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      一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法

      文檔序號(hào):10613565閱讀:500來(lái)源:國(guó)知局
      一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及以生物多樣性保護(hù)為目標(biāo)的一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法,所述方法的步驟如下:建立生物量與徑流量相關(guān)關(guān)系;選擇計(jì)算時(shí)段;計(jì)算臨界流量。本發(fā)明采用同步系列水文年鑒資料和漁業(yè)資料,建立流量?魚(yú)類捕撈量同步變化關(guān)系,在避免摻入主觀因素的條件下,對(duì)河流維持生物量的臨界流量進(jìn)行計(jì)算。為確定河流對(duì)應(yīng)的臨界流量對(duì)于河流生態(tài)安全管理與調(diào)控提供了切實(shí)可行的計(jì)算方法。為保護(hù)生物完整性,避免河流生物繁殖條件的破壞、生物量減少,以及河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能衰弱提供了科學(xué)的依據(jù)。在缺乏河流生物觀測(cè)試驗(yàn)研究的情況下,本發(fā)明所述方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。
      【專利說(shuō)明】
      一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001] 本發(fā)明涉及一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法,是一種生態(tài)水文計(jì)算方法,是 一種適用于不同類型河流,以生物多樣性保護(hù)為目標(biāo),以維持生物量對(duì)應(yīng)的河流生態(tài)水文 條件為參考指標(biāo)的計(jì)算方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 生態(tài)水文季節(jié)的概念表明:河流生態(tài)系統(tǒng)一年內(nèi)隨水文情脈動(dòng),由汛前期、汛期、 汛后枯水期構(gòu)成一個(gè)完整的生理變化周期。每一個(gè)季節(jié)的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)不同。維持生物量 的臨界流量時(shí)間與汛前期相對(duì)應(yīng)。汛前期生態(tài)流量考慮目標(biāo)水體生物生存繁衍對(duì)河流生境 的要求,通過(guò)分析水域水文、水力特性對(duì)生物完整性影響,維持一種臨界狀態(tài)的流量,當(dāng)流 量持續(xù)小于這個(gè)數(shù)值時(shí),將破壞生物繁殖條件,導(dǎo)致物種減少,降低生物完整性。因此保護(hù) 生物多樣性的臨界流量對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)的健康意義重大。
      [0003] 本項(xiàng)技術(shù)通過(guò)將生物多樣性轉(zhuǎn)化為生物量的分析,建立生物量與徑流量同步變化 關(guān)系,計(jì)算過(guò)程規(guī)范、無(wú)個(gè)人偏好,物理意義明確,計(jì)算出的臨界流量有對(duì)應(yīng)的河流生物量 的物理參數(shù)支持。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004] 本發(fā)明提出了以生物多樣性保護(hù)為目標(biāo)的一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法。 所述方法采用同步系列水文資料和漁業(yè)資料,建立流量-魚(yú)類捕撈量關(guān)系,在缺乏系統(tǒng)的河 流生物觀測(cè)試驗(yàn)的情況下,所述方法具有很強(qiáng)的可操作性。
      [0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法,其特征在于, 所述方法的步驟如下: 建立生物量與徑流量相關(guān)關(guān)系的步驟:用于利用實(shí)測(cè)資料,河川年徑流量系列{ ft, 〇2,……&},同期的漁業(yè)捕撈量系列{ /?,/f2,……/?,以多年平均值進(jìn)行模數(shù)化得到無(wú)量 綱系列{ Φ,Φ,......% }和{ W,呢,......Wn); 選擇計(jì)算時(shí)段的步驟:用于用同步變化的?與?過(guò)程,分析與徑流量衰減相關(guān)的 生物量衰退臨界狀態(tài); 計(jì)算臨界流量的步驟:用于通過(guò)對(duì)?進(jìn)行"衰退一減少一恢復(fù)"分析,在其底部圍繞 漁業(yè)捕撈量最低點(diǎn)I的兩個(gè)水文年內(nèi),取枯水季節(jié)連續(xù)月份的月徑流分別為:出現(xiàn)%之前{ Xl、X2、...... 1?}、出現(xiàn)1之后{/1、/2、....../λ},{>}表示re之前月份的徑流、{/}表示re之后月 份的徑流,對(duì)應(yīng){>}、{/}的生物量為6、》>,以如下公式計(jì)算臨界流量&:
