【技术实现步骤摘要】
一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法
本专利技术属于河流环境保护
，特别是一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法。
技术介绍
河流生态环境需水阈值是确保生态环境需水得到满足的外部条件，是进行流域水资源合理配置的重要技术参数，对水资源合理调配具有重要指引作用。河流系统是一个包含社会、经济、自然在内的复杂大系统，而经济、社会、自然等因素间存在着复杂的相互作用关系，是一个非线性、非平衡、动态、耦合的问题。对于生态系统而言，推动其从一种状态过渡到另外一种状态的动力来自某个或多个关键因子的质或量的改变，各因子间亦存在相互作用关系。河流流量作为维持河流最基本的功能及河流健康的关键因子，流量的改变将会引起连锁反应，并最终影响河流健康。河流生态环境需水阈值的量化研究经历了从最早阶段的最小生态需水量，到不同时期生物需水过程，再到河流功能需水，各个阶段针对不同的研究对象采用不同的方法，较少考虑高人工干扰下，社会经济因素、水资源的水质水量属性和河流健康三者之间的相互作用关系，没有实现河流流量与影响河流健康的其他因素之间的联动变化。河流生态环境需水阈值研究的终极目标是恢复和保护河流生态系统健康，为了维持河流生态系统健康，有必要建立一种解决上述问题的河流生态环境需水阈值量化方法，但至今未见有公开报道。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是基于系统动力学思想，将可变模糊集综合评价模型嵌入到常规系统动力学模型中，建立系统动力学-可变模糊集耦合模型，分析河流生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统之间的相互作用关系，根据四...
【技术保护点】
1.一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，其特征在于，包括以下步骤：1).构建评价模型，从河流生态系统功能的角度构建河流健康评价指标体系，确定评价标准，运用层次熵分析法确定指标权重，构建河流健康状况可变模糊集评价模型；2).建立因果关系图，对河流健康评价指标进行归类，采用系统动力学模型，建立生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统的影响河流健康状况的因果关系图，反映经济社会因素与水质水量的响应关系和生物多样性、生境条件与河流健康状况的耦合关系；3).构建耦合模型，将可变模糊集评价模型嵌入常规系统动力学模型中，构建系统动力学‑可变模糊集耦合模型，用于模拟预测河流健康状况各项评价指标的特征值对河流健康级别的相对隶属度及河流健综合指数；4).模型应用，首先，对构建的系统动力学‑可变模糊集耦合模型进行结构分析，验证模型包含的相关变量、方程能够用来描述流域“自然‑经济‑社会”复合系统的基本情况；然后以流域历史资料为依据，将模型涉及的各项指标的运行结果与历史资料进行比较，验证模型是否能够有效的代表实际情况；根据河流的流量对河流健康状况动态模拟，展示不同流量情景下河流健康动态变...
【技术特征摘要】
1.一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，其特征在于，包括以下步骤：1).构建评价模型，从河流生态系统功能的角度构建河流健康评价指标体系，确定评价标准，运用层次熵分析法确定指标权重，构建河流健康状况可变模糊集评价模型；2).建立因果关系图，对河流健康评价指标进行归类，采用系统动力学模型，建立生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统的影响河流健康状况的因果关系图，反映经济社会因素与水质水量的响应关系和生物多样性、生境条件与河流健康状况的耦合关系；3).构建耦合模型，将可变模糊集评价模型嵌入常规系统动力学模型中，构建系统动力学-可变模糊集耦合模型，用于模拟预测河流健康状况各项评价指标的特征值对河流健康级别的相对隶属度及河流健综合指数；4).模型应用，首先，对构建的系统动力学-可变模糊集耦合模型进行结构分析，验证模型包含的相关变量、方程能够用来描述流域“自然-经济-社会”复合系统的基本情况；然后以流域历史资料为依据，将模型涉及的各项指标的运行结果与历史资料进行比较，验证模型是否能够有效的代表实际情况；根据河流的流量对河流健康状况动态模拟，展示不同流量情景下河流健康动态变化过程，识别流量变化引起的连锁反应及对河流整体健康状况的影响，对耦合模型进行验证，是否能够有效的代表实际情况；5).