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专利号: 2020104005090
申请人: 沈阳建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,包括下述步骤:步骤1:构建具有功能差异性的水生态环境承载力评估指标库

其中, 为第i类职能的第j个水生态环境承载力评估

指标,m为流域控制单元的职能类型总数,m=3,第1、2、3类职能分别为城市型、工业型、农业型,ni为第i类职能的水生态环境承载力评估指标总数;

步骤2:构建具有功能差异性的水生态环境承载力监测指标库

其中, 为评估指标 的第k个监测指

标,由监测指标 能够计算得到评估指标 nij为评估指标 的监

测指标总数;

步骤3:构建具有功能差异性的特征因子库 其中,

为第i类职能的第l个特征因子,Li为第i类职能的特征因子总数;

步骤4:对待评估流域控制单元进行职能类型划分:

步骤4.1:采集待评估流域控制单元集合U={ur|r=1,2,...,R}中每个待评估流域控制单元ur的特征因子数据集 其中,ur为第r个待评估流域控制单元,R为待评估流域控制单元总数,集合{ur|r=1,2,...,R}中的各个待评估流域控制单元为同一个流域在同一个城市的控制单元, 为待评估流域控制单元ur的特征因子的值;

步骤4.2:利用熵权法对特征因子 赋予权重

步骤4 .2.1:对待评估流域控制单元ur的第i类职能的特征因子数据集

进行标准化处理,得到标准化处理后的特征因子数据集

其中, ε为

变换幅度;

步骤4.2.2:对标准化处理后的特征因子数据集 进行归一化处理,得到归一化处理后的特征因子数据集 其中,步骤4.2.3:计算特征因子 的熵值为

步骤4.2.4:计算特征因子 的权重为

r

步骤4.3:从特征因子数据集X 中保留 的特征因子,剔除其他特征因子,

利用与步骤4.2中相同的方法对剩余的特征因子构成的数据集中的特征因子重新赋予权重,重复剔除操作与重新赋予权重操作,直至所有的特征因子的权重均在(0.01,0.9)内,得r到剩余的特征因子构成的数据集 其中, 为数据集Y

r

中第i类职能的第l个特征因子值,Li'为数据集Y中第i类职能的特征因子总数,给特征因子值 对应的特征因子 赋予的权重为步骤4.4:计算待评估流域控制单元ur的第i类职能的特征分数为

其中, 为 的标准化处理后又归一化处理得到的值;

步骤4.5:取 中最大特征分数对应的职能类型作为待评估流域控制单元ur

的职能类型;

步骤5:对待评估流域控制单元进行承载力评估:

步骤5.1:根据步骤4中的职能类型划分结果,对待评估流域控制单元集合U中的待评估流域控制单元进行归类,得到第t类职能的待评估流域控制单元集合Ut={uts|s=1,2,...,St};其中,t=1,2,...,m,uts为集合Ut中的第s个待评估流域控制单元,St集合Ut中的待评估流域控制单元总数,U1∪U2∪U3=U;

步骤5.2:对待评估流域控制单元uts的各监测指标进行监测,得到待评估流域控制单元uts的水生态环境承载力监测指标数据集其中, 为待评估流域控制单元uts的监测指标 的值;

步骤5.3:由监测指标值 计算得到评估指标值 得到待评估

流域控制单元uts的水生态环境承载力评估指标数据集

步骤5.4:利用熵权法对第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 赋予权重步骤5.4.1:对待评估流域控制单元uts的第i类职能的水生态环境承载力评估指标数据集 进行标准化处理,得到标准化处理后的水生态环境承载力评估指标数据集 其中,

步骤5.4.2:对标准化处理后的水生态环境承载力评估指标数据集 进行归一化处理,得到归一化处理后的水生态环境承载力评估指标数据集 其中,

步骤5.4.3:计算第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 的熵值为步骤5.4.4:计算第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 的权重为步骤5.5:计算待评估流域控制单元uts的承载力指标为步骤5.6:根据承载力指标对待评估流域控制单元的承载力等级进行评估。

2.根据权利要求1所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤1包括下述步骤:步骤1.1:构建初始评估指标库:收集最近10年内中国知网上水生态环境承载力评估领域被引量大于预设被引量的文献作为有效文献,提取有效文献在水生态环境承载力评估过程中用到的使用频度大于预设使用频度的评估指标构成初始评估指标库;

步骤1.2:利用DPRS模型分析法将初始评估指标库中的评估指标分为驱动力层、压力层、状态层、响应层;

步骤1.3:完善评估指标库:对初始评估指标库中每一层的水生态环境承载力评估指标进行筛选,留存我国当前水环境相关的国家标准、行业标准、考评活动文献、科研项目报告中出现的水生态环境承载力评估指标,构成完善后的评估指标库;

