一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，包括如下步骤：通过实地采样和室内鉴定获取水体中所有生物的数据；通过仪器测量获得水质数据；获取DEM、气温、降水、土地利用类型、叶面指数作为输入数据；计算生态流量；计算生态流量满足情况；计算流速；计算气候变化下的河流健康水质因子；计算气候变化下的河流健康水生物因子；计算气候变化下的河流健康得分。本发明专利技术能计算出气候变化对河流健康状况产生的影响，弥补了对未来河流健康发展预测的空白，可为全球水生态科研工作者提供借鉴，为河流管理者的政策制定提供科学参考。

A Method to Predict the Development Trend of River Health under Climate Change

The invention discloses a method for predicting the development trend of river health under climate change, including the following steps: acquiring data of all organisms in water body through field sampling and indoor identification; acquiring water quality data through instrument measurement; acquiring DEM, temperature, precipitation, land use type and leaf surface index as input data; calculating ecological flow; and calculating ecological flow satisfaction. Calculate the flow velocity; Calculate the river health water quality factor under climate change; Calculate the river health aquatic biological factor under climate change; Calculate the river health score under climate change. The invention can calculate the impact of climate change on river health, make up for the blank of predicting future river health development, provide reference for global water ecology research workers, and provide scientific reference for policy formulation of river managers.