建立流量与河流健康综合指数之间的非线性函数关系，采用未知拐点阈值判定方法，测定基于河流整体健康的生态环境需水阈值的上限值与下限值，保障河流健康水平处于正常状态。2.根据权利要求1所述的基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，其特征在于，所述的步骤1)中构建河流健康评价指标体系是，在收集国内外河流健康评价相关数据的基础上，理论和频度相结合，构建河流健康综合评价指标体系；在国内外各评价指标等级标准的基础上，综合确定指标等级标准，将指标的评价标准划分为五个等级，分别为“健康、亚健康、脆弱、病态和恶劣”；采用层次熵分析法来确定河流健康状况评价指标的权重，提高权重系数的准确性和客观性；选用可变模糊集，构建河流健康状况可变模糊集监测模型。3.根据权利要求1所述的基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，其特征在于，所述的步骤2)建立因果关系图，对影响用水的因素进行测量，确定系统边界，将影响因素的状态变量、速率变量和辅助变量分类，对河流健康评价指标体系进行归纳分为水文、水环境、水生态及社会经济四个子系统，其中：(1)、社会经济子系统，是在“二元”水循环模式下，通过从地表或地下提取天然水，经过给水处理以后，经输配水工程输送到用水户，用水户包括农村生活用水部门、城镇生活用水部门、工业用水部门和农业用水部门，经用水户使用，农村生活污水和农业废水直接排入河道，工业废水及城镇生活污水经污水处理厂处理以后排入河道，对循环水量及污染物的核算进行处理，生活用水量由人口数及生活用水及生活用水定额联合确定，工业用水量由工业产值和工业用水定额联合确定，农业用水量由农田灌溉面积和灌溉用水联合定额确定，农村生活污水及农业废水入河量由对应的用水量及入河系数联合确定，城镇生活污水及工业废水入河量由对应的用水量、污水处理率及入河系数联合确定，污染物入河量由污水入河量及对应实测或达标的污染物浓度联合确定，水资源开发利用率则由社会经济用水总量及当地水资源总量联合确定；(2)、水文子系统，人类对水资源的开发利用改变了河流原有的水循环过程，人类从河流中过量地抽取水量，经社会水循环以后将回归水再次排入河道，河流非常规水源补给特性明显，河流流量由天然径流和回归污水组成：(3)、水环境子系统，生活污水、工业废水中含有污染物，农业废水中含有农药、化肥，造成水体的富营养化和水体污染，水体中的污染物浓度由河流水体污染物的本底值、回归水的污染物浓度及污染物综合削减系数联合确定；(4)、水生态子系统，人类社会经济大量取水、用水和耗水，导致河流生态系统自身预留的水量不断减少的同时，又给河流带来相应的污染物，对自然水循环造成很大的影响，产生强烈的环境效应，对水生生物的栖息环境造成严重的破坏，利用水质水量与水生生物多样性的响应关系，统计监测植被覆盖率及河岸带稳定性随时间的变化趋势，依据河流健康因素间因果关系及系统动力学流图，建立子系统各因素间的系统动力学方程，二元水循环驱动下的“自然-经济-社会”复合系统既包含常规社会经济系统的状态(L)方程、速率(R)方程和辅助(A)方程，二元水循环过程中的水资源、水环境、水生态的专业(M)方程；采用近似或简化的方法对数学表达式进行修正处理，将修正后的函数关系用数学方程表达出来，对于不能建立函数关系的，则采用表函数的形式表示变量随时间的不规则变化，方法是：社会经济子系统：a.生活用水量计算：总人口TP＝TPIV×(1+NRPG)式(1)式中，TP为总人口，人；TPIV为人口初始值，人；NRPG为人口自然增长率；人口自然增长率NRPG＝NRPG<Time>式(2)城镇人口＝总人口×城镇化率UP＝TP×UR式(3)式中，UP为城镇人口，人；UR为城镇化率城镇化率UR＝UR<Time>式(4)农村人口RP＝TP-UP式(5)城镇生活用水量WCy＝UP×QUDWC式(6)式中，WCy为城镇生活用水量，m3；QUDWC为城镇生活用水定额，L/人·d，农村生活用水量WNs＝RP×NRDWC式(7)WNs为农村生活用水量，m3；NRDWC为农村生活用水定...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹欠欠，吴泽宁，吕翠美，王慧亮，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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