一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，属于环境保护技术领域。本发明专利技术针对目前较少采用生物类群为生物指标的水生态分区与河口生态流量的计算方法，基于水生态分区理论，提出以相似浮游植物类群的河口水生态分区，根据影响浮游植物类群组成的关键环境因子空间分布情况表征水生态分区空间变化，建立与生态流量之间响应关系的分析方法；通过本发明专利技术，能较细致的了解河口各区域生态的情况，综合考虑各水生态分区的生态问题，避免生态流量计算结果的片面性，同时可以为研究区确定优先监测和保护的区域，推断未监测区域生态走向与环境状态等，提高河口生态治理的有效性和可行性。理的有效性和可行性。理的有效性和可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法
[0001]本专利技术属于环境保护
，具体为一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法。

技术介绍

[0002]河口是河流与海洋交汇处，在河口和海洋之间起到物质循环、能量流动、信息传递等的生态服务功能，在维持生态系统持续发展等方面起到重要的作用(Zhang et al.，2017)。近年来，在人类开发活动和自然因素的综合影响下，河口生态系统退化及生态功能显著下降的问题日益突出。在人类开发活动中，如水利工程、围填海工程、河口采砂、森林砍伐、工农业污水等，这些活动都影响入海径流的水量、水质和时空变化。入海径流的改变导致河口生态系统退化及生态功能显著下降的问题日益突出。因此，开展河口生态流量的研究，有助于指导生态系统的修复和保护，对其可持续发展有重大意义。
[0003]生态流量的研究开始于20世纪40年代，目前已有将近50个国家开展了相关研究，主要研究对象有湖泊、河流和湿地等淡水生态系统。迄今为止，根据不同的流量定义，生态流量的计算方法超过200种，主要可以分为：水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法等(王中根等，2020)。而针对淡水输入对河口生态系统影响的研究从20世纪80年代开始兴起，近30年来不断发展和完善。河口生态系统受到海陆间的交互作用，水动力过程复杂，影响因素众多，决定了其生态流量机理和计算方法的复杂性，相应造成了淡水生态系统的生态流量研究成果直接应用于河口生态系统中存在适用性问题。由于径流和潮汐交互作用，水环境各类指标在不同河口甚至同一河口具有明显的区域特征(刘静等，2017)。河口上、中、下游段的水体理化指标的差异最终反映生物群落分布。传统的水生态系统监测管理、保护和管理大多只基于政治行政单位和水文分区单元，导致其分散而片面，未能从生态系统的整体角度上揭示水生生态系统状况，进行合适的分区管理。目前，国际上淡水资源管理的基本空间单元主要有3类，即行政分区单元，流域水文单元和生态分区单元。其中，水生态分区是根据水生生物与其承受的环境压力之间的响应关系，从多个尺度上划分出具有相同生态潜力的区域，在生态治理中更具有优势(孙小银等，2010)。杨爱民等(2008)的中国生态水文分区研究，将生态流量因素与水生态分区结合，但并没有直接考虑到水生生物等重要因素，亦同样属于水文分区范畴。淡水输入对河口水环境过程的影响已成为河口生物种群分布的变化的主要因素。美国旧金山海湾实地调查资料分析认为，河口淡水输入及相应盐度变化度对生物群落分布及生物量具有显著影响(Powell et al.,2002)。生物体能够整合环境的时间尺度上压力效应信息，可能比简单的物理化学指标更能反应生态系统的时间变化特征，能够从生物学角度对环境状况进行监测和评价。浮游植物作为水生态系统中重要的初级生产者，其群落结构特征能够敏感地反应水生态系统对水环境污染和生态破坏的响应。Reynolds等和Padis
á
k等依据浮游植物对特定的环境因子的敏感性和耐受性，将在某一已知环境中共同占优势的不同种群的浮游植物归纳同一功能类群(Reynolds et al.,2002,Padis
á
k et al.,2009)。很大程度弥补了浮游植物个体组成随机性大、种类适应生境互相重叠等不足。目前，浮游植物功能类群方法已经广泛运用到在湖泊、河流、水库及湿地
等水域生态系统中(贾鹏等，2021)。根据水生生物与承受的环境压力之间的响应关系，选择生物类群(如：浮游植物类群)为分区指标，从多个维度划分出具有相同生态性质的区域，根据各分区单元的情况，制定合适生态流量方案，确定优先监测和保护的区域，推断未检测区域生态走向和环境状况等，是其他分区方法所不具备的，也是当前环境管理所迫切需要的。
[0004]总体来说，河口独特地理环境下，不同区域的某些物理和化学因素以及生物群落结构差异明显，在实际的水资源管理中，现有大多数生态流量方法较少考虑针对生物类群以及不同生态区域进行分区管理，不利于河口生态系统的环境保护，生态恢复，以及水资源的科学规划管理。鉴于上述原因，我们提出了一种以生物类群划分的水域水生态分区，为河口水生态系的研究、评价、修复和管理提供合适的空间单元，解决实际应用问题的生态流量评估方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于基于水生态分区理论，提出以相似浮游植物类群的河口水生态分区，根据影响浮游植物类群组成的关键环境因子空间分布情况表征水生态分区空间变化，建立与生态流量之间响应关系的分析方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1、确定研究区域，设计研究方案，收集研究区域的水文数据，同时采集研究区域现场的浮游植物数据和环境数据信息；
