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水利工程对水环境生态影响基于综合指标的评价

2023-08-24 26 上传者：管理员

摘要：为了探讨水利工程对水环境生态健康状态的影响，文中详细评估了湖泊群生态环境的动态发展，并对评估结果采取层次分析法进一步分析湖泊水的生态健康程度，形成湖泊水生态系统健康评价指标体系，可为进一步完善湖泊水生态系统的动态监测机制，及时反映湖泊水的健康程度提供有益参考。文中结合湖泊水生态系统健康评价标准，通过分析典型调水工程将湖泊群连通前后各项指标的动态变化程度，综合评价调水工程的实施可行性，进一步评估人类水利工程的建设行为对湖泊水环境变化造成的影响。

关键词：
层次分析法
水利工程
水环境生态
湖泊群连通
综合性指标
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一、概述

水利工程在人类社会中扮演着至关重要的角色，它们不仅为人类社会提供了宝贵的水资源，还能够改善土地利用、提高农业生产力、防止水灾等多种功能。然而，水利工程建设过程中，由于过度开发、不合理规划等原因，也可能对水环境生态造成不可逆转的影响。因此，对水利工程对水环境生态的影响进行评价，既是维护生态平衡和可持续发展的需要，也是实现水资源高效利用和可持续利用的必要条件。综合指标评价方法是评价水利工程对水环境生态影响的有效手段，通过建立科学合理的评价指标体系，可以客观全面地反映水利工程建设对水环境生态系统的影响程度，为工程后期及类似工程相关治理措施提供科学依据。水是人类赖以生存和发展的必需品，人类的生产生活活动也会对水环境产生相应的影响。近年来，随着生态保护理念深入人心，湖泊水生态的健康越来越受重视。文中引用了湖泊生态系统健康概念，通过实例对水利工程建设前后湖泊水环境指标的动态发展进行监测，为保障湖泊生态健康提供指导。对于湖泊生态系健康评价研究主要根据湖泊生态系统的特征，对区域外部指标、环境要素指标和生态指标三个方面综合分析，运用多种学科理论研究与实地调查相结合，评价人类活动对该湖泊生态系统健康的影响，并对综合治理提出针对性的建议。

由于湖泊生态系统的复杂性以及人类认识的有限性。文中以生态系统概念为理论基础探讨了水利工程对水环境生态健康的影响，采用层次分析发筛选指标，建立完整且操作性强的评价指标体系。在此基础上，分析水利连通工程给湖泊生态系统带来的影响，可为工程后期及类似工程相关治理措施给出一定的借鉴。为了探讨水利工程对水环境生态健康状态的影响，文中还详细评估了湖泊群生态环境的动态发展，并对评估结果采取层次分析法进一步分析湖泊水的生态健康程度，形成湖泊水生态系统健康评价指标体系，可为进一步完善湖泊水生态系统的动态监测机制，及时反映湖泊水的健康程度提供有益参考。

二、湖泊群连通工程生态系统健康评价指标体系

1．湖泊群生态系统结构特征

如图1所示，湖泊群是指若干个大小不一的湖泊临近构成群湖，湖中及周边一定范围内存在的生物及非生物环境共同构成湖泊群生态系统，不同湖泊群生态系统存在不同结构特征，具体分为时间结构、空间结构和营养结构。

图1湖泊生态系统成分间营养结构关系图

2．初级指标的建立

在前人对生态系统评价指标体系建立经验基础上，文中采用如图2所示步骤初步建立评价指标体系。

图2初级评价指标体系流程图

根据图2所示初级评价指标体系建立流程构建本次研究所需初级指标体系，如图3所示。

图3初级指标体系

根据图3所示，文中旨在评估水利工程对生态环境的影响。为了建立科学的评价指标，我们将第二层分为准则层，并从湖泊生态组织结构和系统水平考虑。第三层和第四层是具体的评价指标，它们属于第三层的不同子分类别。

