[发明专利]山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统

说明书

本发明提供的山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；基于复杂网络模型构建指标体系；利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。该系统能够利用复杂网络进行山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析，准确性高。

技术领域

本发明属于山地流域梯级水电开发技术领域，具体涉及山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统。

背景技术

山地流域是指山地型河流的集水区域，或是流域被包含于山地区域的部分。我国山地流域生物和水资源都高度丰富，随着社会经济的发展，对水资源的开发利用达到空前的规模。水电梯级开发获取清洁能源推动基础设施和城镇化的建设，促进了流域社会经济发展，但也使流域水系“原生状态”消失，取而代之是一系列由大坝拦截蓄水形成河流—水库串联交错的结构，破坏自然水系连续性与连通性，显著改变流域水系网络结构以及水系生态过程。

国内外学者对流域开发的研究早期从地理学、水力学和工程学等关注流域水资源开发利用及重大基础设施建设，逐渐向社会学、生态学和城乡规划学等多学科拓展，开始关注流域开发与社会结构变迁产生的矛盾、对生态环境的影响以及人居环境和城镇发展模式等问题。研究发现，山地流域水电梯级开发与水系生态过程是一对由系列结构功能要素交互作用形成的复合体。水系生态过程是一个复杂的动态过程，水电梯级开发使得流域水系生态过程形态特征、水文过程、水温、水质、生物多样性保护和生态服务功能等都发生了改变，学者也相应从物理形态改变、化学物质循环及生物要素演变等方面进行探讨。而电站闸坝建设所产生的直接影响是将水系阻隔成若干相对独立的区段，改变了水系最主要的自然特性，使得水系连通性发生变化，从而导致物质能量的交换及运行规律受阻。相关学者们从环境问题与经济效益对立统一的理论视角，在能量流、生物物理量和系统理论支持下构建了能值分析、生态足迹和压力-状态-响应(PSR)等一系列技术方法，尝试分析评价这个动态复杂过程的基本特征，发现内在耦合规律。但对于指标因子选取、指标体系构建及指标权重的确定仍有很大的主观性，致使结果的客观性和准确性不高。

为客观直接地反映梯级水电开发对流域水系生态过程的影响，尝试用复杂网络方法分析山地流域水系网络结构拓扑关系变化并对其进行量化表征。流域水系本身是一个远离平衡态的、开放的、自组织的复杂系统，复杂网络(Complex Network)是一种用来描述自然、社会以及工程技术中互相关联的理论，作为研究复杂系统的理论工具。目前运用复杂网络对流域的分析侧重于研究流域水系的动力学内在现象和机制以及对水利水电工程设施节点重要性进行评价研究。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，能够利用复杂网络进行山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析，准确性高。

一种山地流域水系生态过程与水电梯级开发的耦合分析系统，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，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指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：

根据河流从高地势流向低地势的自然属性作为建模原理构建复杂网络模型；

设置待分析流域水系中源头与交汇点或交汇点与交汇点之间的河段为节点，设置待分析流域水系中水系流向为连接各节点的边；

基于复杂网络模型构建指标体系；

利用所述指标体系构建耦合协调指标，对待分析流域水系的生态过程与水电梯级开发的进行耦合分析。

优选地，所述构建复杂网络模型具体包括：