一种湖泊营养物基准参照状态确定的组合方法，首先运用描述统计学方法建立湖泊营养物参照状态；其次运用推断统计学方法建立湖泊营养物参照状态；最后利用古湖沼学重建和流域模型推断方法验证统计学方法建立湖泊营养物参照状态的可靠性和合理性。本发明专利技术将调查数据和历史数据的统计分析、古湖沼学重建、模型预测与推断等几种方法有机结合，能有效避免单一方法的不足，对提高可操作性和保证结果准确性有重要的实际意义，从而为确定营养物基准值提供可靠基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水资源保护和水资源管理领域，具体地涉及一种湖泊营养物基准参照状态确定方法。
技术介绍
湖泊营养物基准是湖泊富营养化控制标准的理论基础和科学依据。氮、磷等营养物质危害主要在于促进藻类生长而爆发水华，从而导致水生生物死亡和水生态系统破坏，营养物基准基于生态学原理和方法制定，其关键内容是确定参照状态。参照状态是指受影响最小的状态或认为可达到的最佳状态，为确定随时间推移由人类引起的湖泊变化提供基线。通常采用湖泊没有受人类污染或受人类扰动较小的条件下营养物浓度表示湖泊营养物参照状态。美国环保局于2000年首先采用统计学方法建立了 14个一级湖泊营养物生态分区总磷、总氮、叶绿素a和透明度的参照状态，随后各州开始开展本州的湖泊参照状态和营养物基准制定工作，并开发了一些新的方法；欧洲近几年也开展了不同生态分区湖泊参照状态确定研究，先后建立了总磷和叶绿素a参照状态。国外在确定湖泊参照状态时常用方法包括调查数据和历史数据的统计分析、古湖沼学重建、模型推断以及专家判断等。其中统计学方法充分利用历年实测水质和生物数据，保证适用于大多数湖泊，不易用于监测资料缺乏或污染严重湖区；模型推断法虽然可用于受人类影响严重的湖泊，但易产生较大偏差，需大量相关数据校准和验证；古湖沼学重建法利用湖泊沉积物推演湖泊自然营养本底和定量恢复历史时期湖泊营养状态演化序列，亦需要复杂数据分析，不宜用于沉积物受扰动较大的浅水湖泊；专家判断主观性较强，不可单独使用。对于确定湖泊营养物参照状态，开发一种兼顾各方法优点的组合方法对提高可操作性和保证结果准确性有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。为实现上述目的，本专利技术提供的湖泊营养物基准参照状态确定的组合方法，运用描述统计学方法建立湖泊营养物参照状态，包括(I)筛选参照湖泊，采用参照湖泊法建立湖泊营养物参照状态；或(2)采用湖泊群体分布法建立湖泊营养物参照状态；或(3)采用三分法建立湖泊营养物参照状态；其中，筛选参照湖泊，采用参照湖泊法建立湖泊营养物参照状态包括(I)根据湖泊流域土地利用数据和流域图像资料，分析生态分区内湖泊受外界影响水平，筛选参照湖泊，参照湖泊数量应占全体湖泊数量10%以上；(2)采用Mann-Whitney U检验判断所选参照湖泊是否能够很好地代表全部湖泊；(3)应具备与参照湖泊有关的可利用的足够数据，如果现有的数据不充分，则需对足够数量的参照湖泊进行采样；(4)各项基准指标频数分布中选择一个百分点(推荐75%点位)作为参照状态。采用湖泊群体分布法建立湖泊营养物参照状态是全体湖泊各项基准指标作频数分布，选择25%点位作为参照状态；如果所有湖泊受到污染，则选择5%点位作为参照状态。采用三分法建立湖泊营养物参照状态是将水质最佳的三分之一作为受影响很小的水体，取该样本的中值作为参照状态。本专利技术提供的湖泊营养物基准参照状态确定的组合方法，还可以运用推断统计学方法建立湖泊营养物参照状态，包括(I)MEI模型推断总磷和叶绿素a的参照状态；或(2)经验模型推测叶绿素a和透明度参照状态；其中，MEI模型推断总磷和叶绿素a的参照状态适用于深水湖泊，为(I)利用参照湖泊数据构建MEI-总磷、MEI-叶绿素a的回归模型，其中MEI为湖深-总溶解性固体指数，指总溶解性固体与平均湖深之比，总溶解性固体以碱度或电导率衡量；(2)将全体湖泊碱度或电导率均值除以全体湖泊平均湖深所得MEI值代入回归模型，计算总磷和叶绿素a浓度，作为参照状态。