3．基于层次分析法的综合指标筛选

(1）对构造出的判断矩阵进行一致性检验，若矩阵通过一致性检验，则可继续进行下一步骤，否则需进行调整直至通过检验为止。

(2）根据一致性通过的判断矩阵，计算出各元素的权重值，确定各指标的权重比例。

(3）根据所选指标的权重比例和其在各层次的得分，计算得出各指标的综合得分，并按照得分从高到低的顺序进行排序，筛选出综合得分最高的指标作为最终的评价指标。：

式中：λmax为最大特征根；W为特征向量；CI为一致性指标；RI为平均随机一致性指标。CR为一致性指标；n为数量。

(4）选取指标取舍权数，依据前三步计算的各个指标权重数进行指标筛选。

三、基于层次分析法的水利工程生态系统健康评价

1．工程概况

某湖地处一直以来作为防洪、水质和调控等起到了主要功能作用。此外，其基础建设为周边及调水地区生产生活用水提供了重要保障。但近年来水利工程建设对其自身水环境也产生了重要影响。

2．指标体系的确定

通过层次分析法筛选生态能质、结构生态能质、生态缓冲容量作为该湖系统水平上的指标。对于第四层次，经专家打分后的判断矩阵如表1所示

表1指标体系判断矩阵表

经过计算，判断矩阵的最大特征值为5.3215，此时一致性比率（CR）为0.0787，小于0.1，说明判断矩阵具有较好的一致性。

此外，根据第四层指标的排序结果，其中一个指标的相对权重为0.0677，小于指标取舍权数0.1，因此可以将其舍去。

对于第三层，采用同样的方法得到单排序C5和C7的权重小于0.1，舍去。

根据上述层次分析法筛选的指标，确定如下表2所示健康评价指标体系。依据确立的评价指标体系，结合各个指标度量方法进行数据采集监测。

表2生态系统健康评价指标体系

3．数据分析及评价

水利工程建设导致湖泊生态系统重组，生态指标也会相应发生变化，基于监测数据，采用层次分析法，得出营养状态变化指标变化曲线如图4。

(1）营养状态指数变化分析

图4营养状态指数变化曲线下载原图

根据图4的显示，在水利工程建设期间，营养状态指数（TSI）于2009年7月出现突然增长，达到超过60的水平，这说明湖泊处于中度富营养化状态。然而，到了2009年11月，TSI值下降到60以下（57.7789），并且随后的变化趋势与湖泊连通前的情况类似。虽然各月的TSI值总体上比连通前略微减小，但是总体上来看，湖泊连通没有让富营养化水平降低，但也没有让其更加严重。从TSI的变化曲线来看，湖泊连通可以使TSI值减小，这有助于湖泊水质的改善。

(2）生态能质与结构生态能质变化分析

根据以上分析，可以得出结论：水利工程建设完成后湖泊群连通工程对湖泊群生态系统具有积极的影响，有利于湖泊群生态系统的健康发展和维持。通过系统能量输入量和营养物质循环容量的增加，物质循环变快，系统活力提高，生态系统的复杂性提高了，同时湖泊内物种间的相互作用加强，生态系统的稳定性提高了。虽然湖泊连通工程没有显著改变及其子湖营养状态水平，但让TSI值有所减小，这有利于湖泊水体净化，使湖泊群生态系统朝着良好状态循环发展。因此，水利工程建设完成后湖泊群连通工程是一项有效的生态工程措施，有望在其他地区推广应用。

四、结论

文中基于生态系统概念，对水利工程对水环境生态健康的影响进行了探讨，并建立了完整且操作性强的评价指标体系，以某湖水网连通工程为例，采用直接测量法计算相关指标并对比水利工程连通前后的变化情况，分析了水利连通工程对湖泊生态系统的影响，为工程后期及类似工程相关治理措施提供了一定的借鉴价值。由于湖泊生态系统的复杂性和人类知识的有限性，目前计算出的仅仅是基于人类知晓的基因水平上的生态指标值。因此，为了更加精确地进行生态健康的评价，需要对湖泊生态学理论进行更加全面深入的研究。

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