一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法

技术领域

本申请涉及生态环境影响技术领域，特别涉及一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法。

背景技术

随着航运业的发展，近年来船舶运输日益繁忙，湖泊也开始兼具航运功能。长江中下游湖泊不仅具有水源涵养、气候调节、洪水调蓄、休闲娱乐等功能，也是候鸟的重要越冬地和迁徙地，具有生物多样性维持的重要作用。因此，船舶通航对长江中下游湖泊越冬水鸟行为的影响受到广泛关注。目前，关于船舶噪声识别的研究较多，但关于通航对动物特别是越冬水鸟行为影响的研究较少。

公开号为CN111990317A的中国专利申请公开了一种模拟船舶及水运工程水下噪声振动对鱼类影响的试验方法，该方法采用振动发声装置模拟船舶噪声及打桩等水运工程建设的水下噪声振动，并传导至鱼类养殖水箱，观察和分析鱼类受噪声振动影响的类型和程度。

公开号为CN113207743A的中国专利申请公开了噪声对距声源一定距离处野生动物行为影响的试验方法，通过采集设备录制目标噪声源噪声并用音响设备向野生动物播放录制的噪声，观测并记录野生动物对噪声的行为反应。以上专利虽然都模拟了船舶噪声对动物的影响，但未考虑船舶具体通航工况情况下水位抬升对野生动物的行为影响。

公开号为CN116539008A的中国专利公开了一种基于船舶噪声对水鸟影响的湖泊通航范围确定方法，通过船舶噪声模拟试验确定船舶噪声对典型越冬水鸟的影响距离，然后结合通航工况获取通航情况下水位状况，基于通航水位对应的湿地类型分类结果确定越冬水鸟的适宜生境分布范围，进一步划定湖泊通航范围。该专利虽然考虑了通航工况下的湿地类型分类结果，但主要是通过船舶噪声模拟试验确定船舶噪声对典型越冬水鸟的影响距离，进而确定适宜通航范围，无法直接判断通航情况下水位抬升及通航实际工况复合情景对候鸟越冬期水鸟的实际影响。

候鸟越冬期通航实际影响是判断船舶是否适宜在候鸟越冬期通航的重要科学依据，但由于通航前水位条件往往未达到通航后水位工况，基于现状水位的通航模拟试验往往忽视了水位抬升造成的候鸟越冬期水鸟适宜生境范围的变化，因此也无法准确揭示通航情况下水位抬升及通航实际工况复合情景对越冬期水鸟的实际影响。因此，如何在通航模拟试验的同时，考虑通航情况下水位抬升对水鸟适宜生境的复合影响，是需要解决的关键技术难点。

发明内容

本申请的目的在于提供一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，综合考虑船舶通航工况和通航工况下水位对应的适宜生境分布范围，通过通航工况原位试验和水位抬升适宜生境模拟试验，确定船舶通航和候鸟越冬期水位抬升复合情景下船舶通航对越冬水鸟行为的影响。本发明可以为候鸟越冬期水位抬升影响情景下，湖泊是否适宜通航提供判断依据。

本发明实现目的所采用的技术方案为：一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，包括以下步骤：

S1. 获取船舶拟通航工况对应的水位条件，利用遥感解译获取水位接近通航水位对应的湿地类型分类结果，基于湿地类型分类结果确定适宜生境分布范围并确定靠近通航方向的边界范围；

S2. 利用ArcGIS软件叠加湖泊航道与适宜生境范围，用ArcGIS软件测量航道与适宜生境边界范围的最近距离，同时获取航道和边界范围沿线的多个经纬度坐标；

S3. 利用GPS导航根据步骤S2确定的经纬度坐标进一步确定航道中心区域及靠近中心区域的边界范围的具体位置，并在边界范围进行标记；

S4. 根据工程航行方案，确定船舶试通航方案；

S5. 确定越冬水鸟行为反应监测方案，包括监测时段；

S6. 监测不同船舶试通航方案下不同监测时段的典型越冬水鸟的行为反应监测数据；

S7. 分析获得的不同船舶试通航方案下不同监测时段典型越冬水鸟行为反应监测数据，并研究船舶通航水鸟影响。

优选地，所述步骤S1中，具体的包括：根据船舶通航工况获取拟通航水位，获取水位接近通航水位时的通航湖泊高分辨率遥感影像数据，利用决策树分类法解译高分辨率遥感影像数据，获得通航水位对应的湿地类型分类结果，根据湿地类型分类结果确定典型越冬水鸟的适宜生境分布，所述湿地类型包括水域、泥滩、草本沼泽、水稻田、林地和建设用地中的至少一种；所述适宜生境分布范围采用最大熵模型确定。

