流域生态需水整合分析技术制造技术

本发明专利技术提供了一种流域生态需水整合分析方法，针对流域中不同空间和不同类型生态系统需水间存在兼容性产生的流域尺度生态需水总量难以确定的问题，将不同生态需水划分为消耗型和非消耗型需水两种类型，根据河流上下游间关系以及河流与湖泊间的联通关系，提出简单型，汇流型，分流型、组合型、交叉型和河口型六种流域生态需水整合模式，以最大值原则与兼容性原则计算不同流域生态需水整合分析模式下的生态需水总量，计算结果可直接应用于流域尺度水资源配置，对我国水资源的综合管理和生态环境恢复的目标确定具有重要意义，是一种适合中国国情的生态需水计算方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护
，尤其涉及一种流域尺度生态需水整合分析技术， 解决流域尺度生态需水总量定量分析问题。
技术介绍
水资源的不合理开发和利用已成为导致我国流域生态系统退化的重要原因。近年 来，随着人口的增加、经济的发展，人类对水资源开采程度和破坏程度不断增强，生态系统 退化加剧。区域社会经济长期持续发展已收到制约。目前，生态需水计算方法和技术通过 核算不同类型生态系统不同生态服务功能对水量的要求确定生态需水量，实现约束人类对 水生态系统水量的索取、保障生态系统健康的目标。保证生态系统生态需水已成为实现生 态保护和修复与社会经济协调发展的重要基础。由于生态系统类型结构和功能间的差异性，目前生态需水计算方法一般针对不 同类型、空间区域生态系统的特点分别展开。研究方法包括了 Termant法为代表的水文 学方法，湿周法为代表的水力学方法，IFIM为代表的生境模拟法以及以BBM为代表的整体 法(Tharme，2003)。不同类型生态需水计算方法分别从维护特定生态保护目标的角度分析 生态需水量。水文学方法是在自然状态河流多年水文数据的基础上，根据简单的水文指标 (如占平均流量的百分比或天然流量频率曲线上的保证率)来确定河流生态系统需水量的 方法。其中Termant法是以预先确定的年平均流量百分数作为河流推荐流量，其中10%是 最小生态需水量，而60% 100%则是最优生态需水量，该方法是目前应用最为广泛的水 文学方法。7Q10法采用90%保证率下最枯连续7天的平均水量，作为满足污水稀释功能 的河流所需流量。我国一般河流采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流 量。水文学方法适用于水资源规划的需要和水文数据相对缺乏的情况对生态需水量的初 步估算。水力学方法主要从保护河流水生生物栖息地水力学要素出发，通过建立流量与河 道水力参数(如宽度、深度、流速和湿周等)之间的关系，确定河流生态需水量。湿周法将 湿周作为某个河流栖息地质量指标，通过湿周随流量增加所表现出的增长变化点确定河流 推荐流量。湿周法适用于宽浅型和抛物线型河道，且要求河床形状稳定(Gippel et al., 1998)。水力学方法由于只考虑河道形态而忽视了生物的需求，目前应用较少。生境模拟法 将生物、生态及环境等要素与流量建立起定量关系，根据指示物种所需的水文、水力条件来 确定河流流量，目的是为水生生物提供一个适宜的物理生境。代表方法中的河道内流量增 量法(IFIM)通过评价河道内流量的变化对渠道结构、水质、温度和所选物种适宜栖息地的 影响确定需水量(Scatena，2004)。栖息地模拟法通过分析不同流量体系下的目标物种或种 群(通常指鱼类或无脊椎动物)所栖息的河道内物理生境范围、质量，并综合相应的水文、 水力及生态数据，明确生态需水量。生境模拟法着重考虑河流生物物种的保护，计算得到流 量范围不能满足整个河流的管理要求。整体法最早由南非和澳大利亚的学者合作研究而建 立(King et al.，2003)。该方法将流量可分为三个部分低流量、特殊目标流量、洪水流量， 通过专家小组对河流上不同水量和时段的水生态状况做出判断。根据专家意见综合研究流量、泥沙运输、河床形状与河岸带群落之间的关系，使推荐的河道流量强调区域内不同生态 保护目标，如生物保护、栖息地维持、泥沙沉积、污染控制和景观维护等功能需水的要求。目前不同生态需水计算方法主要针对流域内不同类型生态系统需水要求分别展 开。由于流域尺度水文过程的连续性，使得不同类型生态系统需水量间存在显著的兼容性， 流域尺度生态需水总量并非不同类型和不同空间位置生态系统需水量的总和。目前不同类 型生态需水分析技术和方法存在难以考虑流域不同空间位置生态需水间兼容性的不足，难 以为流域尺度生态需水分析以及相应水资源合理配置提供科学依据。面向流域尺度水资源 管理的要求，考虑流域不同类型生态需水间的相关关系，从流域整体角度开发生态需水分 析技术具有重要现实意义。