      : Δ w = ( We 一 Wx ) + { Wy 一 We) = ( Wr 一 Wx) = 0 在獲得&的同時(shí),對(duì)應(yīng)的生物量為I。
      [0006] 上述方法來(lái)自于以下核心思路: 1、模型推導(dǎo): 眾多的研究表明,魚(yú)類多樣性^取決于河川徑流量0以及水體質(zhì)量C,因此有: D = n Q,0 (1) 獲取魚(yú)類多樣性的資料是最關(guān)鍵的第一步,對(duì)于大規(guī)模計(jì)算這實(shí)際上不太可能。事實(shí) 上,即使小規(guī)模的系統(tǒng)性實(shí)測(cè)魚(yú)類生物資料也很缺乏,更缺少直接的魚(yú)類多樣性資料系列, 生物量信息實(shí)際上也難以獲得。以下兩個(gè)假定至關(guān)重要: (1)以魚(yú)類生物量與流量關(guān)系來(lái)代替魚(yú)類多樣性與流量的關(guān)系 從理論上講,在一定的空間內(nèi)生物量越高,就有可能存在更多的物種。對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng) 的魚(yú)類來(lái)說(shuō),該理論也是適用的,即在魚(yú)類生物量高的情況下,魚(yú)類生物多樣性較為豐富。 很多觀測(cè)試驗(yàn)表明,在排除外來(lái)物種入侵等因素的情況下,可以認(rèn)為魚(yú)類生物量變化基本 能夠反映魚(yú)類多樣性變化。
      [0007] (2)以魚(yú)類捕撈量的變化趨勢(shì),反映魚(yú)類生物量的變化趨勢(shì) 生物量是指某一時(shí)段,單位面積或單位水體中所積存的有機(jī)物質(zhì)。魚(yú)類生物量是指魚(yú) 類群落的重量,由不同魚(yú)種綜合構(gòu)成。魚(yú)類生物量多的年份,魚(yú)類的年捕撈量也會(huì)相對(duì)較 多,魚(yú)類捕撈量的變化趨勢(shì)基本能反映魚(yú)類生物量的變化趨勢(shì),因此以魚(yú)類捕撈量變化可 以近似地代替生物量變化。假定漁業(yè)捕撈量的年際變化與魚(yú)類生物量的變化同步。
      [0008] 通過(guò)上述分析,可以利用漁業(yè)資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料,用流量與魚(yú)類捕撈量的關(guān)系代 替流量與魚(yú)類多樣性的關(guān)系。將漁業(yè)捕撈量進(jìn)行無(wú)量綱處理:以年度漁業(yè)捕撈量除以多年 平均漁業(yè)捕撈量,得到相對(duì)漁業(yè)捕撈量,這種相對(duì)量可以近似看成魚(yú)類生物量的相對(duì)量。
      [0009] 由此,對(duì)于式(1)可用生物量(漁業(yè)捕撈量)/f代替生物多樣性指數(shù)A其隨時(shí)間? 變化,有如下的關(guān)系:
      (2) 水體質(zhì)量的理解同樣至關(guān)重要。從流域生物多樣性而言,魚(yú)類生存進(jìn)化競(jìng)爭(zhēng)依賴的水 品質(zhì)是具有本流域生理生化結(jié)構(gòu)的本土水,反映了本流域固有的特征。因此,一個(gè)特定流域 的生物多樣性是由本土水發(fā)育形成的,不僅僅要排除水污染因素,也要排除外來(lái)引水因素, 正常的魚(yú)類多樣性是在本土水的固有環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn),因此有:
      (3)
      [0010]式(3)表明,??具有一致的同步性,此既為考慮生物多樣性的臨界流量計(jì) 算模型。
      [0011]當(dāng)徑流量出現(xiàn)衰減并探底回升,如果生物量也隨之同步出現(xiàn)相似過(guò)程,根據(jù)恢復(fù) 生態(tài)學(xué)原理,可以判定生物多樣性的變化在可恢復(fù)范圍內(nèi),既: 此時(shí)對(duì)應(yīng)的流量弘,為維持生物量的臨界流量。 (4)
      [0012] 2、計(jì)算方法: (1)資料獲取與處理:利用實(shí)測(cè)資料,河川年徑流量系列{必,?,···&},同期的漁業(yè)捕 撈量系列{ /?,/f2,……/?;以多年平均值進(jìn)行模數(shù)化得到無(wú)量綱系列{ Φ,吸,…辦}和{ (η,奶。漁業(yè)捕撈量相對(duì)量的變化,能夠反映魚(yú)類生物量的變化過(guò)程。