优选地，所述步骤S3中，采用多个钢钎或竹竿在边界范围进行标记。

优选地，所述步骤S4中，进一步包括：

S4.1. 根据工程航行方案，确定代表船型；

S4.2. 根据工程航行方案，确定最大断面船舶上行和下行流量；

S4.3. 根据步骤S4.1和S4.2确定船舶试通航方案。

优选地，所述步骤S5中，确定越冬水鸟行为反应监测方案具体包括：

确定具体监测时段，一般可包括越冬水鸟刚刚抵达、越冬中期、越冬后期3个监测时段；对于每一个监测时段，安排在同一天对不同船舶试通航方案下的越冬水鸟行为反应进行多组监测，并安排多天重复监测，获取越冬水鸟对不同试通航方案的行为反应数据。

优选地，所述行为反应数据包括越冬水鸟的行为反应类型及各行为反应类型所对应的个体数量；所述行为反应类型包括正常栖息活动、警戒和逃离。

优选地，所述步骤S6中，进一步包括：

S6.1. 船舶试通航前，沿航道中心线对水鸟进行监测，选择水鸟集中分布的区域作为监测点；

S6.2. 在水鸟集中分布的区域安排船舶试通航，并对不同试通航方案下及不同监测时段的水鸟行为反应进行监测，获取不同监测时段的水鸟行为反应监测数据。

优选地，具体监测时，主要是对标记的区域周边的越冬水鸟行为反应进行监测；当标记的区域周边不存在越冬水鸟分布时，对标记区域靠水侧和背水侧的越冬水鸟行为反应进行监测。

优选地，所述步骤S7中，进一步包括：

S7.1. 对同一监测时段，分别计算不同船舶试通航方案下各行为反应类型个体数量的占比；

S7.2 对同一监测时段，分别分析不同船舶试通航方案相比不通航方案正常栖息活动个体数量的占比下降情况，根据占比下降情况判断不同试通航方案对水鸟行为是否产生影响，取影响较小的方案作为通航方案的备选方案，并采取必要的减缓措施调控通航影响；

S7.3. 重复步骤S7.2，确定不同船舶试通航方案对越冬水鸟不同监测时段的影响大小，确定影响较小的方案，作为通航方案的备选方案，并针对不同监测时段采取必要的减缓措施调控通航影响。

优选地，所述步骤S7.2进一步包括：

S7.2a. 判断不同试通航方案下占比变化β所属的数值范围，当β>d1时，表示试通航方案对越冬水鸟行为产生影响；其中，d1为预设的最大降幅阈值，一般在[20% ,30%]范围取值；

S7.2b. 当占比变化β∈[d2 ,d1]时，表示试通航方案可能对越冬水鸟行为产生影响，其中d2为预设的最小降幅阈值，一般取[5% ,15%]；

S7.2c. 当占比变化β

本发明的有益效果如下：

1. 本发明提供了一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，弥补了现状水位条件下无法原位模拟通航工况下水位抬升与船舶通航对水鸟复合影响的试验方法的不足。

2. 在航道工程正式运行前，可采用本发明的方法，通过原位试验模拟水位抬升情景下船舶通航对水鸟行为的影响，作为判断候鸟越冬期船舶是否适宜通航的依据。

3. 本发明的方法易于实施，可操作性强，通过重复试验可增加试验数据的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的方法的流程示意图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，本发明综合考虑船舶通航工况和通航工况下水位对应的适宜生境分布范围，通过通航工况原位试验和水位抬升适宜生境范围模拟，确定船舶通航和候鸟越冬期水位抬升复合情景下船舶通航对越冬水鸟行为的影响。本发明可以为候鸟越冬期水位抬升影响情景下，湖泊是否适宜通航提供判断依据。

