[发明专利]基于水生态系统健康的大型湖泊分区水质目标制定方法

说明书

本发明公开了基于水生态系统健康的大型湖泊分区动态水质目标制定方法。本发明以湖泊水动力生态模型为基础，在分区分时段水量与水质情景设计的基础上，通过开展不同水文条件及污染物浓度情景下藻类水华和沉水植物群落变化数值试验，建立水生态系统健康评估模型，根据水生态指标的演化趋势，来动态确定大型湖泊水不同阶段不同湖区总氮、总磷等主要污染物指标浓度控制目标。本发明方法提高了大型湖泊水质目标制定的时空分辨率，为湖泊水环境精细化管理提供了可能，而且方法在考虑水体的使用功能的同时，充分考虑了不同水文水质条件下不同湖区水生态系统的对水质变化响应的差异，据此确定的大型湖泊不同阶段不同湖区水质目标也更加科学、合理。

技术领域

本发明属于湖泊水环境技术领域，涉及一种基于水生态系统健康的大型湖泊分区动态水质目标制定方法。

背景技术

湖泊水质目标管理是确保湖泊供水安全的重要基础。将污染物排放量控制在河湖水体功能发挥所允许的范围之内是河湖水环境治理的关键，实施“水质目标管理”是欧美国家长期环境管理的成功经验。目前，发达国家水环境管理普遍以贯彻“水质目标管理”为前提。到目前为止，国内外目标水质制定主要以水环境质量基准为理论依据。水质标准的制定几乎完全由水体使用功能确定，较少考虑水体特征和生态系统结构的影响，在确定水质目标时往往采取一刀切的做法，几乎均忽视了水质状况对浮游植物、浮游动物及水生植物等水生态系统要素的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水生态系统健康的大型湖泊分区水质目标制定方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于水生态系统健康的大型湖泊分区动态水质目标制定方法，包括如下步骤：

步骤1：水文、气象、水质与水生态数据收集；

步骤2：出入湖河道流量与湖体水质情景设计；利用出入湖河道长系列逐日流量数据，进行流量频率统计分析，得到每条河道每月多年平均及不同保证率下的出入湖流量情景；利用湖体水质监测数据，计算湖体各计算单元不同月份各指标均值；以此为基准，生成每项指标每月不同浓度下的水质情景；

步骤3：湖泊三维水动力富营养化生态模型建立；建立笛卡尔压缩坐标系下湖泊三维水动力模型，以及三维富营养化生态模型，将二者进行耦合；进行模型参数率定与模型验证；

步骤4：模型初始场设置与外部函数处理；读取初始时刻湖泊水质与水生态数据，以及模型参数与用户输入参数；其中用户输入参数指用户关心的水质目标计算时段以及流量保证率；读取典型年对应时间段内降水、蒸发、辐射、气温、风场数据；对初值与外部函数进行时间、空间线性插值，处理为模型需要尺度；

步骤5：不同流量与水质情景下湖泊水生态系统演化数值试验；利用河道流量情景及不同分区污染物浓度情景驱动水动力水生态模型，进行水生态要素时空演化的数值模拟，并保存计算结果；重复此步骤，直至所有水文情景、水质情景下水生态模拟完成；

步骤6：水生态系统健康评估模型建立；建立以浮游植物生物量、浮游动物生物量和沉水植物生物量为评价指标的分湖区分时段水生态系统健康评估模型，用以评估各湖区不同时段总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数保持在不同浓度情景下的水生态系统健康状况；

步骤7：分湖区分时段污染物浓度控制目标选取；利用水生态系统评估模型计算不同水文情景和水质情景下的各湖区各月水生态系统健康评估值，若评估值为正，说明水生态系统朝健康的方向发展；评估值若为负，则说明水生态系统朝恶化的趋势发展；最后选取目标函数值最大的水质情景作为分区时段内水质指标浓度控制目标，即水质目标。