一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法技术方案

本发明专利技术属于环境保护技术领域，尤其涉及一种考虑河口生态系统整体平衡的河口生态需水计算方法，包括如下步骤：1)采用开放水体溶氧曲线法计算河口新陈代谢的三个指标值，即每日净生产力、每日呼吸和每日初级生产力；2)建立净生产力对河口淡水输入量和水温的响应关系模型，模拟净生产力对流量和水温变化的响应关系；3)基于响应关系模型及河口生态系统健康标准计算河口生态需水量。本发明专利技术考虑到反映河口生态系统整体状况的功能性指标净生产力，可为河口生态环境保护和修复提供切实的技术支持，具有显著的针对性，且该方法简洁易实现，避免繁琐的计算工作量，适用于我国河口生态需水定量分析，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法
本专利技术属于环境保护
，尤其涉及一种考虑河口生态系统整体平衡的河口生态需水计算方法，解决从生态系统角度定量计算河口生态需水的问题。
技术介绍
河口生态系统处于陆海交汇地带，具有淡盐水混合与营养物富集等独特的环境特征和调蓄洪水与维护生物多样性等重要的生态服务功能。同时，河口也是世界上人口最稠密和经济活动最活跃的地带之一，社会服务功能显著。然而近年来，由于淡水输入量持续减少，我国多数河口而面临着生态系统服务功能受损、河口湿地面积萎缩、生物多样性降低等系列问题。生产、生活和生态需水矛盾造成的生态退化问题已十分突出，严重制约了区域社会经济的可持续发展。因此，定量计算河口生态系统需水量已成为保护河口生态系统健康以及流域水资源管理中关注的重点。生态需水研究分别从水文学、水力学、生境模拟和整体分析等不同角度分析河流、湖泊生态需水规律(Tharme，2003)，河口生态系统受到径流和潮流共同作用的特点，造成河流、湖泊淡水生态系统需水计算方法和需水规律难以直接应用于河口生态系统。现有的河口生态需水技术可从综合多方面需水目标表来考虑，如申请号为CN200910169799.6，名称为多目标整合河口生态需水计算方法的专利技术专利，根据河口淡水入流功能差异，将河口生态需水划分为消耗型需水量和非消耗型需水量两种类型，提出以加和性原则计算消耗型需水，以最大值原则计算非消耗型需水，提供了一种综合多目标要求的河口生态需水计算方法,但由于缺乏不同生态要素相互作用条件下生态过程对淡水输入过程响应关系研究的支持，多目标整合分析方法难以满足不同生态要素的综合需水要求或难以针对生态补水过程提供科学支持的不足逐步体现。目前，河口生态需水分析中，生态系统对淡水输入的相关分析多从结构性指标或典型生物对水文要素的响应关系展开计算相应的需水量。如申请号为CN200910170101.2，名称为基于生境模拟的河口生态需水计算方法的专利技术专利，它通过建立河口典型生物栖息地的盐度时空分布与流量间的定量关系，根据指示物种所需的水文、水力条件来确定河流流量，目的是为水生生物提供一个适宜的物理生境，着重考虑河流生物物种的保护,然而考虑某些生物过程及仅考虑结构性的指标对淡水入流过程要求的差异，往往难以保证生态系统整体平衡。净生产力作为生态系统新陈代谢的主要指标之一，可以很好地反映生态系统整体平衡状况。净生产力表征为生态系统初级生产与总呼吸的差值，当净生产力为正时，光合作用的速率大于呼吸作用速率，该生态系统是自养型生态系统；当净生产力为负时，呼吸作用速率大于光合作用速率，该生态系统是异养型生态系统。自养型生态系统以依靠外界无机盐的输入合成有机物为主来维持生态系统的新陈代谢，并且储存或向外输出有机物。异养型生态系统以从外界环境中摄取现成的有机物为主来维持新陈代谢，向外输出无机盐。所以，净生产力具有反映生态系统整体平衡的功能，如自养过程和异养过程的平衡、有机物的生产及矿物化的平衡、营养盐的吸收及释放的平衡，进而可以判断水体的自养异养状况，指示有机物和营养盐的源和汇。此外，净生产力也是估计水体溶氧损伤的重要指标。目前河口生态需水分析技术主要针对特定生态保护目标计算相应的需水量，计算方法存在难以保证生态系统整体平衡的问题,相应造成目前河口生态需水计算结果将难以保障河口生态系统整体健康的要求。因此，考虑表征生态系统功能的指标净生产力，形成维护河口生态系统整体健康要求的需水计算方法具有显著的实用意义。
技术实现思路
本专利技术针对当前河口生态需水计算方法难以反映生态系统整体平衡状况的问题，提供了一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，在明确净生产力对淡水输入变化响应关系的基础上，定量分析河口生态系统整体需水要求，为河口生态环境保护和修复提供关键技术支持，解决了从保障生态系统健康的角度定量计算河口生态需水的问题。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，包括如下步骤：1)采用开放水体溶氧曲线法计算河口新陈代谢的三个指标值，即每日净生产力、每日呼吸和每日初级生产力；2)建立净生产力对河口淡水输入量和水温的响应关系模型，模拟净生产力对流量和水温变化的响应关系；3)基于响应关系模型及河口生态系统健康标准计算河口生态需水量。