本發(fā)明涉及生態(tài)補(bǔ)水方法研究，更具體的說是涉及一種基于水資源高效利用的內(nèi)陸湖泊水文節(jié)律優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)大量擠占生態(tài)用水，加上全球變化影響，內(nèi)陸湖泊的來水量逐年減少。現(xiàn)有的措施往往通過生態(tài)補(bǔ)水的手段維持湖泊的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。目前，已經(jīng)有較多湖泊生態(tài)補(bǔ)水過程的確定方法，如從湖泊的水文或生態(tài)指標(biāo)出發(fā)，維持固定水面、固定水位、固定水量、生物棲息數(shù)量和密度等量化補(bǔ)水目標(biāo)，確定湖泊的生態(tài)補(bǔ)水量。其中，對(duì)于水量型缺水以維持一定的湖泊水面面積為生態(tài)管理目標(biāo)的湖泊，一般通過水量損失法、最小水位法、水量平衡法、年保證率法、變化速率法對(duì)湖泊進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，確定湖泊水位或面積需要補(bǔ)充到的位置，而后通過損失水量與入湖水量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，確定生態(tài)補(bǔ)水量。對(duì)于過程型缺水以維持系統(tǒng)的正常生態(tài)環(huán)境功能為管理目標(biāo)的湖泊，一般通過生境分析法、生態(tài)水位法、系統(tǒng)擾動(dòng)法、服務(wù)價(jià)值法和脆弱評(píng)估法進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，其中需考慮生境內(nèi)生物需水量。對(duì)于水質(zhì)型缺水的湖泊以改善湖泊水質(zhì)為管理目標(biāo)，一般量質(zhì)耦合法、換水周期法和物質(zhì)平衡法，計(jì)算湖泊的需水量進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，達(dá)到改善湖泊水質(zhì)的目的。然而，內(nèi)陸湖泊生態(tài)補(bǔ)水的最大限制性因素仍然是水資源量不足，上述方法對(duì)水資源的利用效率考慮不足。

2、因此，如何基于單位補(bǔ)水量損失系數(shù)最小定量化表征生態(tài)補(bǔ)水利用效率，進(jìn)而提出一種基于水資源利用率最大的內(nèi)陸湖泊水文節(jié)律優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為內(nèi)陸湖泊生態(tài)補(bǔ)水過程設(shè)計(jì)提供支撐是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于水資源高效利用的內(nèi)陸湖泊水文節(jié)律優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以解決背景技術(shù)中存在的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于水資源高效利用的內(nèi)陸湖泊水文節(jié)律優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括：

4、收集內(nèi)陸湖泊及其匯水區(qū)域水文氣象數(shù)據(jù)；

5、對(duì)所述內(nèi)陸湖泊及其匯水區(qū)域水文氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行水文頻率分析，確定典型年；

6、確定典型年湖泊水面狀況、周邊水位埋深及凍融過程；

7、對(duì)湖泊水面期水位-蒸發(fā)關(guān)系分析，得出水面期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，確定水面期水位；

8、利用湖泊水面期與結(jié)冰期之間的過渡期水位-蒸發(fā)關(guān)系，得出過渡期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，確定過渡期水位；

9、根據(jù)湖泊結(jié)冰期水位-蒸發(fā)關(guān)系，得出結(jié)冰期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率曲線，確定結(jié)冰期水位；

10、基于水面期水位、過渡期水位、結(jié)冰期水位，確定內(nèi)陸湖泊生態(tài)水文節(jié)律。

11、可選的，所述收集內(nèi)陸湖泊的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括水位-庫容-面積曲線數(shù)據(jù)；通過當(dāng)?shù)氐恼舭l(fā)站點(diǎn)收集典型年的蒸發(fā)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料；通過國家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、當(dāng)?shù)貧庀笳臼占湫湍甑奶栞椛?、氣溫、風(fēng)速、空氣濕度和降雨資料；通過自美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心下載modis數(shù)據(jù)。

12、可選的，確定典型年包括選擇內(nèi)陸湖泊固定時(shí)間段內(nèi)的降雨量數(shù)據(jù)系列，進(jìn)行水文頻率分析，選擇豐、平、枯3種典型年，豐水年選取10％，平水年選取50％，枯水年選取90％。

13、可選的，所述分析典型年湖泊水面狀況、周邊水位埋深及凍融過程的具體過程為：

14、通過收集某地區(qū)的多年氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)與人類活動(dòng)記錄，結(jié)合水位-面積曲線，分析湖泊的水面狀況；

15、通過政府或相關(guān)部門設(shè)立的水位觀測(cè)井和監(jiān)測(cè)站獲取準(zhǔn)確的水位埋深數(shù)據(jù)；

16、湖泊凍融過程根據(jù)氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)，分析湖泊的結(jié)冰期與融冰期，通過遙感獲取歷年的湖泊結(jié)冰期遙感影像，根據(jù)閾值法提取湖泊水面面積。

