一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法，包括：确定研究区现状生态格局；确定地下水补给植被的临界埋深；地下水条件支撑的生态格局调整；地下水流场恢复目标设定；天然草原扩张区域的地下水支撑条件分析；合理生态格局分析。本发明专利技术通过地下水补给植被临界埋深，阐明了地下水对天然草原的支撑作用；在运用景观生态学对天然草原进行调整后，又进一步分析了调整区域的地下水条件是否足以支撑天然草原植被的生长，从而分析到了天然草原实际可恢复范围。该方法物理过程与作用机制明确，评估计算方法简单易于操作，为指导水资源管理和实现退耕还草提供可靠的理论与技术支撑。与技术支撑。与技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法


[0001]本专利技术涉及水文水利计算
，尤其涉及一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法。

技术介绍

[0002]我国半干旱区分布范围介于西北内陆河干旱区与华北东北半湿润区之间，由内蒙古东部向西南绵延至贺兰山东麓的狭长区域，跨内蒙古高原以及黄土高原两大地貌单元。半干旱区草原遍布，少数民族人口众多，历史上以传统的农牧业为主，产业单一。近几十年灌溉农业发展迅速，是我国重要的农业开发区，形成了所谓的农牧交错带，导致其水文循环与生态效应发生改变。地下水的补排关系发生改变，生态格局已由天然草原为主裂变成灌区、天然草原、演替草地、人工草地、沙地等交错分布。随着灌溉农业的持续迅速发展，面临的水资源、生态环境问题日益复杂，形成巨大的挑战。尤其是大规模的地下水开采使得地下水位持续下降，出现了河道断流、草原退化、沙化等问题，成为沙尘暴的沙源之一，直接威胁到首都经济圈的生态安全。但长期以来仍然没有系统开展针对半干旱区农牧交错后水文循环与生态效应的理论与技术专门研究。
[0003]半干旱区水文循环及生态安全的核心要素是地下水。半干旱区水文循环的自然属性决定了生态系统的基本格局，其自然生态是受地下水支撑的非地带性草原植被。在水土资源开发利用驱动下，地下水埋深持续下降，地下水形成与耗散的结构发生相应改变，导致天然草原面积不断萎缩，植被群落演替，物种多样性下降，生态系统自然属性大幅下降，天然草原裂变成农灌区、天然草原、演替草地、人工草地、沙地等多元生态格局。
[0004]因此合理确定地下水补给植被临界埋深并以之作为控制条件判定生态格局调整的合理性是本技术方法的关键。
[0005]目前的草原生态保护主要通过退耕还林还草等措施进行恢复，却忽略了地下水对草原生态的支撑作用，使得草原恢复效果有限，天然草原面积仍在不断萎缩。因此，急需提出一种反映自然常态条件下降雨径流关系的产流基准地下水埋深的计算方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，针对目前的草原生态保护主要通过退耕还林还草等措施进行恢复，却忽略了地下水对草原生态的支撑作用，使得草原恢复效果有限，天然草原面积仍在不断萎缩的问题，提出了一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法。
[0007]本确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、收集相关参数：确定研究区天然草原面积为A、退化草地B、耕地面积C；
[0009]步骤二、确定研究区地下水补给植被临界埋深，计算公式如下：
[0010][0011]式中：H为地下水补给植被的临界埋深，单位为m；n土壤孔隙度；d土壤有效粒径，单位m；σ为土壤水的张力，单位N/m；ρ为灌溉期前的最低土壤温度下的水的密度，单位kg/m3；g为重力加速度，单位m/s2；D为根系层厚度，单位m；
[0012]步骤三、以天然草原扩张为基本原则，运用景观生态学中“源
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汇”理论方法开展现有生态格局的调整优化，调整后天然草原可扩张面积为A1，退化草地面积减少B1，耕地面积减少C1，其中A1＝B1+C1；
[0013]步骤四、地下水流场恢复目标设定；
[0014]步骤五、天然草原扩张区域的地下水支撑条件分析：在GIS中叠加天然草原扩张区域与设定的不同恢复阶段的地下水流场图，设定天然草原扩张区域中地下水埋深小于H的区域面积为A2，地下水埋深大于H的区域面积为A3，A1＝A2+A3；A1的地下水条件能够支撑天然草原植被的生长，经过调整后成为天然草原，A2的地下水条件不支撑天然草原植被生长，调整后成为退化草地；
[0015]步骤六、合理生态格局分析，估算可恢复的过渡带植被面积：经过调整后天然草原面积为A+A2；退化草地面积为B
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B1+A3；耕地面积为C
‑
C1。
[0016]其中，步骤三中，以天然草原扩张为基本原则，运用景观生态学中“源
‑
