(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211299478.X (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 水利部交通 运输部国家能源局南京 水利科学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区华侨街 道广州路2 23号 (72)发明人 戴江玉　吴时强　吴修锋　张宇　 高昂　徐佳怡　薛万云　王芳芳　 杨倩倩　孙晨光　孙诗游　 (74)专利代理 机构 北京中先生知识产权代理事 务所(普通 合伙) 16063 专利代理师 窦贤宇 (51)Int.Cl. G06F 16/9537(2019.01) G06F 16/29(2019.01)G06F 16/2458(2019.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 小水电生态影响监测评估方法与系统 (57)摘要 本发明公开了一种小水电生态影响监测评 估方法与系统， 该方法包括构建研究区域的水系 分布拓扑图， 采用图神经网络计算小水电站对水 系连通性的影 响数值， 基于遥感反演图和水系各 站点长序列数据分析水系分布拓扑图中各个小 水电站节 点的减脱水河段数量及时空分布； 统计 分析水系中不同水情期各河流的水文分布特征 及变化过程； 筛选小水电站开发响应敏感的监测 指标； 构建小水电站生态影响评估方法集合； 采 用研究数据对小水电站生态水动力模型进行率 定； 最后采用小水电站生态影 响评估方法进行评 估， 给出决策结果。 本发明通过对小水电的水系 连通性进行研究， 并在此基础上揭示小水电开发 与运行方式对河流水文与生态的影 响机制， 提高 了监测评估的准确性。 权利要求书3页 说明书9页 附图8页 CN 115374376 A 2022.11.22 CN 115374376 A 1.小水电生态影响监测评估方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 采集研究区域的研究数据， 所述研究数据包括GIS数据、 水系数据、 小水电站数 据、 水文数据和生态数据； 步骤S2、 基于所述GIS数据、 水系数据和小水电站数据， 构建研究区域的水系分布拓扑 图， 采用图神经网络计算小水电站对水系 连通性的影响数值， 基于遥感反演图和水系 各站 点长序列数据分析 水系分布拓扑图中各个小水电站 节点的减脱水河段 数量及时空分布； 步骤S3、 读取水文数据， 统计分析水系中不同水情期各河流的水文分布特征及变化过 程， 并采用水文模拟方法模拟相同水文条件下， 不同开发 强度下的水文情势变化过程； 步骤S4、 读取生态数据， 并筛选小水电站开发响应敏感的监测指标； 构建小水电站生态 影响评估方法集 合； 步骤S5、 构建基于水文生物响应关系的贝叶斯定量模型、 水动力模型和小水电生态水 动力模型， 采用研究数据对小水电站生态水动力模型进行率定； 构建研究区域的问题情景 集和解决方案集合， 采用上述生态水动力模型进行模拟， 并采用小水电站生态影响评估方 法进行评估， 给 出决策结果。 2.如权利要求1所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S1进一步 为： 步骤S11、 选取研究区域并提取水系分布， 并以研究区域内各个水系的分水线为研究区 域的边缘线； 步骤S12、 依序读取研究区域各个站点的研究数据。 3.如权利要求2所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S2进一步 为： 步骤S21、 读取GIS数据、 水系数据和小水电站数据， 基于小水电站的位置将水系中各条 河流的分成预定数量的河段， 构建具有高程信息的水系拓扑图； 步骤S22、 构建图神经网络， 并采用图神经网络计算小水电站对水系连通性的影响， 构 建加权邻接矩阵和河道节点水流通畅度矩阵， 计算河道节点间的水流阻力、 河道节点间水 流通畅度和河网加权连通 性； 步骤S23、 读取研究区域各个河段每一时期的遥感反演图， 查找减脱水河段， 并针对每 一减脱水河段， 获取包括 位置、 面积和持续时间在内的减脱水 数据； 步骤S24、 获取研究区域各个站点每一时期的长序列数据， 获取减脱水河段包括位置、 面积和持续时间在内的减脱水 数据； 步骤S25、 分析从遥感反演图和长序列数据获取的减脱水河段数据的一致性； 若一致性 符合要求， 则进入下一 步； 步骤S26、 构建小水电站与河段减脱水的关联模型， 采集研究数据作为输入， 计算每一 小水电站与其上 下游河段减脱水的关联性。 