[发明专利]基于系统协同理论的生态流量计算方法

说明书

本发明公开了基于系统协同理论的生态流量计算方法，属于河流生态环境技术领域，通过物理栖息地模拟法绘制流量‑有效栖息地面积关系曲线，有效栖息地面积最大时对应的流量为河流最适宜生态流量，流量‑有效栖息地面积关系曲线第一个明显转折点对应的流量作为河流最小生态流量，并将河流最适宜生态流量、河流最小生态流量分别作为河流生态流量阈值的上、下限；从系统的角度分析河道外社会经济用水与河流内生态需水之间的关系，计算社会经济用水量与河流生态流量之间的协同贡献度和系统协调度，将系统协调度最大时的生态流量作为协同最优生态流量。本发明可以协调社会经济用水量和生态流量之间的矛盾。

技术领域

本发明属于河流生态环境技术领域，具体的涉及基于系统协同理论的生态流量计算方法。

背景技术

随着社会经济的不断进步和人类对河流水资源开发利用强度越来越大，河流生态流量不断被社会生产生活用水挤占，河流原始生态系统遭受严重破坏；为维持河流基本形态、保护河流生态系统的基本功能，关于河流生态流量的研究越来越多。生态流量的研究在内涵上非常丰富，有关生态流量的称谓也未统一，主要有：生态用水、生态需水和生态环境需水量等。各种概念之间的界限并不明确，时常出现相互替代。本发明中的河流生态流量是特指河道内流量，即在某一个特定河流或河段保持现有水生栖息地和鱼群的足够水量。

生态流量的计算方法已超过200种，整体而言，这些方法可分为4类：水文学方法、水力学方法、综合评价法和生境模拟法：

(1)水文学方法又称快速评价法或标准设定法。通过分析历史水文数据，或由历年均值取百分比，或对特征年份、特征月份流量统计分析，从而对生态流量的进行简单的评估。比较具有代表性的方法有：Tennant法、7Q10法、流量历时曲线法等；

(2)水力学方法将流量变化与河道水力参数、几何参数联系起来量化河道内需水，其依赖于河道流速、水深、河宽、湿周等水力参数及断面特征来确定生态流量。目前常用的方法有湿周法、R2CROSS法、WSP水力模拟法等；

(3)综合评价法是从河流生态系统整体出发，综合考虑河流各项服务功能，从而确定河流生态流量过程的一类方法。其代表方法如南非的建块法(BBM)、澳大利亚的基准测流法(DRIFT)；

(4)生境模拟法是以特定水生物种的栖息地模拟为基础，将河道物理结构、河流水文特征及目标物种生境需求信息相结合，进而计算生态流量的一种方法。该方法是是建立在水力条件对物理生境影响的基础上的一种新方法，因为生境模拟法可定量化，并且是基于生物原则，所以目前被认为是最可信的评价方法。它目前被美国鱼类和野生动物服务组织推荐为生态需水计算服务唯一具备法律可信性的方法。其代表性方法有河道内流量增量法(IFIM)法、生物空间最小需求法、有效宽度法等。

综合来看，水文学方法注重对历史水文资料的运用，简单迅速，但是并未考虑到研究河段的生物信息，得出的生态流量缺乏生态学意义。水力学法涉及比较多且具体的河流要素，但往往忽视了水流流速变化，对具体水生生物不同生命阶段的需求缺乏考虑，故适合小型或流量较小，泥沙含量小，水环境污染不明显的河段。综合法综合考虑了专家意见、现场调查、实测天然日流量系列，强调河流是一个生态系统整体，其操作难度比其他的方法难度大得多，也不利于普通学者的研究。而生境模拟法中的河道内流量增加法(IFIM法)以栖息地模型方法为核心，把栖息地指示生物对水深、流速和水质因子的喜好性纳入考虑，之后通过建立流量与栖息地面积之间的关系找到最优生态流量，越来越得到生态学者的重视。栖息地模型方法能够从生物角度出发，考虑指示生物对水体流速、水深以及水质因子的要求，体现出生态流量的生物学意义。

但是，生境模拟法只单一考虑了河流生态流量的需求，难以协调水资源短缺地区河流生态流量和社会经济用水量之间的矛盾。所以，本发明提出一种基于系统协同理论的河流生态流量评价方法，用以确定一个生态效益和社会经济效益相协调的最优河流生态流量。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供基于系统协同理论的生态流量计算方法，能计算出最优生态流量，协调社会经济用水量和生态流量之间的矛盾。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：基于系统协同理论的生态流量计算方法，包括以下步骤：