CN101650762A - 基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术 - Google Patents

Abstract

一种综合考虑湖泊生态系统不同生态服务功能对淡水输入要求的分析技术，将湖泊生态需水功能划分为生态功能、环境功能以及生产功能，进而将湖泊生态需水划分为蒸散需水量、渗漏需水量、水生生物及其栖息地需水、湖泊出湖地表径流需水、湖泊出湖地下径流需水、能源生产需水、自净需水、航运需水和景观娱乐需水等九种类型，根据最大值原则和湖泊管理目标差异，确定水资源功能系数，最终确定多目标要求下的湖泊生态需水量，实现湖泊生态系统生产、生活及生态综合需水要求，解决原有湖泊生态需水计算目标单一，难以从生态系统整体提出需水要求的问题。

Description

基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术，从而有效解决目前湖泊生态需水分析技术难以综合考虑不同生态服务功能需水要求的问题。

背景技术

近些年来，我国社会经济持续发展过程中，生产、生活用水大量挤占生态用水量，我国大量湖泊面临生态需水短缺的威胁，进而造成大量湖泊呈现不断干枯、萎缩和水质污染严重的状况。通过核算湖泊生态需水量，实现维护湖泊生态系统合理水位及其水体的自净能力，保证湖泊生态系统必需的水量和平衡水资源供需矛盾的目标已成为维持湖泊生态系统健康以及社会经济可持续发展中亟待解决的问题。

目前不同类型生态需水计算方法主要针对河流生态系统水体流动性的特点开展需水分析。计算方法主要包括水文学方法、水力学方法、栖息地方法以及整体法(Tharme，2003)。其中以Tennant法为代表水文学方法是在自然状态河流多年水文数据的基础上，根据水文指标来确定河流生态需水量的方法。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之间的关系，确定河流生态需水量。湿周法是水力学方法的代表，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。生境模拟法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，目的是为河流水生生物提供一个适宜的物理生境。整体法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，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。

区别于河流生态需水计算中强调水体流动性的特点，湖泊生态系统为生物提供相对稳定的大面积栖息地。湖沼生态需水计算以水量平衡为基础，特别考虑湖泊相对稳定的水深和水面面积。贾保全(2000)认为采用蒸散量减去降雨量的方法计算了湖泊生态需水。李丽娟(2000)只考虑湖泊水面和降雨的要素计算了生态需水量。计算湖泊最小生态环境需水量的方法有水量平衡法、换水周期法、最小水位法等(刘静玲等，2002；崔保山等，2005)。水量平衡法是根据湖泊水量平衡原理来确定湖泊生态环境需水量的方法，在吞吐型湖泊中最为适用(徐志侠等，2005)。换水周期法主要用于人工湖泊的需水计算。最小水位法根据湖泊生态系统对最小水位以及水面面积的要求，结合湖泊的形状来确定湖泊生态环境需水量的方法。湖泊具有景观、航运、环境稀释、为水生生物提供栖息地等功能。同时，湖泊由于蒸发、渗漏、出流等有水分损失(肖芳等，2004)。目前湖泊生态需水分析技术主要针对湖泊生态系统特定生态服务功能提出相应对湖泊需水量的要求，缺乏针对湖泊不同生态服务功能的综合生态需水分析，计算得到生态需水量容易陷入片面化，无法维持湖泊生态系统的综合服务功能，不利于湖泊生态系统的生态环境保护、生态恢复和科学管理。

发明内容

本发明针对目前生态需水计算方法缺乏针对湖泊不同生态服务功能对水量要求的问题，提出基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术。具体发明内容为：

以生态优先原则、兼容性原则、最大值原则和等级制原则为基础，综合考虑湖泊生态系统不同生态服务功能对水量的需求，确定湖泊生态系统整体多要素健康对淡水输入的需求，根据湖泊生态系统环境功能、生态功能和生产功能的差别将湖泊生态需水划分为九种类型，通过引入不同类型湖泊水资源功能系数建立了基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术，最终实现综合考虑湖泊不同类型生态需水目标要求的目标。