经验模型推测叶绿素a和透明度参照状态为(I)根据全体湖泊营养盐(氮、磷)_反应变量(叶绿素a和透明度)响应关系，构建回归模型；(2)以描述统计学方法建立的氮、磷参照状态代入模型计算叶绿素a浓度和透明度，作为参照状态。本专利技术提供的湖泊营养物基准参照状态确定的组合方法，运用古湖沼学重建和流域模型推断方法，验证统计学方法建立湖泊参照状态的可靠性和合理性。古湖沼学方法重建湖泊营养盐演替历史为(I)确定沉积物柱芯年代序列；(2)分析沉积物柱芯中各营养代用指标(如有机碳、氮、磷、碳氮稳定同位数等)剖面分布特征，结合近代沉积物定年结果，表征湖泊营养状态演替过程；结合流域发展情况，重建近代湖泊历史营养状态的自然演替过程和湖泊生态环境变化。模型推断方法是将湖泊及所在流域作为一个整体，通过模型模拟流域内营养物的产生、输移过程，结合湖泊水质模型，推求受人类活动影响较小条件下湖泊营养物的背景值作为湖泊营养物参照状态阈值，模型包括模型I :流域状况-水质响应对数线性回归模型(I)统计近年湖泊所在流域内各种土地利用类型所占流域面积的百分比；通过流域内的雨量站记录数据，计算湖泊所在流域内的年降雨量；查找流域所在地的统计年鉴，获得流域内的肥料施用量、工业和生活营养物负荷排放数据；(2)将湖泊近年的总磷、总氮水质数据作为因变量，自变量取流域的年降雨量、土地利用状况和化肥施用量等，建立对数线性回归模型；(3)设置流域受人类活动影响小时的自变量值，运用建立的对数线性回归模型推出湖泊营养物参照状态；(4)基于自助法和三角模糊数技术，分析结果的不确定性，给出湖泊营养物参照状态的置信区间；或模型2 :流域营养物负荷-湖泊水质响应耦合模型 (I)计算流域非点源负荷溶解态负荷采用基于SCS的流域水文模拟方法计算，颗粒态负荷采用基于USLE的流域土壤侵蚀法计算；流域化肥施用产生的非点源负荷和湖面沉降的非点源负荷根据调查资料估算；(2)通过收集的流域人口及工业发展数据，计算出流域的营养物点源排放及入湖负荷量，包括城镇生活、工业和规模养殖排放废水中的营养物负荷；(3)通过湖泊氮磷质量守恒模型，逐年逆推湖泊营养物的历年平均浓度；(4)以该流域无重大人类活动的年份(由古湖沼学重建结果支持)对应的营养物浓度作为湖泊营养物参照状态阈值；或模型3 :系统动力学模型(I)以流域-湖泊整体系统为研究对象，根据湖泊营养物来源的特点及输移变化规律，针对流域社会经济系统、流域自然生态系统、湖泊水生态系统分别构建系统动力学模型；(2)流域-湖泊系统模型校准；(3)系统情景设定推演湖泊营养物参照状态根据湖泊水质模型和历年流域营养物入湖量、径流量、取水量数据资料，结合湖泊流域生态健康性综合评价，判断湖泊水体营养物状态受人类影响相对较小的年份，以该年份营养物浓度作为湖泊营养物参照状态阈值。本专利技术的优势在于将调查数据和历史数据的统计分析、古湖沼学重建、模型预测与推断等几种方法有机结合确定湖泊营养物参照状态，能有效避免单一方法的不足，使结果更具科学性，为确定营养物基准值提供可靠基础。附图说明图IA为实施例中叶绿素a(chla)与总磷(TP)之间存在的对数线性关系图，图IB为实施例中叶绿素a(chla)与总氮(TN)之间存在的对数线性关系图。图2为实施例中程海沉积物137Cs活度剖面分布及时标。图3为实施例中不同年代程海沉积物中TOC含量剖面分布图。图4A为实施例中采用模型2得到的程海总磷历年浓度推断结果，图4B为实施例中采用模型2得到的程海总氮历年浓度推断结果。图5A为实施例中采用模型3得到的程海总磷年均浓度值推断结果，图5B为实施例中采用模型3得到的程海总氮年均浓度值推断结果。具体实施例方式本专利技术针对目前确定湖泊营养物参照状态的方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：霍守亮，席北斗，陈奇，苏婧，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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