进一步的，所述步骤1)中每日净生产力的计算公式如下：NEP(dt)＝(dC/dt)·Z-KD＝[(Ct-Ct-1)/dt]·Z-K[1-St+St-1)/200](1)式中NEP(dt)为从t-1至t时刻水生态系统中由生物过程引起的溶解氧浓度变化，dC/dt为t-1至t时刻水生态系统中的溶解氧浓度变化，Z为监测水深，KD为水-气界面的大气复氧量，其中，K为大气复氧系数，D为饱和溶解氧赤字，Ct、Ct-1分别指t、t-1时刻溶解氧的实际测量值，St、St-1分别指t、t-1时刻水体溶解氧饱和百分数值，从t-1至t时刻由生物过程引起的溶解氧浓度变化在24小时内的累积值即为每日NEP；河口大气复氧系数的计算可采取经验公式，即K＝0.56e0.15x(2)式中K(gO2m-2h-1)为大气复氧系数；x(ms-1)为10m处高度的风速。进一步的,所述步骤1)中每日呼吸的计算公式如下：EP＝(Rn/hn)×24(3)其中，夜间呼吸Rn为夜间溶解氧浓度变化的加和累积值，hn为夜间小时数。进一步的,所述步骤1)中的每日初级生产力为每日呼吸与每日净生产力之和，其计算公式如下：GPP＝NEP+ER(4)进一步的,所述步骤2)具体为通过线性回归分析建立河口生态系统每日净生产力对日均淡水输入量和水温的响应关系模型：NEP＝α+βQ+γT(5)其中，α为常量，β、γ为方程系数；Q为流量，单位为m3s-1，T为水温，单位为℃。进一步的,所述步骤3)具体包括：a.河口生态系统健康标准的选取当GPP在0.8～4.0gO2m-2d-1之间，ER在1.5～5.5gO2m-2d-1之间时，河口生态系统健康状态较好；当GPP小于0.8或在4.0～8.0gO2m-2d-1之间，ER在0.7～1.5或5.5～10.0gO2m-2d-1之间时，河口生态系统健康状态基本满意；当GPP大于8.0gO2m-2d-1，ER小于0.7gO2m-2d-1或大于10.0gO2m-2d-1时，河口生态系统健康状态较差；b.河口生态系统不同健康状况对应的生态需水过程计算根据生态系统三种健康状况对应的GPP和ER的范围，分别计算出对应的NEP范围；根据河口多年月平均水温变化，不同生态健康等级的NEP范围，结合NEP对日均流量和水温的响应关系模型，计算该河口在不同月份不同健康等级下的流量变化范围，即为河口生态系统不同健康状况对应的生态需水过程。进一步的，所述步骤2)中的河口淡水输入量为流量。进一步的，所述24小时是指从当日8:00am至次日8:00am。进一步的，所述监测水深Z为1m。本专利技术的有益效果是：(1)相较于现有技术仅考虑特定生态保护目标计算相应的需水量，本专利技术考虑到反映河口生态系统整体状况的功能性指标净生产力，可为河口生态环境保护和修复提供切实的技术支持，具有显著的针对性。(2)本专利技术在明确净生产力对淡水输入变化和水温响应关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，其特征在于,包括如下步骤：1)采用开放水体溶氧曲线法计算河口新陈代谢的三个指标值，即每日净生产力、每日呼吸和每日初级生产力；2)建立净生产力对河口淡水输入量和水温的响应关系模型，模拟净生产力对流量和水温的响应关系；3)基于响应关系模型及河口生态系统健康标准计算河口生态需水量。

【技术特征摘要】
1.一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，其特征在于,包括如下步骤：1)采用开放水体溶氧曲线法计算河口新陈代谢的三个指标值，即每日净生产力、每日呼吸和每日初级生产力；2)建立净生产力对河口淡水输入量和水温的响应关系模型，模拟净生产力对流量和水温的响应关系；3)基于响应关系模型及河口生态系统健康标准计算河口生态需水量。2.根据权利要求1所述的一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，其特征在于,所述步骤1)中每日净生产力的计算公式如下：NEP(dt)＝(dC/dt)·Z-KD＝[(Ct-Ct-1)/dt]·Z-K[1-St+St-1)/200](1)式中NEP(dt)为从t-1至t时刻水生态系统中由生物过程引起的溶解氧浓度变化，dC/dt为t-1至t时刻水生态系统中的溶解氧浓度变化，Z为监测水深，KD为水-气界面的大气复氧量，其中，K为大气复氧系数，D为饱和溶解氧赤字，Ct、Ct-1分别指t、t-1时刻溶解氧的实际测量值，St、St-1分别指t、t-1时刻水体溶解氧饱和百分数值，从t-1至t时刻由生物过程引起的溶解氧浓度变化在24小时内的累积值即为每日NEP；河口大气复氧系数的计算可采取经验公式，即K＝0.56e0.15x(2)式中K为大气复氧系数，单位为gO2m-2h-1；x为10m处高度的风速，单位为ms-1。3.根据权利要求2所述的一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，其特征在于,所述步骤1)中每日呼吸的计算公式如下：EP＝(Rn/hn)×24(3)其中，夜间呼吸Rn为夜间溶解氧浓度变化的加和累积值，hn为夜间小时数。4.根据权利要求3所述的一种考虑生态系统净生产力的河口生态需水计算方法，其特征在于,所述步骤1)中的每日初级生产力为每日呼吸与每日净生产力之和，其计算公式如下：GPP＝NEP+ER(4)5.根据权利要求1至4任意一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈小梅，孙涛，苏美蓉，杨志峰，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44