湖泊生态系统健康评价数据处理方法

②H: Shannon-Wiener 指数（无量纲），即生物 多样性指数，用于衡量湖泊生态系统的复杂性和 层次性，是表征湖泊生态系统完整性的综合指标。 本文按照实测的底栖动物的数量，计算ShannonWeiner生物多样性指数，计算公式如下：
式中：s为物种数；ni为第i种物种的数量，N为 物种的总数量。
式中，为第j种参数与基准参数叶绿素a的相关 系数；m为评价参数的个数。中国湖泊的叶绿 素a与其它参数之间的相关关系及
Fra Baidu bibliotek参数
Chla 1 1
TP 0.84
TN 0.82
SD -0.83
CODMn 0.83
0.7056 0.6724 0.6889 0.6889
注：引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中来源于中国26个主要湖泊调查 数据的计算结果。
原则： ①系统性原则,能够反映湖泊生态系统健康的整 体情况 ②可操性原则,所选指标必须简明、实用且灵 敏。 ③规范性原则,所选指标的概念定义、监测获得 方法必须做到统一规范。
鲁湖生态系统健康评价指标选择如下：
稳定性指标
TLI(∑)
鲁湖生态系统 健康评价指标
完整性指标
H DO
功能性指标
Exst
鲁湖生态系统健康评价
—熵权综合健康指数法
参考自： 《基于支持向量机的湖泊生态系统健康评价研究》 ——毕温凯
评价模型
湖泊生态系统是一个涵盖内、外因素的综 合体。生态系统健康应包含两方面内涵: 满足 人类社会合理需求的能力和生态系统本身自我 维持与更新的能力。 决定湖泊生态系统的健康与否的因素有内在 因素也有外在因素，内在因素为系统自身维持 能力和抵抗里的强弱，外在驱动力包括自然干 扰和人为干扰。 评价是否正确的关键在于评价指标的建立、 指标权重的确定和评价方法的选用。
式中 qij为归一化处理后的评价样本 i 的 j 指标， Cij为对应原指标，Cjmin为监测样本中 j 的最小值， Cjmax为监测样本中 j 的最大值。
利用以下公式计算第 i 项指标的焓值 Hi：
由此得到各个指标的权重Wi。
然后，就可以得到综合健康指数，根据 指数来评价湖泊生态系统的健康状况。
1、评价指标体系的建立
(1)评价指标的结构组成 （a）人类、社会和经济层 （b）湖泊自身层 稳定性指标：指湖泊的理化性质达标 完整性指标：指湖泊内部结构完整，主要体现 在湖泊内部生物结构复杂多样 功能性指标：指系统的物质循环、能量和信息 流动的完整，受突发的自然或人为扰动后具有恢复 力，有活力。
(2)评价指标筛选
(1)综合健康指数 建立一个综合健康指数，来定量地评价湖泊生 态系统的健康状态它在0-1之间取值，其值为0 时 代表健康状态最差，为1 时代表健康状态最好。为 了更清楚地描述健康状态，将CHI 值划分为5个区 间：0-0.2；0.2-0.4；0.4-0.6；0.6-0.8；0.8-1.0， 它们分别对应着很差、差、中等、好、很好共5个 健康状态。综合健康指数的计算公式如下：

(3)确定指标权重
设有 n 个评价样本，m 个评价指标特征值， 则可以构成样本指标特征值矩阵 C，其中 C 为 m×n 的矩阵，矩阵中 Cij （i=1，2，…，n， j=1，2，…，m）代表第 i 个样本的第 j 个指标 的特征值。
对矩阵 C 中指标进行归一化处理，得到判断矩阵 Q，对于正向指标（指标值越大越好）和逆向指标 （指标值越小越好）分别采用以下公式：
所对应的湖泊生态系统结构的组织性和 稳定性越理想越。能质结构的计算公式 如下:
式中，Ci为第 i 种生物的生物量（mg/L），为 总生物量（mg/L），为对应权重，浮游植物、 浮游动物和底栖生物分别取3.4、36.8和36.8
结合鲁湖生态系统的特点，选用综合健康 指数法(CHI)进行鲁湖生态系统健康评价。
式中,m为评价指标的个数；Wi为指标i的权值；Ii 为指标i的归一化值。 (2)计算各指标的归一化值 指标归一化时，取序列中各指标的相对最佳值为 1，其余值则以其与最佳值的比值或比值的倒数作为 归一化后的值。若各指标中的最大值为相对最佳值， 则其余值与最大值的比值作为其归一化后的值；若 各指标中的最小值为相对最佳值，则其余值与最小 值的比值的倒数作为其归一化后的值。
指标意义

①TLI(∑): 综合营养状态指数（无量纲），复 合型指标，用于评价湖泊富营养化水平，反映 湖泊营养状况。
式中,TLI(∑)表示综合营养状态指数； TLI(j)代表第j种参数的营养状态指数；Wj为 第j种参数的营养状态指数的相关权重。

以叶绿素a为基准参数，则第j种参数的归一化 的相关权重计算公式为：
③DO：溶解氧（mg/L），溶解在水中的氧称为溶 解氧，溶解氧以分子状态存在于水中，是评价水质 的重要指标之一。 ④Exst：结构能质（J/mg），生态系统单位有机质 和生物量所含的能量，独立于湖泊生态系统的营养 水平，表征湖泊生态系统利用环境资源的能力，反 映湖泊生态系统结构的组织性和稳定性。一般而言， 结构能质的数值越大，其所对应的生态系统复杂基 因的物种比重越大，