本发明涉及环境监测和环境保护，特别是涉及一种耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法及系统。
背景技术：
1、河湖(库)水质评价是根据目标水体的用途和功能，选定相应的评价标准、参数和方法，对水体的质量状况作出评价。近年来，人口快速增长和工农业用水激增导致河流湖泊水生态系统水质的不断恶化，对全球水安全及生态管理造成巨大风险。建立可靠有效的水质评估方法以准确快速衡量自然水生态系统水质情况是环境学者面临的紧迫挑战。目前，国际上广泛基于物理化学水质参数构建地表水水质评价体系，典型的如水质指数法（waterquality index，wqi），其将水体水质赋予0-100的分值，根据分值判断其是否可用作饮用水、灌溉水、景观用水或其他用途。
2、水质指数评价体系的构建一般包括三个方面：评价指标选取、评价方法确定和指标权重的赋值。尽管随着对水资源管理和供水安全的高度重视，水质综合评价的相关研究方法、理论体系等也相继发展起来，但在操作层面仍存在以下问题。在评价指标的选取方面，基于常规理化性质和无机物质等指标建立了完整的体系，但河湖(库)中非生物要素除常规理化性质和无机元素指标外，还包括与人体健康密切相关的新污染物指标等，其可能对水生生物也产生毒害作用。现有的评价体系在评价指标选取时仍以浅显易懂的理化性质指标为主，较少全面从水体中“多”非生物要素出发，系统考虑水质综合评价指标体系。另一方面，水体环境自身存在着很多不确定性，无论是水质等级的划分，还是水环境质量标准的建立都具有模糊性。现有的水质安全评价体系在指标权重的赋值方面，主观分析判断占主导；虽已有模糊数学综合评价和人工神经网络模型等方法来降低主观分析判断的影响，评价结果的客观性和准确性仍有待提高。
3、事实上，河湖(库)水体中除非生物要素外，还包含藻类、细菌、真菌、古菌、底栖动物、鱼类等多营养级生物要素。欧洲水框架指令（wfd）提出制定环境质量标准需同时考虑到物理化学要素（如营养元素浓度、ph和悬浮固体浓度）和生物质量要素（如生物多样性、食物网完整性和群落稳定性）。一方面，生物群落结构和功能对环境条件的变化极为敏感，能够全面快速反应水质中非生物要素变化所引起的生态过程变化；另一方面，随着现代分子生物学和环境dna技术的快速发展，可以迅速地检测生物群落的组成和功能多样性，系统表征生态系统的结构和功能完整性。然而，如何将生物群落与功能信息应用到水质安全评价体系，研究者尚未提出成熟的方法和理论。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法及系统，可全面、准确和快速的实现多元化水质综合评价。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
3、一种耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法包括以下步骤。
4、获取待检测水域的非生物要素；所述待检测水域包括河湖和河湖库；所述非生物要素包括不同非生物指标；所述非生物指标为ph、溶解氧、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、氯化物、硫酸根、na、fe、ca、mg、cu、zn、cr、as、mo、抗生素或全氟化合物。
5、采用环境dna技术构建生物要素指标库；所述生物要素指标库包括不同营养级生物群落的不同生物指标；所述营养级生物群落为细菌群落、古菌群落、真菌群落、藻类群落、底栖动物群落或鱼类群落；所述生物指标为多样性指数、分级相对丰度或共线网络拓扑性质。
6、基于非生物要素和生物要素指标库确定基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵。
7、基于所述非生物要素和lightgbm模型，得到基于机器学习的非生物要素权重矩阵；所述lightgbm模型用于确定非生物要素中各非生物指标相对水质的重要性。
8、根据基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵和基于机器学习的非生物要素权重矩阵确定非生物要素综合权重矩阵。
9、基于非生物要素综合权重矩阵和非生物要素开展待检测水域水质综合评价确定待检测水域的水质综合评价结果；所述水质综合评价结果用于表征水质安全状况。
10、一种计算机系统，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法的步骤。
11、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法及系统，方法包括获取待检测水域的非生物要素；采用环境dna技术构建生物要素指标库；基于非生物要素和生物要素指标库确定基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵；基于所述非生物要素和lightgbm模型，得到基于机器学习的非生物要素权重矩阵；根据基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵和基于机器学习的非生物要素权重矩阵确定非生物要素综合权重矩阵；基于非生物要素综合权重矩阵和非生物要素开展待检测水域水质综合评价确定待检测水域的水质综合评价结果；所述水质综合评价结果用于表征水质安全状况，本发明能够全面、准确和快速的实现水质综合评价。
1.一种耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，采用环境dna技术构建生物要素指标库，具体包括：
3.根据权利要求2所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，所述分类方法为rdp classifier贝叶斯算法和blast比对方法中任意一项。
4.根据权利要求1所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，基于非生物要素和生物要素指标库确定基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵，具体包括：
5.根据权利要求1所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，基于所述非生物要素和lightgbm模型，得到基于机器学习的非生物要素权重矩阵，具体包括：
6.根据权利要求1所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，根据基于生物-非生物响应关系的非生物要素权重矩阵和基于机器学习的非生物要素权重矩阵确定非生物要素综合权重矩阵，具体包括：
7.根据权利要求1所述的耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法，其特征在于，基于非生物要素综合权重矩阵和非生物要素开展待检测水域水质综合评价确定待检测水域的水质综合评价结果，具体包括：
8.一种计算机系统，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述耦合生物和非生物要素的水质综合评价方法的步骤。
