮其對水質(zhì)改善的能力。具體來說,現(xiàn)有技術(shù)中的人工魚礁往往存在以下不足:
3、1、水質(zhì)改善效果有限:現(xiàn)有的人工魚礁結(jié)構(gòu)簡單,難以有效吸附或降解水中的有害物質(zhì),從而導(dǎo)致水質(zhì)改善效果不佳。
4、2、生物多樣性支持能力不足:由于結(jié)構(gòu)和材料的選擇不夠優(yōu)化,現(xiàn)有的人工魚礁無法為多種生物提供適宜的生活環(huán)境,限制了生物多樣性的提升。
5、3、生態(tài)功能單一:大多數(shù)人工魚礁只專注于為魚類提供棲息地,而忽視了其在改善水質(zhì)、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等方面的潛在作用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種基于人工魚礁的水生態(tài)修復(fù)方法及系統(tǒng),以制定最優(yōu)修復(fù)策略,實現(xiàn)改善水質(zhì)。
2、本發(fā)明提供了一種基于人工魚礁的水生態(tài)修復(fù)方法,包括:
3、步驟s1,獲取目標(biāo)水域的地形數(shù)據(jù);
4、步驟s2,在目標(biāo)水域中投放不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁;
5、步驟s3,對投放不同結(jié)構(gòu)人工魚礁的目標(biāo)水域進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測,獲取水質(zhì)參數(shù);所述水質(zhì)參數(shù)包括:溶解氧含量、ph值、氨氮濃度;
6、步驟s4,根據(jù)水質(zhì)參數(shù),調(diào)整魚類和底棲生物的種類組合,監(jiān)測不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁周圍的水流速度和水流方向;
7、步驟s5,根據(jù)水質(zhì)參數(shù)、地形數(shù)據(jù)、水流速度、水流方向,分析目標(biāo)水域的空間異質(zhì)性,識別污染區(qū)域;為污染區(qū)域制定多種修復(fù)策略,以實現(xiàn)水質(zhì)改善;
8、修復(fù)策略為:人工魚礁的布局、人工魚礁的投放密度、魚類和底棲生物的種類組合、水生植物種植方案;
9、步驟s6,對多種修復(fù)策略進(jìn)行驗證,獲得最優(yōu)修復(fù)策略。
10、進(jìn)一步地,污染區(qū)域的識別,具體包括以下步驟:
11、步驟s51,基于gis技術(shù),將水質(zhì)參數(shù)與地形數(shù)據(jù)整合,創(chuàng)建水域三維地圖;
12、步驟s52,從目標(biāo)水域中選取采樣點并獲取采樣點的水質(zhì)參數(shù)、水流速度、水流方向,根據(jù)插值法、采樣點水質(zhì)參數(shù)計算整個目標(biāo)水域的水質(zhì)參數(shù)、水流速度、水流方向,并得到水質(zhì)參數(shù)、水流速度、水流方向在目標(biāo)水域的空間分布圖;
13、步驟s53,根據(jù)空間分布圖,在水域三維地圖的每個坐標(biāo)位置標(biāo)注水質(zhì)參數(shù)、水流速度、水流方向;
14、步驟s54,從水域三維地圖上獲取每個坐標(biāo)位置的水質(zhì)參數(shù)、水流速度、水流方向,計算每個坐標(biāo)位置的污染指數(shù);
15、步驟s55,根據(jù)污染指數(shù)識別污染區(qū)域。
16、進(jìn)一步地,每個坐標(biāo)位置的污染指數(shù)的計算公式為:
17、;
18、其中,代表坐標(biāo)位置的污染指數(shù),代表坐標(biāo)位置的溶解氧含量,代表坐標(biāo)位置的ph值,代表坐標(biāo)位置的氨氮濃度,代表坐標(biāo)位置的水流速度,代表坐標(biāo)位置的水流方向,、、、、分別代表調(diào)整系數(shù)。
19、進(jìn)一步地,根據(jù)污染指數(shù)識別污染區(qū)域,具體包括以下步驟:
20、步驟s551,根據(jù)每個坐標(biāo)位置的污染指數(shù),確定污染指數(shù)平均值與污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差;
21、步驟s552,根據(jù)污染指數(shù)平均值與污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差,確定污染閾值;
22、步驟s553,根據(jù)污染閾值、污染指數(shù)確定污染點;
23、步驟s554,根據(jù)所述污染點,確定封閉區(qū)域,所述封閉區(qū)域為由相鄰的污染點連接形成的封閉區(qū)域。
24、進(jìn)一步地,所述污染點的確定,具體為:當(dāng)前坐標(biāo)位置的污染指數(shù)大于污染閾值,將當(dāng)前坐標(biāo)位置確定為污染點。
25、進(jìn)一步地,對多種修復(fù)策略進(jìn)行驗證,獲得最優(yōu)修復(fù)策略,具體包括以下步驟:
26、步驟s61,構(gòu)建水質(zhì)改善模型;
27、步驟s62,將人工魚礁的布局、人工魚礁的投放密度、魚類和底棲生物的種類組合、水生植物種植方案,輸入水質(zhì)改善模型,輸出修復(fù)策略對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù);
