專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度評(píng)價(jià)的濕地生態(tài)需水量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度評(píng)價(jià)的計(jì)算濕地 適宜生態(tài)需水量的方法。能夠有效解決在當(dāng)前數(shù)據(jù)缺乏的條件下，濕地生態(tài)需水分析技術(shù) 難以從生態(tài)系統(tǒng)健康狀況出發(fā)快速準(zhǔn)確的確定適宜生態(tài)需水量的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)加劇，對(duì)濕地進(jìn)行的引水、圍墾等不合理的水土資源開(kāi)發(fā)活 動(dòng)的加劇致使大量濕地的生態(tài)需水被擠占，造成濕地面積不斷萎縮，生物多樣性減少，水文 循環(huán)過(guò)程發(fā)生深刻變化，水質(zhì)污染嚴(yán)重。濕地的消退導(dǎo)致濕地生態(tài)功能、社會(huì)效益得不到正 常發(fā)揮，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此通過(guò)核算濕地生態(tài)需水量為其科學(xué)配水 提供依據(jù)，已成為維持濕地生態(tài)系統(tǒng)健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題，具有深 遠(yuǎn)的生態(tài)學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)的社會(huì)意義。生態(tài)需水的研究開(kāi)始于20世紀(jì)40年代，目前已有將近50個(gè)國(guó)家開(kāi)展了相關(guān)方 面的研究，產(chǎn)生了 200多種研究方法，這些方法可以大體歸納為四個(gè)大類(lèi)，即水文學(xué)法、水 力學(xué)法、棲息地模擬法和整體法(Tharme，2003)。其中河流生態(tài)系統(tǒng)一直是生態(tài)需水研 究的重點(diǎn)，相關(guān)方法較多(如發(fā)明“一種人為干擾河流生態(tài)需水閾值計(jì)算方法”，申請(qǐng)?zhí)?201010130028. 9 ；發(fā)明“一種生態(tài)環(huán)境需水閾值的計(jì)算方法”，申請(qǐng)?zhí)?00910162568)。近年來(lái)以面域?yàn)樘卣鞯纳鷳B(tài)系統(tǒng)需水量研究也受到學(xué)者們的關(guān)注。針對(duì)面域生態(tài) 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法主要有生態(tài)功能法，其思路是從生態(tài)系統(tǒng)功能的角度研究生態(tài)環(huán)境需水， 將各個(gè)生態(tài)功能所需要的水量進(jìn)行加和，從而得到總的生態(tài)環(huán)境需水量的。如發(fā)明“城市 生態(tài)需水分析技術(shù)”(申請(qǐng)?zhí)?00910169800. 5)，發(fā)明“基于功能設(shè)定法的湖泊生態(tài)需水分 析技術(shù)”(申請(qǐng)?zhí)?00910170085. 7)。這類(lèi)方法雖然強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能性，理論性較 強(qiáng)，但是生物和環(huán)境的需求極其復(fù)雜(如動(dòng)植物生理需水牽涉到復(fù)雜的生理過(guò)程研究)，涉 及到的方面也相當(dāng)多，還要扣除重復(fù)計(jì)算的需水量。短時(shí)間內(nèi)，在資料并不充分的情況下， 細(xì)致而準(zhǔn)確地計(jì)算出流域乃至全國(guó)范圍內(nèi)的濕地對(duì)水的各項(xiàng)生態(tài)需求是比較困難的。棲 息地模擬法，主要思路是通過(guò)建立河流徑流量與目標(biāo)生物棲息地之間的關(guān)系來(lái)求得生態(tài)需 水。如發(fā)明“基于生境模擬的河口生態(tài)需水計(jì)算方法”(申請(qǐng)?zhí)?00910170101. 2)，這類(lèi)方 法雖然物理意義明確，能夠有效地評(píng)估生態(tài)需水量的增加對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的影響，但由于我 國(guó)多年來(lái)生態(tài)保護(hù)意識(shí)較差，一些相關(guān)的生態(tài)資料比較缺乏在實(shí)際應(yīng)用中還有局限，實(shí)現(xiàn) 難度較大。生態(tài)水文方法，通過(guò)選取部分代表性生物作為指示生物，分析其與水位之間的聯(lián) 系，進(jìn)而求得生態(tài)需水量。如衷平等(2005)提出的生態(tài)水位法，周林飛(2007)提出的生態(tài) 水面法等。