步骤1.4:从完善后的评估指标库中筛选出符合第i类职能特征的评估指标构成第i类职能的水生态环境承载力评估指标库 得到具有功能差异性的水生态环境承载力评估指标库

3.根据权利要求1所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤1中,第1类职能的水生态环境承载力评估指标库 包括驱动力层的人口密度、单位国土面积经济强度、人均GDP、第二产业占GDP比重、第三产业占GDP比重、城镇居民年人均可支配收入,压力层的人均生活用水量、人均生活废水排放量、单位GDP用水量、建设用地比例,状态层的水环境容量利用率、地下水超采率、水资源开发利用率、水功能区水质达标率、林草植被覆盖率,响应层的城镇污水集中处理率、城市再生水利用率、污水治理投资占GDP比例;第2类职能的水生态环境承载力评估指标库包括驱动力层的单位国土面积经济强度、GDP增长率、第二产业占GDP比重、第三产业占GDP比重、重点污染工业行业比重,压力层的单位GDP用水量、单位工业产值用水量、单位工业产值废水排放量、单位工业产值COD排放量、单位工业产值氨氮排放量、单位工业产值总氮排放量、单位工业产值总磷排放量、建设用地比例,状态层的水环境容量利用率、地下水超采率、水资源开发利用率、水功能区水质达标率、鱼类完整性指数、大型底栖无脊椎动物完整性指数,响应层的工业废水处理率、工业用水重复利用率、工业废水排放达标率、污水治理投资占GDP比例;第3类职能的水生态环境承载力评估指标库包括驱动力层的人口密度、人均GDP、农民人均年纯收入、第一产业占GDP比重,压力层的人均生活用水量、人均生活废水排放量、单位GDP用水量、单位面积灌溉用水量、农业面源污染物排放量、畜禽养殖污染物排放量、单位耕地面积化肥折纯量、单位面积综合牲畜量、水产养殖面积比重、耕地比例、建设用地比例,状态层的生态需水保证率、水环境容量利用率、地下水超采率、水资源开发利用率、水功能区水质达标率、湖库富营养化指数、林草植被覆盖率、鱼类完整性指数、大型底栖无脊椎动物完整性指数,响应层的农村生活污水处理率、污水治理投资占GDP比例;所述第2类职能的水生态环境承载力评估指标库中的水环境容量利用率及第3类职能的水生态环境承载力评估指标库中的水环境容量利用率均包括COD水环境容量利用率和氨氮水环境容量利用率。

4.根据权利要求3所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤2中,第1类职能的水生态环境承载力评估指标库 中,人口密度的监

测指标包括人口总量、行政区面积,单位国土面积经济强度的监测指标包括地区生产总值、行政区面积,人均GDP的监测指标包括地区生产总值、人口总量,第二产业占GDP比重的监测指标包括第二产业产值、地区生产总值,第三产业占GDP比重的监测指标包括第三产业产值、地区生产总值,城镇居民年人均可支配收入的监测指标包括城镇居民年总可支配收入、城镇人口总数,人均生活用水量的监测指标包括人均生活用水量,人均生活废水排放量的监测指标包括人均生活废水排放量,单位GDP用水量的监测指标包括用水总量、地区生产总值,建设用地比例的监测指标包括区域建设用地面积、区域总面积,水环境容量利用率的监测指标包括水环境容量利用率,地下水超采率的监测指标包括地下水开采量、地下水可开采量,水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、区域水资源总量,水功能区水质达标率的监测指标包括水功能区水质达标率,林草植被覆盖率的监测指标包括区域植被面积、区域总面积,城镇污水集中处理率的监测指标包括污水处理厂处理的城镇污水量、城镇生活污水排放量,城市再生水利用率的监测指标包括中水回用量、污水处理量,污水治理投资占GDP比例的监测指标包括污水治理投资占GDP比例;

第2类职能的水生态环境承载力评估指标库 中,单位国土面积

经济强度的监测指标包括地区生产总值、行政区面积,GDP增长率的监测指标包括GDP增长率,第二产业占GDP比重的监测指标包括第二产业产值、地区生产总值,第三产业占GDP比重的监测指标包括第三产业产值、地区生产总值,重点污染工业行业比重的监测指标包括排污量80%以上的工业行业产值、工业总产值,单位GDP用水量的监测指标包括区域用水总量、地区生产总值,单位工业产值用水量的监测指标包括工业用水量、工业总产值,单位工业产值废水排放量的监测指标包括工业废水排放量、工业总产值,单位工业产值COD排放量的监测指标包括工业COD排放量、工业总产值,单位工业产值氨氮排放量的监测指标包括工业氨氮排放量、工业总产值,单位工业产值总氮排放量的监测指标包括工业总氮排放量、工业总产值,单位工业产值总磷排放量的监测指标包括工业总磷排放量、工业总产值,建设用地比例的监测指标包括建设用地面积、区域总面积,COD水环境容量利用率的监测指标包括COD入河量、水环境容量,氨氮水环境容量利用率的监测指标包括氨氮入河量、水环境容量,水环境容量利用率的监测指标包括污染物入河量、水环境容量,地下水超采率的监测指标包括地下水开采量、地下水可开采量,水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、区域水资源总量,水功能区水质达标率的监测指标包括水功能区水质达标率,鱼类完整性指数的监测指标包括鱼类栖息地面积、鱼类理想栖息地面积、鱼类栖息地面积满足率,大型底栖无脊椎动物完整性指数的监测指标包括水温、电导率、溶解氧浓度、pH、总溶解颗粒物浓度、饱和度DO%、盐度、总氮浓度、总磷浓度、氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、悬浮物浓度、高锰酸盐指数、总有机碳浓度、硬度、生物种类与物种丰富度,工业废水处理率的监测指标包括工业废水处理量、工业废水产生量,工业用水重复利用率的监测指标包括工业重复用水量、工业用水总量,工业废水排放达标率的监测指标包括工业废水达标排放量、工业废水排放总量,污水治理投资占GDP比例的监测指标包括污水治理投资占GDP比例;

