一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法，包括依据湿地生态水文格局模型将湿地划分出湿地核心区与湿地生态区，获取湿地数据并确定区域范围；依据临界水分条件计算湿地核心区的范围，利用保证生态系统完整性的面积进行表征确定湿地生态区的范围；将湿地恢复生态环境需水量划分为湿地最小生态环境需水量和湿地适宜生态环境需水量，并分区域进行计算，并将所述稀释净化污染物需水量与湿地生物栖息需水量进行比较，取较大的值计入湿地适宜生态环境需水量。本发明专利技术在湿地核心区和生态区采用不同的方法计算生态环境需水量，符合湿地最小和适宜生态环境需水量所代表的物理学和生态学意义，使得计算结果更加准确。

A Calculating Method for Determining the Water Requirement of Natural Wetland Restoration Eco-environment

The present invention relates to a calculation method for determining the water requirement of natural wetland restoration eco-environment, including dividing wetland into Wetland core area and wetland ecological area according to wetland eco-hydrological pattern model, obtaining wetland data and determining regional scope, calculating the scope of wetland core area according to critical water condition, and using guarantee. The area of ecosystem integrity is characterized to determine the scope of wetland ecological zone; the water requirement of wetland restoration ecological environment is divided into the minimum water requirement of wetland ecological environment and the suitable water requirement of wetland ecological environment, and calculated in different regions, and the water requirement of diluted and purified pollutants and the water requirement of wetland biological habitat are carried out. In comparison, the larger value is taken into account the suitable ecological and environmental water demand of wetlands. The method adopts different methods to calculate the ecological environment water demand in the wetland core area and ecological area, which accords with the physical and ecological significance represented by the minimum and suitable ecological environment water demand of the wetland, and makes the calculation result more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法
本专利技术涉及资源环境领域，具体涉及一种用于确定天然湿地生态环境需水量的计算方法，尤其是针对天然湿地恢复与开发的生态环境需水量的确定，以保障湿地的生态健康和环境稳定。
技术介绍
湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一。在气候变化和人类活动加剧的背景下，我国湿地面积大幅度减少，生态环境不断恶化，湿地的水文循环遭到严重破坏，湿地趋于干旱化，遭到退化的威胁。湿地是水陆系统相互作用形成的独特生态系统，处于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带的自然综合体。水是湿地的“血液”，是导致湿地的形成、发展、演替、消亡与再生的关键，是湿地生态系统中潜育化土壤形成的关键，是维持给养湿生生物物种的关键。湿地生态环境需水是维持其生态系统正常结构和功能的重要基础，合理确定湿地生态环境需水量，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，在生态环境需水方面的研究多集中在河道生态需水方面，包括河道生态需水、河道环境需水以及河道最小生态环境需水量及其计算等。虽然多角度的河道生态环境需水量的计算可以为湿地生态需水研究提供借鉴，但是湿地生态系统与河道生态系统结构存在着显著差异。河道生态需水讨论较多的为河流径流量及断面水文循环特征，生态需水的计算也主要基于多年径流量的分析。而湿地生态需水则主要侧重于湿地植物、湿地土壤和湿地野生生物栖息地的需水规律，突出体现了湿地生态系统作为面域分布的特点。因此，在分析湿地生态需水时，必须从湿地面域特征进行综合考虑，不可以进行简单的套用。目前湿地生态环境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，利用经典的水文计算公式，结合湿地生态系统特征，来估算湿地生态环境需水量。目前此类方法以专利“一种干旱区湖泊湿地生态需水的定量计算方法(申请号201310531072.4)”为代表。大量科研与工程人员在此基础上对湿地生态环境需水量的确定方法进行了进一步的研究，例如专利“一种面向生态服务功能维持的湿地生态需水计算方法(申请号CN201110118182.9)”，将湿地生态系统的复杂特征概化为生态系统服务功能，同时将复杂水文要素简化为关键水文参数进行耦合计算满足生态服务功能的湿地水文要素的阈值范围。然而在计算中，过度重视生态服务价值的估算和关键水文要素的确定，尤其是，生态服务功能的评价是以生态对人类社会提供功能为前提，忽略了湿地生态系统各水文要素与生态要素的自然属性及其相互关系。此外，专利“一种湿地生态层次化需水量分析方法(申请号CN201711026921.5)”，利用遥感方法分离出湿地生态水文结构，分区域、分层次计算湿地生态环境需水量。但是其对湿地生态水文结构的划分简单的依赖遥感影像资料判断水域大小和湿地范围，其划分方法的不具备完整的物理意义，计算结果的生态学效果也不明显。为保障湿地水文特征的合理稳定与湿地生态系统结构和功能，为天然湿地的恢复与开发提供数据支持，有必要寻找一种能较准确的确定湿地生态环境需水量的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前湿地生态环境需水量确定方法在精确度和实用性上的不足，提出一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法，利用湿地水循环过程特点和湿地生态系统格局，建立湿地生态环境需水计算模型，确定天然湿地恢复与开发过程中的生态需水量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法，所述计算方法包括如下步骤：步骤S101，构建湿地生态水文格局模型，并依据湿地生态水文格局模型将湿地划分出湿地核心区与湿地生态区；步骤S102，获取湿地遥感影像数据、生物资料数据、DEM数据及水文气象数据，确定湿地核心区的范围即湿地最小范围与湿地生态区的范围即湿地最适宜范围；步骤S103，利用最小生态水位和最小生态水位下相应的水面面积来表征确定维持湿地核心区水体存在且不发生劣变的临界水分条件，并依据临界水分条件计算湿地核心区的范围；同时，利用保证生态系统完整性的面积进行表征，确定湿地生态区的范围；步骤S104，将湿地恢复生态环境需水量划分为湿地最小生态环境需水量即湿地核心区域需水量和湿地适宜生态环境需水量即湿地生态区需水量，并分区域进行计算；步骤S105，计算稀释和净化湿地污染物的稀释净化污染物需水量，并将所述稀释净化污染物需水量与湿地生物栖息需水量进行比较，取较大的值计入湿地适宜生态环境需水量。优选地，利用临界水分条件的计算湿地核心区的范围的步骤包括：利用ArcGIS平台处理DEM数据与湿地水文气象数据，构建水位、水面面积及相应的水量变化过程关系；计算水位—水面面积变化率曲线，并利用滑动T法或M-K检验法求证真突变点；选择真突变点处的水位作为湿地最小生态水位，计算最小生态水位下相应的水面面积，并利用ArcGIS平台构建湿地核心区的边界范围即湿地最小范围。优选地，利用保证生态系统完整性的面积进行表征确定湿地生态区的范围的步骤包括：当湿地生态系统观测资料较丰富时，根据湿地顶级群落分布发生突变时的湿地面积作为维持湿地生态系统稳定与发展的湿地生态区即湿地最适宜范围；当湿地生物资料不足以支撑寻求湿地生态系统突变点时，根据不同湿地的关键性物种所需求的最佳生态水位及最佳活动范围来确定湿地生态区的边界范围。优选地，所述湿地最小生态环境需水量的计算式为：Wm＝ΔQ+We-Wp-Wb，式中：ΔQ为核心区水体地表净出水，单位为m3；Wm为湿地最小生态环境需水量，单位为m3；We为湿地水面蒸发耗水量，单位为m3；Wp为湿地水面降雨量，单位为m3；Wb为湿地水体与地下水转化量，单位为m3。其中，We＝E0·A×103，Wp＝P·A×103，Wb＝k·I·Ab·T；E0为湿地水面蒸发量，单位为mm；P为湿地水面降雨量，单位为mm；A为湿地核心区的水体面积，单位为km2；k为湿地水体渗透系数，其中湿地渗漏入地下水则k为正，地下水补给湿地则k为负，单位为m/d；I为水力坡度；Ab为渗流剖面面积，单位为m2；T为计算时间长度，由湿地所处地区的年内降雨特征确定。