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。