      [0013] ⑵選擇計(jì)算時(shí)段:由同步變化的〇^與^~(過(guò)程,分析與徑流量衰減相關(guān)的生物量 衰退臨界狀態(tài)。根據(jù)恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理,生態(tài)系統(tǒng)具有緩沖環(huán)境變化的能力。群落的結(jié)構(gòu)在形 態(tài)和生理方面對(duì)自然環(huán)境的變化具有一定的自我調(diào)節(jié)、自我組織和自我恢復(fù)的能力,能維 持一定的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)河流持續(xù)處于低流量狀態(tài)時(shí),魚(yú)類由于來(lái)不及調(diào)整自身的生理特性, 生長(zhǎng)和繁殖都受到限制。當(dāng)這種脅迫的時(shí)間超過(guò)一定范圍時(shí),敏感物種將大量消亡,部分生 態(tài)位較寬的魚(yú)種相對(duì)可以維持,但生長(zhǎng)不良。當(dāng)下一個(gè)水文年的流量增加時(shí),流量條件對(duì)魚(yú) 類的生存限制性降低,如果魚(yú)類生物量能夠回升或增加,表明上一個(gè)水文年的流量對(duì)魚(yú)類 群落的影響仍在其可忍受的范圍內(nèi);如果隨著流量的增加,魚(yú)類的生物量仍然持續(xù)降低,則 表明生物資源已經(jīng)遭受到破壞。上述分析表明,在接近生物量衰退臨界狀態(tài)時(shí),生物量變化 是一個(gè)探底反彈過(guò)程。所謂的維持生物量的臨界流量要能夠反映生物量這種"衰退一減 少一恢復(fù)"的變化過(guò)程。
      [0014] (3)計(jì)算臨界流量:通過(guò)對(duì)?進(jìn)行"衰退一減少一恢復(fù)"分析,在其底部圍繞最低 點(diǎn)》^兩個(gè)水文年內(nèi),取枯水季節(jié)連續(xù)月份的月徑流分別為:出現(xiàn)&之前{ Ζ1、Ζ2、......、出 現(xiàn)I之后{ /1、72、 /^}。對(duì)應(yīng)!>}、{/}的生物量為~、吟。以如下公式計(jì)算臨界流量弘:
      (5) ^ W=(,We~Wx) Jr(,Wy~We) =( Ψχ~Ψχ) = 0 (6) 在獲得&的同時(shí),對(duì)應(yīng)的生物量為I。
      [0015] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明采用同步系列水文資料和漁業(yè)資料,建立流量-魚(yú)類捕撈量關(guān)系,以無(wú)量綱的漁業(yè)捕撈量的變化近似替代無(wú)法觀測(cè)的生物量變化,對(duì)河流 維持生物量的臨界流量進(jìn)行計(jì)算。為大規(guī)模分析河流生物多樣性與河川徑流的定量聯(lián)系提 供了有效手段。在缺乏系統(tǒng)的河流生物量觀測(cè)試驗(yàn)的情況下,本發(fā)明所述方法具有很強(qiáng)的 實(shí)用性和可操作性。
      【附圖說(shuō)明】
      [0016] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述計(jì)算實(shí)例的松花江徑流量和漁業(yè)捕撈量關(guān)系示意 圖。
      【具體實(shí)施方式】 [0017] 實(shí)施例: 本實(shí)施例是以保障生物完整性為目標(biāo)的一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法。本實(shí)施 例所稱的臨界流量,是以最小的水量維持水生生物的繁衍條件。魚(yú)類是水生態(tài)系統(tǒng)的頂級(jí) 生物,其生物量的變化能夠代替生物量的變化。物種多樣性和物種豐富度關(guān)系密切,物種越 多,生物量也越豐富;很多觀測(cè)試驗(yàn)表明,在沒(méi)有外來(lái)物種入侵的前提下,生物量豐富也反 映了物種完整性。
      [0018] 充分利用漁業(yè)資料信息,以無(wú)量綱化處理的魚(yú)類捕撈量變化近似代替魚(yú)類生物量 變化,也反映了水生態(tài)系統(tǒng)的生物量變化。
      [0019] 所述方法的具體步驟如下: 建立生物量與徑流量相關(guān)關(guān)系的步驟:用于利用實(shí)測(cè)資料,河川年徑流量系列{ ft, 〇2,……α},同期的漁業(yè)捕撈量系列{ /?,/r2,……/?,以多年平均值進(jìn)行模數(shù)化得到無(wú)量 綱系列{ Φ,Φ,......0? }和{ (η,奶,......Wn); 選擇計(jì)算時(shí)段的步驟:由于由同步變化的?與》^ ?過(guò)程,分析與徑流量衰減相關(guān)的 生物量衰退臨界狀態(tài); 計(jì)算臨界流量的步驟:用于通過(guò)對(duì)?進(jìn)行"衰退一減少一恢復(fù)"分析,在其底部圍繞 漁業(yè)捕撈量最低點(diǎn)I的兩個(gè)水文年內(nèi),取枯水季節(jié)連續(xù)月份的月徑流分別為:出現(xiàn)I之前{ n...... &}、出現(xiàn)I之后....../λ},對(duì)應(yīng)!>}、{/}的生物量為&、r7,以如下公式計(jì) 算臨界流量弘:
