[发明专利]一种人为干扰河流生态需水阈值计算方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种生态需水阈值的计算方法，尤其涉及一种人为干扰河流生态需水阈值计算方法。

背景技术

生态需水对于维持生态系统，特别是水生态系统的结构与功能都有重要的意义。人类活动对于河流生态系统有着巨大的扰动作用，特别是大量水利工程的兴建与运行，改变了河流的形态与功能，对河流生态系统有着显著而广泛的影响。为应对河流生态问题，保护和修复河流生态系统，开发适宜的生态需水计算方法显得十分必要。

目前，计算生态需水的方法很多，可以归纳为水文学法、水力学法、生境模拟法、综合法等几大类。其中，以水文学法的应用最为广泛。水文学法较为简单，需要的历史资料和实地调查工作都较少，比较适用于宏观规划和资料较为缺乏的地区使用。有研究把包括河流、湖泊、湿地、旱地自然植被和城市自然系统在内的各类型生态系统作为相互作用的整体，应用水文学方法计算整个流域生态需水量，在水资源配置和流域生态管理中有广泛的应用空间(如专利一种生态环境需水阈值的计算方法，申请号200910162568)。针对城市、湖泊、河流等特定区域，也出现了相应的生态需水计算方法(如专利“城市生态需水分析技术”，申请号200910169800；“基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术”，申请号200910170085；“基于分区贡献法的河流生态需水分析技术”，申请号200910170087)。

但目前生态需水计算方法得到的结果往往是一个固定的值，而非区间性的阈值范围。由于缺乏明确的生态学意义，当生态需水的用水量增加或减少时，其为生态系统所带来的价值或损失也无法进行有效而定量的评估。栖息地方法建立了目标物种栖息地与河流径流量之间的定量关系，可以有效地解决水文学方法存在的问题。但目前的栖息地方法很少考虑人为干扰下，尤其是大量水利工程的兴建与运行，使得河流水文情势受到了严重的干扰，改变很大。特别是在汛期，由于防洪与兴利的考虑，径流的改变程度很大，而汛期对于生态系统多样性的形成和维持具有重要的意义。为了解决这些问题，有必要在栖息地方法基础上进行改进，为受人为扰动较大的河流行生态保护、生态修复以及水利工程生态调度提供一种适宜的生态需水计算方法。

发明内容

本发明以栖息地法为基础，首先选择目标物种，得到目标物种栖息地适宜性曲线。构造水力学模型，模拟不同径流量条件下河流水深、流速、基质等因素的分布情况。然后依据目标物种适宜性曲线，计算在不同径流量条件下目标物种加权可用面积，从而建立径流量与加权可用面积之间的关系。然后，利用历史水文资料，得到目标物种栖息地(加权可用面积)的时间序列。进而应用Mann-Kendall方法找出加权可用面积的突变点，确定自然条件下目标物种栖息地变化阈值，从而求得目标物种适宜径流阈值，亦即河流生态需水阈值。其具体步骤为：

(1)选定对象物种，得到其适宜性曲线。目标物种一般选择鱼类，这主要是因为鱼类是水生态系统中的顶级群落，对其它类群的存在和丰度有着重要的指示作用。

(2)进行河道水力学模拟。对河道进行水力学模拟，以确定河道内水深、流速、基质等因素的分布情况。结合实际情况，可选用一维、二维或三维水力学模型进行模拟。

(3)计算不同径流量条件下目标物种加权可用面积，建立河流径流量与目标物种栖息地之间的定量关系。

(4)根据河流历史水文资料得到目标物种栖息地(加权可用面积)时间序列曲线。水文资料要包含河流水利工程兴建使用之前若干年的径流量数据。

(5)使用Mann-Kendall方法判断目标物种栖息地(加权可用面积)时间序列曲线的突变点，确定自然条件下目标物种栖息地变化阈值，进而得到生态需水阈值。

附图说明

附图为本发明建立的生态需水阈值计算方法流程图。

具体实施方式

以二维水力学模型为例，本发明的具体实施按照以下步骤进行：

(1)选定对象物种，得到其适宜性曲线。

(2)进行河道水力学模拟。选用二维河流模型River2D进行河道水力学模拟。

River2D模型的控制方程是圣维南方程组，由三个方程组成：