本发明中的水位抬升是指通航工况下候鸟越冬期目标湖泊的水位相比候鸟越冬期目标湖泊多年平均水位有所抬升。

实施例1

一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，包括以下步骤：

S1. 获取船舶拟通航工况对应的水位条件，利用遥感解译获取水位接近通航水位对应的湿地类型分类结果，基于湿地类型分类结果确定适宜生境分布范围并确定靠近通航方向的边界范围；

S2. 利用ArcGIS软件叠加湖泊航道与适宜生境范围，用ArcGIS软件测量航道与适宜生境边界范围的最近距离，同时获取航道和边界范围沿线的多个经纬度坐标；

S3. 利用GPS导航根据步骤S2确定的经纬度坐标进一步确定航道中心区域及靠近中心区域的边界范围的具体位置，并在边界范围进行标记；

S4. 根据工程航行方案，确定船舶试通航方案；

S5. 确定越冬水鸟行为反应监测方案，包括监测时段；

S6. 监测不同船舶试通航方案下不同监测时段的典型越冬水鸟的行为反应监测数据；

S7. 分析获得的不同船舶试通航方案下不同监测时段典型越冬水鸟行为反应监测数据，并研究船舶通航水鸟影响。

本实施例中，所述步骤S1中，具体的包括：根据船舶通航工况获取拟通航水位，获取水位接近通航水位时的通航湖泊高分辨率遥感影像数据，利用决策树分类法解译高分辨率遥感影像数据，获得通航水位对应的湿地类型分类结果，根据湿地类型分类结果确定典型越冬水鸟的适宜生境分布，所述湿地类型包括水域、泥滩、草本沼泽、水稻田、林地和建设用地中的至少一种；所述适宜生境分布范围采用最大熵模型确定。

步骤S1中，根据船舶通航工况获取拟通航水位，获取候鸟越冬期水位接近通航水位时的通航湖泊高分辨率遥感影像数据，利用决策树分类法解译高分辨率遥感影像数据，获得通航水位对应的湿地类型分类结果。此时实时水位一般低于通航水位（特殊情况除外），故需要通过模拟水位抬升影响下的适宜生境范围研究船舶通航对水鸟影响。具体的，根据船舶通航工况获取拟通航水位，采集通航湖泊越冬期可获取的所有高分辨率遥感影像，记录遥感影像数据对应的具体日期并根据此日期确定通航湖泊对应的水位数据，筛选水位接近通航水位的日期并进而获取对应的高分辨率遥感影像数据，利用决策树分类法解译高分辨率遥感影像数据，获得通航水位对应的湿地类型分类结果。

本实施例中，所述步骤S3中，采用多个钢钎或竹竿在边界范围进行标记。

本实施例中，所述步骤S4中，进一步包括：

S4.1. 根据工程航行方案，确定代表船型；

S4.2. 根据工程航行方案，确定最大断面船舶上行和下行流量；

S4.3. 根据步骤S4.1和S4.2确定船舶试通航方案。

本实施例中，所述步骤S5中，确定越冬水鸟行为反应监测方案具体包括：

确定具体监测时段，一般可包括越冬水鸟刚刚抵达、越冬中期、越冬后期3个监测时段；对于每一个监测时段，安排在同一天对不同船舶试通航方案下的越冬水鸟行为反应进行多组监测，并安排多天重复监测，获取越冬水鸟对不同试通航方案的行为反应数据。

本实施例中，所述行为反应数据包括越冬水鸟的行为反应类型及各行为反应类型所对应的个体数量；所述行为反应类型包括正常栖息活动、警戒和逃离。

本实施例中，所述步骤S6中，进一步包括：

S6.1. 船舶试通航前，沿航道中心线对水鸟进行监测，选择水鸟集中分布的区域作为监测点；

S6.2. 在水鸟集中分布的区域安排船舶试通航，并对不同试通航方案下及不同监测时段的水鸟行为反应进行监测，获取不同监测时段的水鸟行为反应监测数据。

本实施例中，具体监测时，主要是对标记的区域周边的越冬水鸟行为反应进行监测；当标记的区域周边不存在越冬水鸟分布时，对标记区域靠水侧和背水侧的越冬水鸟行为反应进行监测。