第3类职能的水生态环境承载力评估指标库 中,人口密度的监

测指标包括人口总量、行政区面积,人均GDP的监测指标包括地区生产总值、人口总量,农民人均年纯收入的监测指标包括农民人均年纯收入,第一产业占GDP比重的监测指标包括第一产业产值、地区生产总值,人均生活用水量的监测指标包括人均生活用水量,人均生活废水排放量的监测指标包括生活污水排放量、人口总量,单位GDP用水量的监测指标包括区域用水总量、地区生产总值,单位面积灌溉用水量的监测指标包括区域灌溉用水总量、耕地面积,农业面源污染物排放量的监测指标包括农业生产和农村生活产生的污染物排放量,畜禽养殖污染物排放量的监测指标包括畜禽养殖场产生的污染物排放量,单位耕地面积化肥折纯量的监测指标包括单位耕地面积化肥折纯量,单位面积综合牲畜量的监测指标包括年末大牲畜、猪、羊存栏数、区域总面积,水产养殖面积比重的监测指标包括用于水产养殖的水面面积、总水面面积,耕地比例的监测指标包括耕地面积、区域总面积,建设用地比例的监测指标包括建设用地面积、区域总面积,生态需水保证率的监测指标包括生态用水量、生态需水量,COD水环境容量利用率的监测指标包括COD入河量、水环境容量,氨氮水环境容量利用率的监测指标包括氨氮入河量、水环境容量,水环境容量利用率的监测指标包括污染物入河量、水环境容量,地下水超采率的监测指标包括地下水开采量、地下水可开采量,水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、区域水资源总量,水功能区水质达标率的监测指标包括水功能区水质达标率,湖库富营养化指数的监测指标包括湖库中总含磷量、湖库中总含氮量、湖库中叶绿素a含量,林草植被覆盖率的监测指标包括区域植被面积、区域总面积,鱼类完整性指数的监测指标包括鱼类栖息地面积、鱼类理想栖息地面积、鱼类栖息地面积满足率,大型底栖无脊椎动物完整性指数的监测指标包括水温、电导率、溶解氧浓度、pH、总溶解颗粒物浓度、饱和度DO%、盐度、总氮浓度、总磷浓度、氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、悬浮物浓度、高锰酸盐指数、总有机碳浓度、硬度、生物种类与物种丰富度,农村生活污水处理率的监测指标包括农村生活污水处理量、农村生活污水排放量,污水治理投资占GDP比例的监测指标包污水设施投资、污水处理费用。

5.根据权利要求1所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤2中,还根据监测指标的数据来源,将监测指标划分为年鉴检索类、监督调查类、监测计算类、抽样调查计算类。

6.根据权利要求1所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤3中,第1类职能的特征因子库 包括区域城镇化率、区域第三产值占比、社会消费品零售总额贡献率、区属公共图书馆图书总藏量贡献率、医疗卫生机构技术人员数贡献率、区域体育场馆和剧场及影院数贡献率;第2类职能的特征因子库包括工业企业数贡献率、工业企业从业人员年平均人数贡献率、工业产值贡献率、工业产值占比、工业SO2排放量贡献率;第3类职能的特征因子库包括第一产业产值占比、农林牧业使用面积占所在区域面积比例、单位区域面积粮食产量率、粮食产量贡献率、农药使用量即折纯量占比。

7.根据权利要求1所述的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法,其特征在于,所述步骤5.6具体包括:ts

若0<W ≤0.2,则待评估流域控制单元uts的承载力弱;

ts

若0.2<W ≤0.4,则待评估流域控制单元uts的承载力较弱;

ts

若0.4<W ≤0.6,则待评估流域控制单元uts的承载力适中;

ts

若0.6<W ≤0.8,则待评估流域控制单元uts的承载力较强;

ts

若0.8<W <1,则待评估流域控制单元uts的承载力强。