      且 ?茜足:Δ re - Wx ) + { Wy 一 We) = { Wy 一 Wx) = 0 在獲得&的同時(shí),對(duì)應(yīng)的生物量為re。
      [0020] 具體計(jì)算實(shí)例: 以松花江哈爾濱站和佳木斯站為例。圖1為無(wú)量綱實(shí)測(cè)年徑流量g與漁業(yè)捕撈量⑷勺變 化關(guān)系??梢钥闯?與^~ ?的變化趨勢(shì)如同式(3)描述高度一致,即隨著流量的增加,魚(yú) 產(chǎn)量增加,反之亦然。從1977至1979年的連續(xù)3年,流量持續(xù)減少,1979年達(dá)到最低值,相應(yīng) 的漁業(yè)量也持續(xù)走低,1979年降到最低值。
      [0021] "衰退一減少一恢復(fù)"過(guò)程:1977-1979年的持續(xù)枯水年,使得魚(yú)類的生存環(huán)境遭受 破壞;1978-1979水文年的枯水期,魚(yú)類的生存環(huán)境變得惡劣,生長(zhǎng)繁殖受到限制,導(dǎo)致魚(yú)產(chǎn) 量大幅度下降,但此時(shí)的流量條件仍然在某些魚(yú)類可以承受的彈性范圍內(nèi)。由于部分魚(yú)種 的消亡,1979年的魚(yú)產(chǎn)量降到最低值;1980年流量增加后,魚(yú)產(chǎn)量有所回升,說(shuō)明了絕大部 分魚(yú)類的生命和繁殖能夠得以延續(xù),但其產(chǎn)量回升的幅度很小,說(shuō)明魚(yú)類群落恢復(fù)的滯后 性。分析表明1979-1980年處于臨界狀態(tài)。
      [0022] 以1978-1980兩個(gè)水文年,取10月至次年5月,為計(jì)算時(shí)段。以式(5)計(jì)算,得到哈爾 濱站和佳木斯站的臨界流量分別為28.3%和26.3%。在此流量下,魚(yú)類生物量能維持在多年 平均值的51.8%左右,保存了部分魚(yú)類物種資源,意味著在流量增加的情況下,魚(yú)類具有恢 復(fù)能力。
      [0023]最后應(yīng)說(shuō)明的是,以上僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳布 置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù) 方案(比如數(shù)據(jù)采集的方式、計(jì)算公式的應(yīng)用、步驟的先后順序等)進(jìn)行修改或者等同替換, 而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1. 一種維持生物量的臨界流量計(jì)算方法,其特征在于,所述方法的步驟如下: 建立生物量與徑流量相關(guān)關(guān)系的步驟:用于利用實(shí)測(cè)資料,河川年徑流量系列{化, 化,……化},同期的漁業(yè)捕拱量系列{折,,……府},W多年平均值進(jìn)行模數(shù)化得到無(wú) 量綱系列{ 01,92,......斯}和{>1,狀2,......心}; 選擇計(jì)算時(shí)段的步驟:用于用同步變化的g~t與r~?過(guò)程,分析與徑流量衰減相關(guān)的 生物量衰退臨界狀態(tài); 計(jì)算臨界流量的步驟:用于通過(guò)對(duì)r~?進(jìn)行"衰退一減少一恢復(fù)"分析,在其底部圍繞 漁業(yè)捕拱量最低點(diǎn)re的兩個(gè)水文年內(nèi),取枯水季節(jié)連續(xù)月份的月徑流分別為:出現(xiàn)We之前 1>1、J2、 Λ }、出現(xiàn)We之后{乃、......7。},{>}表示W(wǎng)e之前月份的徑流、{/}表示W(wǎng)e 之后月份的徑流,對(duì)應(yīng)U}、{7}的生物量為、吟,W如下公式計(jì)算臨界流量化:且方馬足:4 W = (We-Wj ) + (吟-We )=(吟―府:)=0 在獲得化的同時(shí),對(duì)應(yīng)的生物量為We。
      【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105976255SQ201610313192
      【公開(kāi)日】2016年9月28日
      【申請(qǐng)日】2016年5月12日
      【發(fā)明人】陳敏建, 豐華麗, 馬靜, 王高旭, 王立群, 黃昌碩, 黃利群, 閆龍, 楊貴羽, 楊玨, 陳波, 尚靜石
      【申請(qǐng)人】中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
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