本实施例中，所述步骤S7中，进一步包括：

S7.1. 对同一监测时段，分别计算不同船舶试通航方案下各行为反应类型个体数量的占比；

S7.2 对同一监测时段，分别分析不同船舶试通航方案相比不通航方案正常栖息活动个体数量的占比下降情况，根据占比下降情况判断不同试通航方案对水鸟行为是否产生影响，取影响较小的方案作为通航方案的备选方案，并采取必要的减缓措施调控通航影响；

S7.3. 重复步骤S7.2，确定对不同船舶试通航方案对越冬水鸟不同监测时段的影响大小，确定影响较小的方案，作为通航方案的备选方案，并针对不同监测时段采取必要的减缓措施调控通航影响。

本实施例中，所述步骤S7.2进一步包括：

S7.2a. 判断不同试通航方案下占比变化β所属的数值范围，当β>d1时，表示试通航方案对越冬水鸟行为产生影响；其中，d1为预设的最大降幅阈值，一般在[20% ,30%]范围取值；

S7.2b. 当占比变化β∈[d2 ,d1]时，表示试通航方案可能对越冬水鸟行为产生影响，其中d2为预设的最小降幅阈值，一般取[5% ,15%]；

S7.2c. 当占比变化β

实施例2

一种模拟水位抬升影响下船舶通航对水鸟影响的试验方法，包括：

S1. 获取船舶拟通航工况对应的水位条件，利用遥感解译获取水位接近航通水位对应的湿地类型分类结果，基于湿地类型分类结果确定适宜生境分布范围并确定靠近通航方向的边界范围；

S2. 利用ArcGIS软件叠加湖泊航道与适宜生境范围，用ArcGIS软件测量航道与适宜生境边界范围的最近距离，同时获取航道和边界范围的经纬度坐标；

S3. 利用GPS导航确定航道中心区域及靠近中心区域的边界范围的具体位置，用钢钎或竹竿在边界范围进行标记；

S4. 根据工程航行方案，确定船舶试通航方案；

S5. 确定越冬水鸟行为反应监测方案；

S6. 获得不同试通航方案不同监测时段典型越冬水鸟行为反应监测数据；

S7. 分析不同试通航方案不同时段在水鸟集中分布的区域安排船舶通航，获得不同试通航方案不同监测时段典型越冬水鸟行为反应监测数据；

所述步骤S1中，具体的，根据船舶通航工况获取通航水位，获取水位接近通航水位时的通航湖泊高分辨率遥感影像数据，利用决策树分类法解译高分辨率遥感影像数据，获得通航水位对应的湿地类型分类结果，根据湿地类型分类结果确定典型越冬水鸟的适宜生境分布。本实施例中湿地类型包括水域、泥滩、草本沼泽、水稻田、林地和建设用地；适宜生境包括浅水水域、泥滩和草本沼泽，其中，浅水水域指水深<50cm的水域范围。

本实施例中采用最大熵模型确定典型越冬水鸟的适宜生境分布范围，包括：

S1.1. 在船舶通航试验前，选择水位接近通航水位的时间对典型越冬水鸟进行监测调查，获取越冬水鸟监测调查数据，越冬水鸟监测调查数据至少包括监测点位置以及各监测点监测到的越冬水鸟种群数量；

S1.2. 获取生境适宜性的影响因子数据集，包括监测时刻的水深数据、湿地类型数据、植被覆盖度数据以及拟预测点分别距泥滩、草滩、水域、农田、圩堤、道路的距离数据；湿地类型数据即湿地类型分类结果；