這類(lèi)方法的缺點(diǎn)在于只是把篩選出的部分關(guān)鍵物種與水位水量等水文參數(shù)相聯(lián) 系，是建立在關(guān)鍵物種的生態(tài)需水等同于生態(tài)系統(tǒng)整體需水的前提下，不能得到維持生態(tài) 系統(tǒng)完整性和維持生態(tài)系統(tǒng)整體健康的結(jié)果。水文學(xué)方法雖然需要的歷史資料和實(shí)地調(diào)查 工作都較少，比較適用于宏觀規(guī)劃和資料較為缺乏的地區(qū)使用，但通常只計(jì)算出最小生態(tài)需水量這一固定值，并且難以表征生態(tài)系統(tǒng)的健康水平與水資源之間的關(guān)系。如針對(duì)湖泊 生態(tài)系統(tǒng)的水量平衡法、換水周期法(劉靜玲，2002)，天然水位資料法等(徐志俠，2004)。如上所述，目前濕地生態(tài)需水分析技術(shù)主要針對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的部分特征或服務(wù) 功能提出相應(yīng)的需水量的要求，計(jì)算結(jié)果往往較為單一。在實(shí)際的水資源管理中，難以根據(jù) 水資源情勢(shì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。缺乏簡(jiǎn)便有效，對(duì)生物資料要求相對(duì)較低，并且能夠反映生態(tài)系 統(tǒng)健康狀況的計(jì)算方法。不利于濕地生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)，生態(tài)恢復(fù)，以及水資源的科學(xué)規(guī) 劃管理。有必要開(kāi)發(fā)一種既能維持生態(tài)系統(tǒng)健康的要求，又能夠在現(xiàn)階段水資源配置中利 于操作，解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的生態(tài)需水評(píng)估方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前缺乏簡(jiǎn)單易行的能夠?qū)⑸鷳B(tài)系統(tǒng)健康狀況和水資源供給情勢(shì)相 聯(lián)系的濕地生態(tài)需水計(jì)算方法的問(wèn)題，提出一種基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度評(píng)價(jià)的濕地生態(tài) 需水分析技術(shù)。本發(fā)明的特征在于首先通過(guò)濕地形態(tài)分析確定影響水面面積變化的關(guān)鍵水位，并 根據(jù)關(guān)鍵水位和其離散結(jié)果構(gòu)造出初始生態(tài)水位方案等多個(gè)生態(tài)水位方案。然后應(yīng)用 Marm-Kendall法分析水位時(shí)間序列值，找出水位變化的突變年份以確定自然條件下的水 位。在此基礎(chǔ)上再對(duì)各生態(tài)水位方案進(jìn)行修正水文指數(shù)評(píng)價(jià)，確定生態(tài)系統(tǒng)健康狀況可接 受時(shí)的一系列濕地適宜生態(tài)水位方案，最后得出適用于不同供水條件的濕地適宜生態(tài)需水 量方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1.能夠直觀反映出濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和濕地生態(tài)需水量之間的相互關(guān)系。 在可接受的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況下，提供多種需水量方案，能夠?yàn)樗Y源配置提供切實(shí)可行 的科學(xué)依據(jù)，可操作性更強(qiáng)。2.計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)數(shù)據(jù)資料的要求低。目前我國(guó)多數(shù)濕地的資料現(xiàn)狀能夠 滿(mǎn)足計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)的要求，便于在實(shí)際中推廣應(yīng)用。


附圖1為濕地水位和濕地面積變化率關(guān)系示意圖；附圖2為實(shí)施例中濕地水位_水面面積關(guān)系圖；附圖3為實(shí)施例中濕地水位_水面面積變化率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式1.濕地形態(tài)分析。濕地的生態(tài)服務(wù)功能均和濕地水面面積密切相關(guān)，因此可以用濕地面積作為濕地 功能指標(biāo)。采用實(shí)測(cè)濕地水位和面積資料，建立濕地水位(H)和濕地面積(A)變化率(dA/ dH)的關(guān)系線(xiàn)，其示意圖見(jiàn)圖1。由于濕地水位和面積之間為非線(xiàn)性關(guān)系，隨著濕地水位的 下降濕地面積的減少量是不同的。由dA/dH和濕地水位關(guān)系曲線(xiàn)中得到水面面積變化率最 大值時(shí)對(duì)應(yīng)的水位，這個(gè)水位即為濕地水面面積變化的關(guān)鍵水位。根據(jù)關(guān)鍵水位構(gòu)建初始生態(tài)水位方案。設(shè)初始生態(tài)水位方案各月水位分別為HI、9