【技术实现步骤摘要】
一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法
本专利技术涉及一种方法，尤其涉及一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法。
技术介绍
河流是陆地与海洋的纽带，在自然界水循环中具有不可替代的作用，是水资源二次分配极为重要的路径，同时还是多种生态系统间物质循环、能量流动的重要通道。对于人类而言，健康的河流在为人类提供饮用水、工农业用水的同时，还兼具娱乐休闲、航运、能源利用等众多附加价值，在人类社会发展中具有重要地位。目前，人类对于河流的理论研究尚不完全、运作机理尚不明确，河流的功能还不能被现有技术替代，因此维持河流健康对于自然界、对于人类都具有重要意义。近几十年来，全球范围内气候变化与剧烈的人类活动改变了水循环与河流环境，对河流健康造成了巨大威胁，导致生态完整性受到损害、河流生态服务价值降低。健康退化的河流中逐渐减少的可用水资源、不断恶化的水质难以满足人类对河流服务功能的需求，使社会安全、生态安全和水资源安全受到严重威胁，对河流健康的维持与保护刻不容缓。河流健康评价是河流健康保护的基础，对河流健康评价的研究近年来受到全球学者、政府以及利益相关者的关注。气候变化对全球水循环产生了深远影响，进而引起水文、水质、水生物乃至整个水生态系统的连锁反应，导致河流健康状况发生改变，仅作现状评价难以估算气候变化对未来的河流健康产生的影响，而通过预测河流健康发展趋势则可使得这种影响显现出来，便于管理者对政策进行调整。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，包括如下步骤：1)通过实地采样和室内鉴定获取水体中所有生物的数据；2)通过仪器测量获得水质数据，包括水体温度、pH、电导率、溶解氧、总氮、总磷；3)获取DEM、气温、降水、土地利用类型、叶面指数作为输入数据；4)计算生态流量；5)计算生态流量满足情况；6)计算流速；7)计算气候变化下的河流健康水质因子；8)计算气候变化下的河流健康水生物因子；9)计算气候变化下的河流健康得分。进一步地，步骤4)采用公式一计算生态流量，生态流量用QE表示。其中n表示河道糙率，VE表示生态流速，J表示河道比降。进一步地，步骤5)使用公式二计算生态流量满足情况；Qq＝Q/QE公式二其中，Qq为生态流量满足情况，Q为模拟得到的径流量。进一步地，步骤6)根据公式三获得流速v；v＝Q/A公式三其中，Q为模拟得到的径流量，A为实测断面面积。进一步地，步骤7)根据公式四计算气候变化下水质因子的浓度，水质因子包括生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数、氯化物、溶解氧、氟化物、阴离子表面活性剂、氨氮、硫化物、硫酸盐、总磷、总氮；其中C与C’分别表示现状年与气候变化下水质因子浓度，F与F’分别表示现状年与气候变化下径流量。进一步地，步骤8)根据公式五计算气候变化下的河流健康水生物多样性；其中Z为水生物多样性，X,Y分别为水质指标变化矩阵和水文指标变化矩阵；与分别为水质总体对水生物的影响和水文总体对水生物的影响，pi为回归系数，对于不同类物种系数不同。进一步地，步骤9)根据公式六、公式七计算河流健康得分RH；其中，i、j表示一级指标和二级指标中第i、j个指标，n、m分别为一二级指标总数，Pi、wi、P′i、w′i分别代表一级指标、一级指标权重、二级指标及二级指标权重，一二级指标权重分别利用熵权法计算。综上，根据以上步骤可简单快速地获得气候变化影响下河流健康发展趋势。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种确定气候变化影响下河流健康发展趋势的方法，弥补了现有技术的空缺。该方法原理简单且容易操作，通过水文因子、水质因子、水生物因子三者间的联系，可以计算得到未来气候变化下河流健康的发展趋势。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，包括以下步骤：步骤一：数据获取(1)通过实地采样和室内鉴定获取水体中所有生物的数据；(2)通过仪器测量获得水体温度、pH、电导率、溶解氧、总氮、总磷等水质数据。(3)获取DEM、气温、降水、土地利用类型、叶面指数等DTVGM输入数据。步骤二：模拟气候变化下径流量利用MS-DTVGM水文模型模拟气候变化下径流量Q。步骤三：计算气候变化下的河流健康水文因子(1)首先根据改进的生态水力半径法，采用公式一计算生态流量，生态流量用QE表示。公式一：其中n表示河道糙率，VE表示生态流速，J表示河道比降。然后根据公式二计算生态流量满足情况Qq。公式二：Qq＝Q/QE(2)根据模拟得到的径流量Q与实测断面面积A根据公式三计算流速v。公式三：v＝Q/A步骤四：计算气候变化下的河流健康水质因子根据公式四计算气候变化下水质因子的浓度，水质因子包括生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数(CODMn)、氯化物(Cl)、溶解氧(DO)、氟化物(F)、阴离子表面活性剂(AS)、氨氮(NH3-N)、硫化物(S)、硫酸盐(SO4)、总磷(TP)、总氮(TN)。公式四：其中C与C’分别表示现状年与气候变化下水质因子浓度，F与F’分别表示现状年与气候变化下径流量。步骤五：计算气候变化下的河流健康水生物因子根据公式五计算气候变化下的河流健康水生物多样性。公式五：其中Z为水生物多样性，X,Y分别为水质指标变化矩阵和水文指标变化矩阵。与分别为水质总体对水生物的影响和水文总体对水生物的影响，pi为回归系数，对于不同类物种系数不同。步骤七：计算气候变化下的河流健康得分根据公式六计算河流健康得分RH；公式六：其中，i、j表示一级指标和二级指标中第i、j个指标，n、m分别为一二级指标总数，Pi、wi、P′i、w′i分别代表一级指标、一级指标权重、二级指标及二级指标权重，一二级指标权重分别利用熵权法计算。本专利技术通过水文因子、水质因子、水生物因子间的联系，根据气候变化对水文因子的影响计算出气候变化对水质因子、水生物因子的影响，然后加权计算得到河流健康得分，从而得出气候变化下河流健康发展趋势。本专利技术能计算出气候变化对河流健康状况产生的影响，弥补了对未来河流健康发展预测的空白，可为全球水生态科研工作者提供借鉴，为河流管理者的政策制定提供科学参考。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征及本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)通过实地采样和室内鉴定获取水体中所有生物的数据；2)通过仪器测量获得水质数据，包括水体温度、pH、电导率、溶解氧、总氮、总磷；3)获取DEM、气温、降水、土地利用类型、叶面指数作为输入数据；4)计算生态流量；5)计算生态流量满足情况；6)计算流速；7)计算气候变化下的河流健康水质因子；8)计算气候变化下的河流健康水生物因子；9)计算气候变化下的河流健康得分。

【技术特征摘要】
1.一种预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)通过实地采样和室内鉴定获取水体中所有生物的数据；2)通过仪器测量获得水质数据，包括水体温度、pH、电导率、溶解氧、总氮、总磷；3)获取DEM、气温、降水、土地利用类型、叶面指数作为输入数据；4)计算生态流量；5)计算生态流量满足情况；6)计算流速；7)计算气候变化下的河流健康水质因子；8)计算气候变化下的河流健康水生物因子；9)计算气候变化下的河流健康得分。2.根据权利要求1所述的预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，其特征在于：所述步骤4)采用公式一计算生态流量，生态流量用QE表示。其中n表示河道糙率，VE表示生态流速，J表示河道比降。3.根据权利要求2所述的预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，其特征在于：所述步骤5)使用公式二计算生态流量满足情况；Qq＝Q/QE公式二其中，Qq为生态流量满足情况，Q为模拟得到的径流量。4.根据权利要求3所述的预测气候变化下河流健康发展趋势的方法，其特征在于：所述步骤6)根据公式三获得流速v；v＝Q/A公式三其中，Q为模拟得到的径流量，A为实测...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵长森，杨胜天，刘昌明，张远，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11