优选地，所述的湿地适宜生态环境需水量的计算式为：Wf＝ΔQ’+Ww+Wv+Ws+Wa-Wb’，式中：ΔQ’为湿地地表净出水，单位为m3；Wf为湿地适宜生态环境需水量，单位为m3；Ww为湿地水面耗水量，单位为m3；Wv为湿地植物需水量，单位为m3；Ws为湿地土壤需水量，单位为m3；Wa为湿地生物栖息需水量，单位为m3；Wb’为湿地水体与地下水转化量；Ww＝Aw·(E0-P)×103，Wv＝Av·(ET0-P)×103，Ws＝λ·Hs·As×106，Wa＝(Aw-A)·H；其中Aw为湿地水面总面积，单位为km2；E0为湿地水面蒸发量，单位为mm；P为湿地水面降雨量，单位为mm；ET0为湿地植物蒸散发量，单位为mm，计算采用联合国粮农组织(FAO)的潜在蒸发量计算公式Penman-Monteith公式；λ为田间持水系数；Hs为土层厚度，单位为m；As为湿地非水面面积，单位为km2；H为湿地生态区的水面平均水深，单位为m。优选地，所述稀释净化污染物需水量的计算式为：Wj＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：步骤S101，构建湿地生态水文格局模型，并依据湿地生态水文格局模型将湿地划分出湿地核心区与湿地生态区；步骤S102，获取湿地遥感影像数据、生物资料数据、DEM数据及水文气象数据，确定湿地核心区的范围即湿地最小范围与湿地生态区的范围即湿地最适宜范围；步骤S103，利用最小生态水位和最小生态水位下相应的水面面积来表征确定维持湿地核心区水体存在且不发生劣变的临界水分条件，并依据临界水分条件计算湿地核心区的范围；同时，利用保证生态系统完整性的面积进行表征，确定湿地生态区的范围；步骤S104，将湿地恢复生态环境需水量划分为湿地最小生态环境需水量即湿地核心区域需水量和湿地适宜生态环境需水量即湿地生态区需水量，并分区域进行计算；步骤S105，计算稀释和净化湿地污染物的稀释净化污染物需水量，并将所述稀释净化污染物需水量与湿地生物栖息需水量进行比较，取较大的值计入湿地适宜生态环境需水量。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定天然湿地恢复生态环境需水量的计算方法，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：步骤S101，构建湿地生态水文格局模型，并依据湿地生态水文格局模型将湿地划分出湿地核心区与湿地生态区；步骤S102，获取湿地遥感影像数据、生物资料数据、DEM数据及水文气象数据，确定湿地核心区的范围即湿地最小范围与湿地生态区的范围即湿地最适宜范围；步骤S103，利用最小生态水位和最小生态水位下相应的水面面积来表征确定维持湿地核心区水体存在且不发生劣变的临界水分条件，并依据临界水分条件计算湿地核心区的范围；同时，利用保证生态系统完整性的面积进行表征，确定湿地生态区的范围；步骤S104，将湿地恢复生态环境需水量划分为湿地最小生态环境需水量即湿地核心区域需水量和湿地适宜生态环境需水量即湿地生态区需水量，并分区域进行计算；步骤S105，计算稀释和净化湿地污染物的稀释净化污染物需水量，并将所述稀释净化污染物需水量与湿地生物栖息需水量进行比较，取较大的值计入湿地适宜生态环境需水量。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：利用临界水分条件的计算湿地核心区的范围的步骤包括：利用ArcGIS平台处理DEM数据与湿地水文气象数据，构建水位、水面面积及相应的水量变化过程关系；计算水位—水面面积变化率曲线，并利用滑动t法或M-K检验法求证真突变点；选择真突变点处的水位作为湿地最小生态水位，计算最小生态水位下相应的水面面积，并利用ArcGIS平台构建湿地核心区的边界范围即湿地最小范围。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：利用保证生态系统完整性的面积进行表征确定湿地生态区的范围的步骤包括：当湿地生态系统观测资料较丰富时，根据湿地顶级群落分布发生突变时的湿地面积作为维持湿地生态系统稳定与发展的湿地生态区即湿地最适宜范围；当湿地生物资料不足以支撑寻求湿地生态系统突变点时，根据不同湿地的关键性物种所需求的最佳生态水位及最佳活动范围来确定湿地生态区的边界范围。4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：所述湿地最小生态环境需水量的计算式为：Wm＝ΔQ+We-Wp-Wb，式中：ΔQ为核心区水体地表净出水，单位为m3；Wm为湿地最小生态环境需水量，单位为m3；We为湿地水面蒸发耗水量，单位为m3；Wp为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，樊蓓莉，陈国敏，夏博，崔晨晨，
申请(专利权)人：北京东方园林环境股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11