技术实现思路
本专利技术针对当前生态系统需水计算方法难以为流域整体尺度生态需水定量分析 提供支持的不足，根据河流上下游间关系以及河流与湖泊间的联通关系，提供了一种流域 生态需水整合分析技术，确定流域生态需水总量。本专利技术的特征在于特别考虑流域内不同类型生态需水以及不同空间位置生态需 水间兼容性问题，通过将流域生态系统划分为旱地、湿地以及河口生态系统三种类型，并将 不同生态需水划分为消耗型和非消耗型需水两种类型，根据河流上下游间关系以及河流与 湖泊间的联通关系，提出简单型，汇流型，分流型、组合型、交叉型和河口型六种流域生态需 水整合模式，以最大值原则与兼容性原则计算不同流域生态需水整合分析模式下的生态需 水总量。有效解决不同类型生态系统生态需水之间的重复计算问题。本专利技术的主要目的在于解决流域尺度不同空间位置和不同类型生态需水量间的 兼容性问题，与现有技术相比本专利技术具有以下优点1)实用性强，本专利技术将流域内不同类型生态需水划分为消耗型和非消耗型需水 量，明确提出了不同情景下的生态需水整合模式，可以为流域尺度生态需水计算提供技术 支持，避免流域整体尺度生态需水定量分析的不足。2)提出了不同流域生态需水整合分析模式下的生态需水总量计算方法，计算方法 简洁，避免繁琐的计算工作量，更适用于流域生态需水分析。附图说明附图1为流域生态需水整合模式图；附图2为典型流域生态需水量；具体实施例方式以下详细说明本专利技术的工作原理和实施方式本专利流域生态需水按不同功能、类型、形态与位置、补给方式等分类标准，将流 域生态需水划分为消耗型需水与非消耗型需水两类(如表1所示)。表1流域生态需水分类及整合原则 本专利将蒸发、渗漏消耗需水等划分为消耗型需水，将生态基流、输沙需水等划分 为非消耗型需水。计算单个分区或生态系统内生态需水应考虑消耗型需水的累加及以最大 值为原则计算非消耗型需水。同一分区内旱地与湿地生态需水间的整合以累加性为原则确 定。由于相互间联系方式的不同，可将湖沼湿地划分为通河湖沼湿地与非通河湖沼湿地，其 中非通河湿地主要指由于人为因素造成与河流天然联系通道被破坏的湿地。河流湿地与通 河湖沼湿地中非消耗型需水间存在兼容性，相应需水以最大值原则为基础整合。根据上下游关系将流域分区，并以此为基础将河流分段。区间生态需水计算以河 段为对象进行，采用N表示河段个数。采用A表示第i河段计算结果(i = 1，2，…，N)。 计算中各河段有化=Wi(l+Wn，式中，Wi(l为消耗型需水(蒸发、渗漏消耗)；Wn为非消耗型需 水(生态基流等)。流域生态需水包括各河段消耗型需水Wi(l的总和及各分区非消耗需水的 最大值。流域生态需水整合分析技术将生态需水整合模式划分为简单型、汇流型、分流型、 组合型、交叉型和河口型六种类型。其中简单型生态需水整合模式如图1(a)所示，根据河流上下游关系，将区域分为 A-B区和B-C区。整合计算公式为， 式中，M为分区数；N表示河段数；Wi(l为消耗型需水；Wn为非消耗型需水。汇流型生态需水整合模式见图1(b)所示，根据流域上下游关系，将流域分为A-B 区和B-C区，并将A-B区划分为两个区段，计算得到生态需水分别为W2和W3，B-C区内区段 计算结果为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流域生态需水整合分析技术，其步骤为：１）明确流域不同生态需水类型；２）建立流域生态需水整合分析模式；３）根据累加值原则整合计算消耗型生态需水总量，以最大值原则计算非消耗型生态需水总量，在不同类型生态需水整合模式基础上计算流域尺度生态需水总量。

【技术特征摘要】
一种流域生态需水整合分析技术，其步骤为1)明确流域不同生态需水类型；2)建立流域生态需水整合分析模式；3)根据累加值原则整合计算消耗型生态需水总量，以最大值原则计算非消耗型生态需水总量，在不同类型生态需水整合模式基础上计算流域尺度生态需水总量。2.根据权利要求1所述的一种流域生态需水整合分析技术，按照水文过程类型的差 异，将流域划分为旱地生态系统、湿地生态系统和河口生态系统，进而将不同类型生态需水 划分为消耗型和非消耗型两种类型，其中消耗型需水量包括植物蒸散发消耗需水，土壤、水 面蒸发消耗需水及渗漏需水非消耗型需水包括生态基流、自净需水、水沙平衡需水、盐度 平衡需水以及营养物平衡需水。3.根据权利要求1所述的流域生态需水整合模式，包括简单型，汇流型，分流型、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志峰，刘静玲，崔保山，孙涛，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]