S1.3. 采用最大熵模型耦合水鸟监测数据和影响因子数据集，确定越冬水鸟适宜生境空间分布。

本实施例中，步骤S3中采用多个钢钎或竹竿在边界范围进行标记，布置的钢钎或竹竿应尽量分散，避免对越冬水鸟行为造成影响；

本实施例中，步骤S4进一步包括：

S4.1. 根据工程航行方案，确定代表船型，本实施例中为1000吨级货运船舶；

S4.2. 根据工程航行方案，确定最大断面船舶上行和下行流量，本实施例中上行为100～160艘/d，下行为30～50艘/d；

S4.3. 根据步骤S4.1和S4.2确定船舶试通航方案，具体包括不通航方案、3艘船舶同时朝上行方向运行方案、2艘上行方向1艘下行方向运行方案。

本实施例中，步骤S5进一步包括：

S5.1. 确定具体监测时段，一般可包括越冬水鸟刚刚抵达（10—11月）、越冬中期（12—次年1月）、越冬后期（次年2—3月）3个监测时段；

S5.2. 对于每一个监测时段，安排在同一天对不同方案下的越冬水鸟行为反应进行监测，每组方案监测时间为20~30分钟，每组监测方案监测时间间隔为1个小时左右，获取越冬水鸟对不同试通航方案的行为反应数据；

S5.3. 对于每一个监测时段，可以安排3~5天时间进行重复监测，获取3组以上不同通航方案的有效监测数据；

S5.4. 所述越冬水鸟行为反应监测数据包括越冬水鸟的行为反应类型及各行为反应类型所对应的个体数量；所述行为反应类型包括正常栖息活动，警戒和逃离。

本实施例中，步骤S6进一步包括：

S6.1. 船舶试通航前，沿航道中心线对水鸟进行监测，选择水鸟集中分布的区域作为监测点；

S6.2. 在水鸟集中分布的区域安排船舶试通航，安排2~3名观察人员在便于监测的圩堤或草滩上对不同试通航方案下的水鸟行为反应进行监测；

S6.3. 对不同监测时段的水鸟行为反应进行监测，获取不同监测时段的水鸟行为反应监测数据；

S6.4. 具体监测时，主要是对用钢钎或竹竿进行标记的区域周边的越冬水鸟行为反应进行监测；

S6.5. 当钢钎或竹竿进行标记的区域周边不存在越冬水鸟分布时，对钢钎或竹竿标记区域靠水侧和背水侧的越冬水鸟行为反应进行监测。

本实施例中，步骤S7进一步包括：

S7.1. 对同一监测时段，分别计算不同试通航方案下各行为反应类型个体数量的占比；

S7.2. 对同一监测时段，分别分析3艘船舶同时朝上行方向运行方案和2艘上行方向1艘下行方向运行方案相比不通航方案正常栖息活动个体数量的占比下降情况，根据占比下降情况判断不同试通航方案对水鸟行为是否产生影响，取影响较小的方案作为通航方案的备选方案，并采取必要的减缓措施调控通航影响；

S7.3. 重复步骤S7.2，确定对不同试通航方案对越冬水鸟刚刚抵达（10—11月）、越冬中期（12—次年1月）、越冬后期（次年2—3月）3个监测时段的影响大小，确定影响较小的方案，作为通航方案的备选方案，并针对不同监测时段采取必要的减缓措施调控通航影响。

本实施例中，子步骤S7.2进一步包括：

S7.2a. 判断不同试通航方案下占比变化β所属的数值范围，当β>d1时，表示试通航方案对越冬水鸟行为产生影响；其中，d1为预设的最大降幅阈值，一般在[20% ,30%]范围取值；

S7.2b. 当占比变化β∈[d2 ,d1]时，表示试通航方案可能对越冬水鸟行为产生影响，其中d2为预设的最小降幅阈值，一般取[5% ,15%]；

S7.2c. 当占比变化β

若监测的为钢钎或竹竿标记区域靠水侧的越冬水鸟，且步骤S7.2判断为有影响，则需进一步判断水位抬升影响下船舶通航对水鸟行为是否产生影响；若步骤S7.2判断为无影响，则可以判断水位抬升影响下船舶通航对水鸟行为无影响；

若监测的为钢钎或竹竿标记区域背水侧的越冬水鸟，且步骤S7.2判断为有影响，则需进一步加大监测频率可判断水位抬升影响下船舶通航对水鸟行为会产生影响；若步骤S7.2判断为无影响，则需进一步加大监测频率判断水位抬升影响下船舶通航对水鸟行为是否有影响。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。