与现有技术相比本专利技术具有以下优点：

1)综合考虑湖泊生态系统不同生态服务功能综合性生态需水要求，避免原有生态需水计算结果的片面性；

2)准确地反映了湖泊生态系统的健康现状和湖泊生态系统需水量之间的相互关系，可以为防止湖泊生态系统日益恶化的趋势和生态恢复提供技术支持。

2)研究方法简单易行，便于在我国湖泊生态系统需水定量化计算的应用。

具体实施方式

以下详细说明本发明的具体实施方式。

1)确定湖泊生态需水类型，当湖泊生态系统健康程度处在良好状态下，将湖泊生态系统生态服务功能划分为环境功能、生态功能和生产功能三种类型，进而将湖泊生态需水划分为蒸散需水量、渗漏需水量、水生生物及其栖息地需水、湖泊出湖地表径流需水、湖泊出湖地下径流需水、能源生产需水、自净需水、航运需水和景观娱乐需水九种需水类型。采用传统水量平衡法、换水周期法等分析计算湖泊生态系统不同生态服务功能生态需水量。

2)根据最大值原则和湖泊管理目标差异，确定水资源功能系数，采用基于功能设定法的湖泊生态需水计算方法，综合确定多目标要求下的湖泊生态需水量，计算公式为：

$W=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i{W}_i}{n}$

式中，W为湖泊最小生态需水量；β_i为第i个湖泊水资源功能系数(β₁+β₂+β₃+…β_n＝1)，W_i为第i个湖泊水资源功能最小生态需水量；n为湖泊水资源功能数。

实例

采用我国北方典型湖泊生态需水实例分析说明本发明专利的应用。根据湖泊所具有的蓄洪防旱、调节气候、渔苇生产、景观旅游等多种功能，以及维持区域生态平衡等重要生态服务功能。依据本发明专利提出的基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术，确定湖泊生态需水计算主要考虑湖泊植物需水、土壤需水、野生生物栖息地需水和渗漏消耗需水。根据最大值原则和湖泊管理目标差异确定不同类型水资源功能系数，最终确定综合考虑湖泊不同类型生态服务功能需水要求的生态需水总量。湖泊四季(各月)的生态需水见表1。低、中、高方案各对应着相应的恢复湖泊面积的差异，低方案恢复湖泊面积取122km²，即现状水面面积；中方案取182km²；高方案取242km²。

表1各月份湖泊生态需水(10⁸m³)

在上述需水计算中，包括消耗性需水，如植物需水、渗漏耗水都为消耗性的需水，需要每月进行补充；而土壤需水、生物栖息地需水等基本属于非消耗性的，可以延续性地使用。湖泊消耗性需水和非消耗性需水见表2。

表2最小消耗性和非消耗性需水(10⁸m³)

基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术有效实现不同生态服务功能需水量的整合，明确了湖泊综合服务功能需水要求，为实现科学水资源配置提供切实可行的技术方法支持。

Claims (3)

1.一种基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术，其步骤为：

(1)明确湖泊生态需水类型；

(2)计算湖泊生态系统不同生态服务功能生态需水量；

(3)根据最大值原则和湖泊管理目标差异，确定水资源功能系数；

(4)综合计算多目标要求下的湖泊生态需水量。

2.根据权利要求1所述的明确湖泊生态需水类型，将湖泊生态需水功能划分为生态功能、环境功能以及生产功能，进而将湖泊生态需水划分为蒸散需水量、渗漏需水量、水生生物及其栖息地需水、湖泊出湖地表径流需水、湖泊出湖地下径流需水、能源生产需水、自净需水、航运需水和景观娱乐需水九种类型。

3.根据权利要求1所述的一种基于功能设定法的湖泊生态需水分析计算方法，多目标要求下的湖泊生态需水量计算公式为，

$W=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i{W}_i}{n}$

式中，W为湖泊最小生态需水量；W_i为第i个湖泊水资源功能最小生态需水量；β_i为第i个湖泊水资源功能系数，有β₁+β₂+β₃+…β_n＝1，n为湖泊水资源功能数。