[发明专利]一种面向生态服务功能维持的湿地生态需水计算方法

说明书

技术领域

本发明属于资源环境保护领域，涉及一种面向生态服务功能维持的湿地生态需水计算方法。

背景技术

湿地生态需水是维持其生态系统正常结构和功能的重要基础，合理确定湿地生态需水量，利用水文要素对湿地生境进行重塑是维护湿地生态系统健康的必要条件，也是水资源合理配置的必然要求。目前湿地生态需水研究多停留在概念提出、定性分析上，具体估算方法多以水平衡原理为基础，根据经典的水文计算公式来估算湿地生态需水量，主要有湿地分级计算法、生态水文分析法等。在湿地分级计算方法中，湿地生态需水包括植被需水量、蒸发需水量、土壤需水量、动物需水量、野生生物栖息地需水量以及景观建设需水量等，根据湿地生态需水量的阈值性理论，划分面向不同湿地管理目标的最大、适宜、最小生态需水量等级；生态水文分析法土要借助于统计学方法对湿地生物数据与水文数据的相关性进行分析，进而确定湿地生态需水量，其中水文数据多为水量、水面或水位等单一要素。湿地多为水文条件复杂的生态系统，上述方法所获得的湿地生态需水量研究成果(年需水量或年均水位)难以指导湿地水资源管理，且常常因结果过于单一导致湿地系统修复与维护的片面性。国外近些年也有专家学者提出面向近自然流态的湿地生态需水，该方法倾向于湿地原始状态的重塑，而忽略了人类因素，因过于理想化而缺乏湿地管理决策的实践基础。为维护湿地生态系统合理的结构和功能，有必要建立一种能解决上述问题的湿地生态需水定量估算方法。

发明内容

本发明从湿地生态服务功能及其价值维护的角度入手，提出一种面向生态服务功能维持的湿地生态需水计算方法，该技术可实现以维护特定生态服务功能价值为目标的湿地关键水文要素的定量评估，不仅可以克服传统计算方法中仅以水量或水位作为湿地生态需水计算成果的不足，更加适应湿地水文复杂的特征；同时也可增强人们对湿地生态需水调控的认同感与归属感，降低湿地生态需水调控管理的难度。本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：首先，对湿地生态服务功能价值进行定量评估，筛选可量化的湿地关键水文要素；然后，对湿地生态服务功能与关键水文要素进行灰色绝对关联分析与优势分析，确定水文要素的重要性排序；最后，采用三次样条函数对各关键水文要素与湿地生态服务功能总价值进行插值，确定满足最优生态服务功能价值的湿地水文要的素阈值范围。其具体的步骤如下：

(1)湿地生态服务功能价值核算

湿地生态服务功能主要包括物质生产、休闲娱乐、科学研究、调蓄洪水、涵养水源、固碳释氧、生物栖息地、营养循环等，其价值估算可分别采用市场价值法、旅行费用法、Costanza系数法、影子工程法、影子价格法、碳税法、替代费用法、成果参照法等。特定湿地生态系统具有其相应的主导生态服务功能，可采用上述方法分别计算各类生态服务功能价值。

在此基础上，本技术中采用综合价格指数消除通胀的影响，见公式(1)：

ESV＝ESV′/D    (1)

式中，ESV为标准化的湿地生态服务功能价值，ESV′为计算得到的湿地生态服务功能价值，D为综合价格指标。

(2)湿地关键水文要素筛选

湿地水文要素复杂，其生态需水要素包含水面面积、水位(水深)、水文连接度等水文状态指标和水位波动、来水大小、频率、持续时间、换水周期等水文过程指标。采用主成份分析法对湿地关键水文要素进行筛选。

首先，取n年统计数据，每年均有p个水文要素，形成数学矩阵X。先对变量进行标准化，使每一个变量的数学期望为零，得到标准化数据矩阵Z。