17、可選的，確定水面期水位的具體過程為：

18、基于水量損失法，在湖泊的水面期時(shí)，考慮補(bǔ)水量單方水的水資源利用效率最高，計(jì)算湖泊的水量損失量，計(jì)算水面期的補(bǔ)水量，將補(bǔ)水量與庫容量的比值作為水資源利用效率系數(shù)，繪制水面期單方水補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，找到湖泊水面期的水資源利用效率最高處的庫容，利用水位-庫容關(guān)系確定水面期的湖泊水位。

19、可選的，確定過渡期水位的具體過程為：

20、當(dāng)湖泊的冰面與水面面積比大于1/10時(shí)，通過modis數(shù)據(jù)，對(duì)湖泊進(jìn)行水面提取，通過閾值法提取湖泊的水面面積與冰面面積，利用蒸發(fā)公式，計(jì)算水面蒸發(fā)量與冰面蒸發(fā)量，在湖泊的過渡期時(shí)，考慮補(bǔ)水量單方水的水資源利用效率最高，計(jì)算湖泊的水量損失量，計(jì)算過渡期的補(bǔ)水量，將補(bǔ)水量與庫容量的比值作為水資源利用效率系數(shù)，繪制過渡期單方水補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，找到湖泊過渡期的水資源利用效率最高處的庫容，利用水位-庫容關(guān)系確定過渡期的湖泊水位。

21、可選的，確定結(jié)冰期水位的具體過程：

22、當(dāng)湖泊的冰面與水面的面積比大于9/10時(shí)，在湖泊的結(jié)冰期時(shí)，考慮補(bǔ)水量單方水的水資源利用效率最高，計(jì)算湖泊的水量損失量，計(jì)算結(jié)冰期的補(bǔ)水量，將補(bǔ)水量與庫容量的比值作為水資源利用效率系數(shù)，繪制結(jié)冰期單方水補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，找到湖泊結(jié)冰期的水資源利用效率最高處的庫容，利用水位-庫容關(guān)系確定結(jié)冰期的湖泊水位。

23、可選的，確定內(nèi)陸湖泊生態(tài)水文節(jié)律的具體過程為：

24、考慮湖泊的水面期、過渡期與結(jié)冰期，結(jié)合蒸發(fā)公式、水動(dòng)力模型，計(jì)算湖泊在各個(gè)時(shí)期的補(bǔ)水量單方水的蒸發(fā)速率曲線，得到湖泊各個(gè)時(shí)期的水資源利用效率最高的庫容，根據(jù)水位-庫容曲線，得到各個(gè)時(shí)期的水位，確定水資源利用效率最高的內(nèi)陸湖泊的生態(tài)水文節(jié)律。

25、可選的，所述計(jì)算湖泊的水量損失量的方法如下：

26、

27、式中，ew為蒸發(fā)強(qiáng)度，mm；為第n月份湖泊水面蒸發(fā)面積，m2；為第n月份湖泊冰面蒸發(fā)面積，m2；ep為湖泊周邊植物的蒸騰速，mm；為第n月份植被蒸發(fā)面積，m2；w為湖泊滲漏量，m3。

28、可選的，湖泊的補(bǔ)水量的計(jì)算公式如下：

29、v＝q-p；

30、式中，q為湖泊的水量損失量，m3；p為湖泊的水面降雨量，m3；

31、其中，降雨量p的計(jì)算公式為：

32、

33、式中，k為單位換算系數(shù)；aw為選取的水面面積，m2；pn為第n月降水量，mm；為第n月份湖泊水面蒸發(fā)面積，m2；。

34、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種基于水資源高效利用的內(nèi)陸湖泊水文節(jié)律優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括：收集內(nèi)陸湖泊及其匯水區(qū)域水文氣象數(shù)據(jù)；對(duì)所述內(nèi)陸湖泊及其匯水區(qū)域水文氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行水文頻率分析，確定典型年；分析典型年湖泊水面狀況、周邊水位埋深及凍融過程；湖泊水面期水位-蒸發(fā)關(guān)系分析，得出水面期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，確定水面期水位；湖泊水面期與結(jié)冰期之間的過渡期水位-蒸發(fā)關(guān)系分析，得出過渡期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率變化曲線，確定過渡期水位；湖泊結(jié)冰期水位-蒸發(fā)關(guān)系分析，得出結(jié)冰期單方補(bǔ)水量蒸發(fā)率曲線，確定結(jié)冰期水位；基于水面期水位、過渡期水位、結(jié)冰期水位，確定內(nèi)陸湖泊生態(tài)水文節(jié)律。本發(fā)明充分發(fā)揮河湖生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能，生態(tài)補(bǔ)水過程遵循生態(tài)水文過程，充分利用已有水資源，在符合生態(tài)水文過程滿足生態(tài)需求的情況下，以補(bǔ)水后的單方水的蒸發(fā)量最小為目標(biāo)，計(jì)算生態(tài)補(bǔ)水量，提高水資源的利用率，水資源利用效率提高，湖泊水量的損失率減少，得到內(nèi)陸湖泊生態(tài)水文節(jié)律，進(jìn)而便于湖泊的生態(tài)目標(biāo)管理，既達(dá)到湖泊的生態(tài)效益，又可達(dá)到水資源的高效利用，并促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。