Valutazione dinamica dell'effetto del ripristino ecologico dei pendii basata sulla similarità del coseno e sulla catena di Markov

Oct 11, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13533 (2023) Citare questo articolo

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È importante valutare l'effetto del ripristino ecologico del pendio per diagnosticare nel tempo lo stato di ripristino del pendio. Diversi metodi di soft computing richiedono che gli esperti determinino il peso dell’indice, il che influenzerà la razionalità dei risultati della valutazione. Inoltre, sono tutti metodi di valutazione statici e non possono riflettere l'effetto temporale del restauro. Pertanto, è stato proposto un metodo di valutazione dinamica senza determinare il peso dell'indice basato sulla similarità del coseno e sulla catena di Markov. Sono stati applicati diversi casi per dimostrare l’efficacia del metodo proposto. I risultati hanno dimostrato che i risultati di questo metodo sono più coerenti con le situazioni reali e possono riflettere la variabilità dell'effetto di ripristino. Infine, è stata analizzata la sensibilità degli indici rispetto a diversi metodi di ripristino ecologico. I risultati mostrano che il collegamento principale del metodo di restauro era coerente con il risultato della sensibilità. Il metodo proposto fornisce una base per ottimizzare i metodi di restauro.

Il danno ecologico causato dai pendii durante la costruzione di autostrade, miniere a cielo aperto e costruzione di dighe ha un forte impatto negativo sull'ambiente, con conseguente perdita di vegetazione ed erosione del suolo1,2. È una questione impegnativa nel campo dell’ingegneria geotecnica ed ecologica implementare efficacemente la protezione dei pendii con stato di instabilità per ripristinare la vegetazione danneggiata e ridurre l’erosione del suolo3. Il ripristino ecologico del pendio si riferisce principalmente alla tecnologia che combina piante viventi con misure ingegneristiche per prevenire l'erosione e il distacco del pendio, come la tecnologia di protezione ecologica del calcestruzzo vegetale4, la tecnologia di piantagione di nastri pendenti5, la tecnologia di granulazione di ordine superiore CS6. È di grande importanza scegliere e utilizzare le tecnologie di ripristino ecologico appropriate per guidare il successivo lavoro di protezione ecologica dei pendii. Tuttavia, i risultati della ricerca sul ripristino ecologico dei pendii si concentrano principalmente sulla selezione, progettazione, ottimizzazione e meccanismo delle misure di ripristino dei pendii, mentre lo stato di salute generale e il mantenimento dei progetti di ripristino ecologico esistenti sono raramente studiati. Nella fase iniziale del ripristino ecologico, il tasso di sopravvivenza e il tasso di copertura della vegetazione sono fortemente influenzati dal clima e dalle precipitazioni stagionali, che possono portare ad un ulteriore deterioramento dell’ambiente ecologico del pendio. Senza una diagnosi sanitaria tempestiva e accurata e una manutenzione ragionevole, si causeranno perdite di suolo e acqua e frane, con conseguenti enormi perdite economiche.

Attualmente alcuni studiosi hanno studiato lo stato di salute del ripristino ecologico dei versanti. Tuttavia, la maggior parte dei dati di valutazione esistenti sono semplici ed estesi, si basano sull'interpretazione visiva o sulla descrizione qualitativa o su un giudizio approssimativo in termini di punteggio di esperti e traggono conclusioni qualitative come "eccellente", "buono", "medio", "scarso". ” e “successo o fallimento”7. Questo metodo di valutazione è fortemente influenzato dai sentimenti soggettivi individuali e manca di obiettività, standard quantitativi e dati di valutazione accurati, scientifici e standardizzati. Pertanto, per lo stesso progetto, i risultati ottenuti da diversi valutatori sono spesso molto diversi e la credibilità dei risultati della valutazione è discutibile.

In generale, l'effetto del ripristino ecologico dei pendii non è influenzato solo da indici quantificabili (ad esempio, chimica del suolo, fisica del suolo, diversità delle specie, copertura vegetale, rinforzo delle radici), ma anche da indici più qualitativi (ad esempio, tipo di suolo, comunità vegetale, drenaggio sistema paesaggistico, coordinamento paesaggistico, capacità di fruizione del paesaggio)8,9,10,11. Ciò comporta grandi difficoltà nella valutazione dell'effetto di ripristino ecologico del pendio. Attualmente, molti metodi di soft computing, come l'approccio del processo di gerarchia analitica (AHP)12, il metodo di programmazione matematica fuzzy13,14, il metodo di analisi del clustering grigio15,16, la teoria extenics17, la coppia di insiemi non accertati18, sono stati ampiamente applicati alla valutazione del ripristino ecologico dei pendii. effetto, che può tenere conto in modo completo degli indicatori quantitativi e qualitativi. Tuttavia, questi metodi soft necessitano di determinare il peso degli indicatori attraverso esperienze personali di esperti, il che porta anche incertezza sui risultati del calcolo. Inoltre, questi metodi non possono simulare i fattori di incertezza nel modello di valutazione e non possono esprimere l’incertezza dei risultati in modo più intuitivo. Inoltre, su scala temporale, molti ricercatori di restauro ecologico hanno raggiunto un consenso sulla necessità di monitorare e valutare i cambiamenti e i miglioramenti della vegetazione nel tempo, il che favorisce informazioni in tempo reale nell’attuazione dei progetti di ricostruzione della vegetazione. Tuttavia, la maggior parte delle ricerche esistenti sono limitate alla valutazione statica e alla mancanza di una valutazione dinamica del processo di cambiamento della vegetazione dei pendii.