28、步驟s63,根據(jù)修復(fù)策略對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù),優(yōu)化修復(fù)策略,根據(jù)優(yōu)化修復(fù)策略,確定最優(yōu)修復(fù)策略。
29、進(jìn)一步地,構(gòu)建水質(zhì)改善模型,具體包括以下步驟:
30、步驟s611,獲取初始水質(zhì)參數(shù);
31、步驟s612,獲取目標(biāo)水域的污染物排放速率;
32、步驟s613,獲取目標(biāo)水域的污染物降解速率;
33、步驟s614,獲取目標(biāo)水域的污染物有效體積;
34、步驟s615,獲取目標(biāo)水域的污染物外部輸入速率;
35、步驟s616,根據(jù)初始水質(zhì)參數(shù)、污染物排放速率、污染物降解速率、污染物有效體積、污染物外部輸入速率,構(gòu)建水質(zhì)改善模型;水質(zhì)改善模型為公式組。
36、進(jìn)一步地,水質(zhì)改善模型的公式組為:
37、;
38、;
39、;
40、式中,代表第t個時間的水質(zhì)參數(shù),代表初始水質(zhì)參數(shù),代表第i種污染物排放速率,代表第i種污染物降解速率,代表第i種污染物有效體積,代表第個時間的水質(zhì)參數(shù),為時間t的積分變量,、、、、為模型參數(shù),代表第i種污染物從外部環(huán)境進(jìn)入水體的速率。
41、進(jìn)一步地,根據(jù)修復(fù)策略對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù),優(yōu)化修復(fù)策略,根據(jù)優(yōu)化修復(fù)策略,確定最優(yōu)修復(fù)策略,具體包括以下模塊:
42、步驟s631,計算每種修復(fù)策略對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)的減少百分比;
43、步驟s632,計算每種修復(fù)策略對應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)減少百分比的均值和標(biāo)準(zhǔn)差;
44、步驟s633,將最大均值、最小標(biāo)準(zhǔn)差的水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)的修復(fù)策略作為最優(yōu)修復(fù)策略。
45、本發(fā)明還提供了一種基于人工魚礁的水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng),用于執(zhí)行上述所述的一種基于人工魚礁的水生態(tài)修復(fù)方法,包括以下模塊:
46、地形數(shù)據(jù)獲取模塊:用于獲取目標(biāo)水域的地形數(shù)據(jù);
47、人工魚礁投放模塊:用于在目標(biāo)水域中投放不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁;
48、水質(zhì)參數(shù)獲取模塊:與人工魚礁投放模塊連接,用于對投放不同結(jié)構(gòu)人工魚礁的目標(biāo)水域進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測,獲取水質(zhì)參數(shù);
49、水流速度和水流方向檢測模塊:與人工魚礁投放模塊、水質(zhì)參數(shù)獲取模塊連接,用于根據(jù)水質(zhì)參數(shù),調(diào)整魚類和底棲生物的投放比例和數(shù)量;監(jiān)測不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁周圍的水流速度和水流方向;
50、污染區(qū)域識別與策略制定模塊:與地形數(shù)據(jù)獲取模塊、水質(zhì)參數(shù)獲取模塊、水流速度和水流方向檢測模塊連接,用于根據(jù)水質(zhì)參數(shù)、地形數(shù)據(jù)、水流速度、水流方向,分析目標(biāo)水域的空間異質(zhì)性,識別污染區(qū)域;為污染區(qū)域制定多種修復(fù)策略;
51、最優(yōu)修復(fù)策略獲得模塊:與污染區(qū)域識別與策略制定模塊連接,用于對多種修復(fù)策略進(jìn)行驗證,獲得最優(yōu)修復(fù)策略。
52、本發(fā)明實施例具有以下技術(shù)效果:
53、本發(fā)明通過向目標(biāo)水域投放不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁,并對人工魚礁周圍的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,根據(jù)水質(zhì)參數(shù),調(diào)整魚類和底棲生物的種類組合,監(jiān)測不同結(jié)構(gòu)的人工魚礁周圍的水流速度和水流方向,最后,根據(jù)水質(zhì)參數(shù)、地形數(shù)據(jù)、水流速度和水流方向識別污染區(qū)域,基于污染區(qū)域確定最優(yōu)修復(fù)策略。不僅能夠顯著改善水質(zhì),還能提高生物多樣性,優(yōu)化水流條件,精準(zhǔn)識別污染區(qū)域,確定最優(yōu)修復(fù)策略,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,是一種高效、可持續(xù)的水生態(tài)保護(hù)措施。