[发明专利]一种生态环境需水阈值的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种生态环境需水阈值的计算方法，尤其涉及一种基于生态系统健康等级法和恢复等级方案法的生态环境需水计算方法。

背景技术

生态环境需水是维持生态系统正常结构和功能的重要基础，也是水资源配置中必须要考虑的重要因素。目前，国内外多集中在对河道生态环境需水的评估，如包括河道流量与鱼类生息环境关系，河流流量、水生生物与溶解氧三者之间的关系，水生生物指示物与流量之间的关系等领域的评估其估算方法主要有基于水文学参数的7Q10法、Tennant法；基于水力学参数的R₂CROSS法、湿周法以及基于生态学基础的IFIM法、BBM法等。对于其他类型生态系统需水量的研究，如旱地植被、湖泊、湿地、河口、城市等虽有研究，但都是针对单一生态系统，没有形成一套完整的需水量评估体系和计算方法，实践中多以水资源管理部门对这些生态系统的配水量来确定其需水量。因此目前的生态环境需水的计算方法难以从生态系统自身对水分需求的角度确定其生态环境需水量，更缺乏考虑各类型生态系统之间的关联与相互作用，忽视生态系统的整体健康水平与水资源的关系。另外，现有的多数成果均为一确定量值，而非区间值。根据自组织理论，生态系统能够承受一定范围内的水量变化，但如果水量的减少或增大超过系统的承受范围，系统的自组织能力和自调整能力将丧失，鉴于这种阈值性的客观存在，现有的研究成果并不能客观地指示生态系统水分需求与其健康程度的关系。为了维护生态系统健康并指导水资源管理部门的生态水配置，有必要建立一种解决上述问题的生态环境需水的评估方法。

发明内容

本发明将各类型生态系统作为相互作用的整体，包括河流、湖泊、湿地、旱地自然植被和城市自然系统在内，在综合分析的基础上，提供一种基于生态系统健康等级法和恢复等级方案法的生态环境需水计算方法。

本发明可通过下述技术方案实现：

(1)等级划分模式

根据生态环境需水安全阈值理论，将生态环境需水划分为最小、适宜和理想等不同等级，等级划分方法如附图所示，水量在最小和理想范围内是流域生态系统健康的保障，最小生态环境需水量是计算的重点。对于不同级别的生态环境需水，从水文学和生态学角度对其内涵进行界定，具体如下：

最小生态环境需水量是指需水主体(河道、湖泊、湿地、河口、城市、林地及流域整体等)存在以便维持系统基本生态过程不出现生存危机(断流、干涸、严重淤积)所需要的最小水量(流量)，低于这一水量，将发生系统的劣变。不同的生态系统类型，由于其生态特征的差异，最小需水量的内涵不尽相同。对河道系统而言，不同的河道形态对应于一定的水文参数，最小需水量与河道水文特征和形态特征密切相关，河道水文特征是河道最小需水量的表征因素，河道形态则是河道最小需水量的影响因素。对河流而言，称其为最小生态基流量；对于其它生态系统类型而言，称为最小生态需水。

适宜生态环境需水量是指需水主体(河道、湖泊、湿地和河口)保持其物理整合性(如栖息地整合性)、化学整合性和生物整合性所需的水量。整合性的判定需要考虑：栖息地类型的完整性和适宜比例，化学组分及含量的适宜性，生物数量的完整性和物种多样性。适宜生态需水更多的考虑生态系统对水的需求，不仅包括适宜的水量和一定的水质，且包括一定的持续时间和合理的空间布局。对于河流而言，称其为适宜生态基流量；对于湖泊而言，称其为适宜水位；对于其它生态系统类型而言，称为适宜生态需水量。

理想生态环境需水量是指需水主体(河道、湖泊、湿地和河口)在保持生态整合性的基础上，发挥期望的生态和环境功能所需要的水量，主要决定于所期望的生态目标与生态环境功能类型。它从水资源状况和配置能力出发，受调控因素的影响，确定期望的生态目标和功能类型，据此确定理想的需水量。

划分方法如表1所示：

表1生态环境需水等级中各指标的划分方法

(2)生态环境需水计算模型

从生态系统整体考虑生态环境需水计算模型的建立，其基本思路是：生态环境需水是生态需水和环境需水的函数，即：

W_E(t)＝F(E_C(t)，E_N(t))                        (1)

其中

E_C(t)＝F(P_W(t)，H_W(t)，S_W(t)，R_B(t))                    (2)