[0009]S2、结合S1中所得的浮游植物数据信息，通过定性分析方法和定量分析方法完成浮游植物的物种鉴定；
[0010]S3、通过S2中所述的定性分析数据采用聚类分析方法确定研究区域浮游植物的群落类型和水生态分区的划分；
[0011]S4、通过S2中所述的定量分析数据采用约束排序分析方法确定研究区域的关键环境因子和浮游植物类群的代表物种；
[0012]S5、结合S1、S3与S4中所得信息，构建不同流量情景下的水动力
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水质二维模型；
[0013]S6、根据S5中所得的水动力
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水质二维模型的结果，分析确定研究区域的适宜生态流量。
[0014]优选地，所述S1中提到的水文数据收集，包括研究区域不同时期的径流量以及潮位信息。同时采集浮游植物数据和环境数据。
[0015]优选地，所述S3中提到确定研究区域浮游植物的群落类型和水生态分区的划分，具体包括以下步骤：
[0016]A1、依据浮游植物定性数据进行聚类分析，确定不同类型的浮游植物群落；
[0017]A2、根据不同浮游植物类群所在采样点划分不同水生态分区。
[0018]优选地，所述S4中提到的确定研究区域的关键环境因子和浮游植物类群的代表物种，具体包括以下步骤：
[0019]B1、进行排序分析前，使用浮游植物丰度数据进行去趋势对应分析(DCA)来确定是采用线性排序还是单峰排序；若DCA四个轴中第一长轴的数值小于3，则选用冗余分析(RDA)；若数值大于4，则选用典范对应分析(CCA)；若数值在3
‑
4之间，则两者都合适；
[0020]B2、数据分析时，将所有物种数据均通过lg(x+1)进行转化；
[0021]B3、去除方差膨胀系统(VIF)大于20的环境变量，避免环境变量之间的多重共线性造成模型的不稳定；
[0022]B4、关键环境因子的确定：关键环境因子通过多元回归变量筛选，选择forward.sel函数进行变量的前向选择；
[0023]B5、通过浮游植物马格列夫指数和关键环境因子作广义可加模型，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、确定研究区域，设计研究方案，收集研究区域的水文数据，同时采集研究区域现场的浮游植物数据和环境数据信息；S2、结合S1中所得的浮游植物数据信息，通过定性分析方法和定量分析方法完成浮游植物的物种鉴定；S3、通过S2中所述的定性分析数据采用聚类分析方法确定研究区域浮游植物的群落类型和水生态分区的划分；S4、通过S2中所述的定量分析数据采用约束排序分析方法确定研究区域的关键环境因子和浮游植物类群的代表物种；S5、结合S1、S3与S4中所得信息，构建不同流量情景下的水动力
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水质二维模型；S6、根据S5中所得的水动力
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水质二维模型的结果，分析确定研究区域的适宜生态流量。2.根据权利要求1所述一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，其特征在于，所述S1中提到的水文数据收集，包括研究区域不同时期的径流量以及潮位信息。同时采集浮游植物数据和环境数据。3.根据权利要求1所述一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，其特征在于，所述S3中提到确定研究区域浮游植物的群落类型和水生态分区的划分，具体包括以下步骤：A1、依据浮游植物定性数据进行聚类分析，确定不同类型的浮游植物群落；A2、根据不同浮游植物类群所在采样点划分不同水生态分区。4.根据权利要求1所述一种基于水生态分区理论的河口适宜生态流量评估方法，其特征在于，所述S4中提到的确定研究区域的关键环境因子和浮游植物类群的代表物种，具体包括以下步骤：B1、进行排序分析前，使用浮游植物丰度数据进行去趋势对应分析(DCA)来确定是采用线性排序还是单峰排序；若DCA四个轴中第一长轴的数值小于3，则选用冗余分析(RDA)；若数值大于4，则选用典范对应分析(CCA)；若数值在3
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4之间，则两者都合适；B2、数据分析时，将所有物种数据均通过lg(x+1)进行转化；B3、去除方差膨胀系统(VIF)大于20的环境变量，避免环境变量之间的多重共线性造成模型的不稳定；B4、关键环境因子的确定：关键环境因子通过多元回归变量筛选，选择forward.sel函数进行变量的前向选择；B5、通过浮游植物马格列夫指数和关键环境因子作广义可加模型，得到浮游植物的马格列夫指数和关键环境因子的响应关系，选择马格列夫指数大于其均值的数值对应的环境因子数值作为适宜值；B6、浮游植物...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨盈，李明威，沈周宝，余春雪，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：