10 11 12
(1+40%) Hi (1+40%) H2 (1+40%) H3 (1+40%) H4 (1+40%) H5 (1+40%) H6 (1+40%) H7 (1+40%) H8 (1+40%) H9 (1+40%) H10 (1+40%) H (1+40%) H12
(1+30%) H, (1+30%) H2 (1+30%) H3 (1+30%) H4 (1+30%) H5 (1+30%) H6 (1+30%) H7 (1+30%) H8 (1+30%) H9 (1+30%) H (1+30%) H (1+30%) H12
■10
■(1+20%) H, (1+20%) H2 (1+20%) H3 (1+20%) H4 (1+20%) H5 (1+20%) H6 (1+20%) H7 (1+20%) Hs (1+20%) H9 (1+20%) H (1+20%) H (1+20%) H
■10
(1+10%) Hi (1+10%) H2 (1+10%) Hj (1+10%) H4
(1+10%) H5
(1+10%) H6 (1+10%) H7 (1+10%) Hg (1+10%) H9 (1+10%) H (1+10%) Hn (1+10%) H,2
10
(1-5%) Hi(1-10%) Hi(1-5%) H2(1-10%) H2(1-5%) H3(1-10%) H3(1-5%) H4(1-10%) H4(1-5%) Hs(1-10%) H5(1-5%) H6(1-10%) H6(1-5%) H7(1-10%) H7(1-5%) H8(1-10%) H8(1-5%) H9(1-10%) H9(1-5%) H10(1-10%) H10(1-5%) Hn(1-10%) Hn(1-5%) H12(1-10%) Hi, 2.使用M-K (Mann-Kendall)法對(duì)濕地水位進(jìn)行變化趨勢(shì)檢驗(yàn)，計(jì)算濕地水位發(fā)生 突變的年代，將突變前的年份作為自然狀態(tài)，以確定自然條件下的濕地水位。 設(shè)濕地水位序列為x 1，x2，
累計(jì)數(shù)。定義統(tǒng)計(jì)量
權(quán)利要求
一種基于生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度評(píng)價(jià)的濕地生態(tài)需水計(jì)算方法，其特征在于首先確定濕地面積變化的關(guān)鍵水位構(gòu)建初始生態(tài)水位方案，再根據(jù)實(shí)際水資源利用形式以及生態(tài)，社會(huì)，經(jīng)濟(jì)的綜合因素將生態(tài)水位初始狀態(tài)值向兩個(gè)方向離散，得到一系列生態(tài)需水方案。然后應(yīng)用Mann Kendall法分析水位變化的時(shí)間序列值找出濕地水位變化的突變點(diǎn)，確定自然條件水位狀態(tài)。最后通過(guò)修正水文指數(shù)評(píng)價(jià)不同生態(tài)水位方案與自然條件濕地水位狀態(tài)的差異程度，得出能滿(mǎn)足生態(tài)系統(tǒng)健康要求的適用于不同供水條件的濕地生態(tài)需水結(jié)果。
全文摘要
一種基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度評(píng)價(jià)的濕地適宜生態(tài)需水量計(jì)算方法。首先分析濕地形態(tài)特征，根據(jù)濕地水面面積隨水位變化的變化率，得到影響濕地水面面積變化的關(guān)鍵水位，并根據(jù)關(guān)鍵水位和其離散結(jié)果構(gòu)造出包括初始生態(tài)水位方案在內(nèi)的多個(gè)生態(tài)水位方案。然后應(yīng)用Mann-Kendall法分析水位時(shí)間序列值，找出水位變化的突變點(diǎn)以確定自然條件下的水位狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上再對(duì)各生態(tài)水位方案進(jìn)行修正水文指數(shù)評(píng)價(jià)，確定一系列達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)健康狀況要求的濕地適宜生態(tài)水位方案，最終確定適宜生態(tài)需水量方案。該發(fā)明能夠提供一系列適用于不同供水條件的適宜生態(tài)需水量方案，保證不同時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槿彼鴦×彝嘶?，在水資源管理配置中可操作性更強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01C13/00GK101944161SQ20101027149
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者于世偉, 楊志峰, 楊盈, 陳賀 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)