4.如权利要求3所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S26进一 步为： 步骤S26a、 读取预存储的各个河段上每一站点的长序列数据， 按照时序计算各个河段 上小水电站的工作周期； 步骤S26b、 构建小水电站与河段减脱水的关联模型， 计算减脱水河段的面积和 持续时权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374376 A 2间与小水电站位置和工作周期的关系； 步骤S26c、 在每一泄水周期， 根据河段上下两端 的高程差、 径流量和流速， 计算河段上 游减脱水河段 的起始时间和持续时间， 并与上述关联模型得到的结果进行比较， 若符合预 期， 则判定当前的关联性符合要求。 5.如权利要求 4所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特 征在于， 还 包括： 步骤S27、 从研究区域的下游出发， 依序分析水系分布拓扑图上每一河段减脱水数据与 位于其上游各个小水电站的关联性， 计算上游各个小 水电站对下游各个减脱 水河段的时空 累加数据。 6.如权利要求5所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S3进一步 为： 步骤S31、 读取水系分布拓扑图中各个站点的水文数据， 针对每一站点， 获取该站点上 游建设小水电站之前 的水文数据， 以及建设小水电站之后的水文数据， 分析统计不同时期 的水文分布特征， 并计算差值， 作为第一影响量； 通过构建水文 预测模型计算不建设小水电 站时的水文数据， 并与建 设小水电站之后的水文数据做差， 得到第二影响量； 步骤S32、 比较第一影响量和第二影响量， 判断是否存在其他影响因素， 若存在其他影 响因素， 将第一影响量和第二影响量的差值作为第三影响量； 步骤S33、 依序计算上游各个小水电站的水文数据， 并设置各个小水电站的不同开发强 度， 计算在各个开发 强度下的水文数据， 形成数据集， 并基于数据集绘制水文情势变化图； 步骤S34、 基于各个站点的数据， 基于站点之间的拓扑关系， 计算小水电站耦合效应在 水文数据上的积累。 7.如权利要求6所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S4进一步 为： 步骤S41、 读取生态数据并按照水系分布拓扑图中个各个站点的位置与监测点位之间 的距离， 计算河段 敏感生物的平均迁移 距离和迁移速度； 步骤S42、 从河段生物群 中筛选敏感生物的监测点， 优化敏感生物的类型和监测点布设 位置和监测频率； 步骤S43、 基于优化后的敏感生物类型， 构建河段开发响应的敏感生物的监测指标； 步骤S44、 结合水系分布拓扑图、 小水电站对水系连通的影响和敏感生物的迁移速度， 计算各个站点中敏感生物的时空滞后系数。 8.如权利要求7所述的小水电生态影响监测评估方法， 其特征在于， 所述步骤S44进一 步为： 步骤S44a、 依照水系分布拓扑图， 从上游依序统计河段生物群中的各敏感生物的自然 迁移范围和迁移速度， 并基于小水电站对水系连通的影响， 给予迁移速度赋予权 重； 步骤S44b、 读取敏感生物迁移范围内各个小水电站的工作周期， 为敏感生物设定迁移 时间间隙， 读取迁移速度和对应的权 重， 得到平均迁移速度； 步骤S44c、 给予平均迁移速度和迁移时间 间隙， 估算敏感生物的实际迁移范围； 步骤S44d、 给予实际迁移范围和迁移时间间隙， 结合小水电站上下游的站点的数据， 计 算各个站点中敏感生物的时间滞后系数和空间滞后系数。 9.一种小水电生态影响监测评估系统， 其特 征在于， 包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374376 A 3