汇”理论方法开展现有生态格局的调整优化的具体方法为：天然草原作为草原生态修复的基因库，对整个平原区生态系统安全起最关键作用，作为“源”，农田、未利用地作为“汇”；利用最小累积阻力模型来描绘“源”经过不同景观斑块所克服的阻力，利用GIS分析不同景观斑块类型对“源”空间扩散的影响程度，并以此构建景观阻力面；设定阻力系数取值范围为1
‑
10，阻力系数越大代表景观斑块越不利用“源”的扩张合并；城镇建设用地、大型灌区等涉及城市发展规划，无法调整的区域的阻力值最大，取值10；农田次之，取值7，未利用地取值5，演替草地取值1；通过在GIS里采用1/2标准方差对累积阻力值分级统计，根据阻力值频率突变和空间分布特点确定临界阈值划分相应阻力值区间，将天然草原对整个可扩张区域的影响程度分为划分为扩张核心区、扩张连通区和扩张缓冲区；通过天然草原面积扩张和景观斑块合并，增加天然草原生境斑块的连接度，促进天然草原与演替草地之间的植物物种流动，提高天然草原植物物种向演替草地的迁移率，从而使演替草地植物物种多样性得到提高，从而使天然草原面积不断扩大，且能保持一定的自然属性，调整后天然草原可扩张面积为A1，退化草地面积减少B1，耕地面积减少C1。
[0017]其中，步骤四中地下水流场恢复目标设定的具体方法为：由研究区地下水监测井实测数据分析研究区地下水埋深变化趋势图，选取不同年份的地下水埋深条件作为地下水流场恢复的目标；所述地下水监测井实测数据分析研究区地下水埋深变化趋势图可由实测地下水监测井数据插值得到或根据地下水模拟模型模拟得到。
[0018]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0019]本专利技术通过地下水补给植被临界埋深，阐明了地下水对天然草原的支撑作用；在运用景观生态学对天然草原进行调整后，又进一步分析了调整区域的地下水条件是否足以支撑天然草原植被的生长，从而分析到了天然草原实际可恢复范围；本方法物理过程与作用机制明确，评估计算方法简单易于操作，为指导水资源管理和实现退耕还草提供可靠的理论与技术支撑。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术的确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法的流程图；
[0022]图2为潜水蒸发补给植被的包气带模型示意图；
[0023]图3为西辽河平原景观格局调整示意图；
[0024]图4为西辽河平原天然草原扩张分布图；
[0025]图5为地下水流场恢复目标；
[0026]图6为是不同时期西辽河平原生态格局。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、收集相关参数：确定研究区天然草原面积为A、退化草地B、耕地面积C；步骤二、确定研究区地下水补给植被临界埋深，计算公式如下：式中：H为地下水补给植被的临界埋深，单位为m；n土壤孔隙度；d土壤有效粒径，单位m；σ为土壤水的张力，单位N/m；ρ为灌溉期前的最低土壤温度下的水的密度，单位kg/m3；g为重力加速度，单位m/s2；D为根系层厚度，单位m；步骤三、以天然草原扩张为基本原则，运用景观生态学中“源
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汇”理论方法开展现有生态格局的调整优化，调整后天然草原可扩张面积为A1，退化草地面积减少B1，耕地面积减少C1，其中A1＝B1+C1；步骤四、地下水流场恢复目标设定；步骤五、天然草原扩张区域的地下水支撑条件分析：在GIS中叠加天然草原扩张区域与设定的不同恢复阶段的地下水流场图，设定天然草原扩张区域中地下水埋深小于H的区域面积为A2，地下水埋深大于H的区域面积为A3，A1＝A2+A3；A1的地下水条件能够支撑天然草原植被的生长，经过调整后成为天然草原，A2的地下水条件不支撑天然草原植被生长，调整后成为退化草地；步骤六、合理生态格局分析，估算可恢复的过渡带植被面积：经过调整后天然草原面积为A+A2；退化草地面积为B
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B1+A3；耕地面积为C
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C1。2.根据权利要求1所述的确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法，其特征在于，所述步骤三中，以天然草原扩张为基本原则，运用景观生态学中“源
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汇”理论方法开展现有生...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫龙，陈敏建，汪勇，胡鹏，邓伟，李玓瓅，周飞，阿膺兰，徐志，刘艳红，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：