CN111523089B - 基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其针对当前无法通过原位模拟试验揭示大中型湖泊候鸟越冬期水位变化对湿地生境和候鸟种群数量影响这个核心问题。在对湖泊长系列逐日水位数据进行统计分析的基础上,确定关键水文要素值,并拟定候鸟越冬期湖泊试验性调控水位。然后利用测深仪获取湖泊水下地形数据,构建湖泊水位~湖容关系曲线,并通过闸控制下泄流量达到试验性水位。本发明较好的解决了无法通过原位模拟试验揭示大中型湖泊候鸟越冬期水位变化对湿地生境和候鸟种群数量影响这个核心问题,实现了水位调控、遥感监测、水鸟监测相结合的模拟试验方法,为水利工程优化调度提供了重要的理论研究思路。
Description
技术领域
本发明涉及水利信息技术领域,具体是一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法。
背景技术
水位的高低、出现时间、持续时间以及变化速率等构成了水位动态变化过程的主要要素,是直接或间接影响湖泊湿地生态系统结构和过程的主要环境要素之一。冬候鸟作为湖泊湿地生态系统的指示生物,其种群数量和时空分布受到水位动态变化的影响。候鸟越冬期水位长期维持在过高或过低水平,将影响湖泊湿地生态水文过程及泥滩地和草滩地出露过程。
系统研究候鸟越冬期水位动态变化对湿地生境及越冬候鸟种群数量和空间分布格局的影响对水位优化调控具有重要的科学意义和理论价值。原位模拟试验能将水位变化从众多驱动因子中分离出来,系统的揭示和真实的反映候鸟越冬期水位变化对湿地生境及候鸟种群数量和空间分布格局的影响。然而,大中性湖泊湿地生态系统原位模拟试验普遍存在可操作性差的问题,如何通过原位模拟试验揭示大中型湖泊候鸟越冬期水位变化对湿地生境和候鸟种群数量影响的问题更是成为当前水位-湿地生境-越冬候鸟种群数量和空间分布格局动态关联研究不足的主要制约因素。
发明内容
本发明提供一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,用于解决当前无法通过原位模拟试验揭示大中型湖泊候鸟越冬期水位变化对湿地生境和候鸟种群数量影响的问题。
本发明一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,包括如下步骤:
一、基于湖泊长系列逐日水位数据的统计分析,确定候鸟越冬期湖泊试验性水位调控的关键水文要素值,再结合关键水文要素值拟定候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求,湖泊长系列逐日水位数据指水位站测定的长序列逐日水位数据;
二、若湖区水位站与主湖区之间不存在圩堤阻隔,湖区水位站可以直接表征主湖区水位时,则观测水位站的水位数据,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控;
若湖区水位站与主湖区之间存在圩堤阻隔,湖区水位站无法表征主湖区水位时,则构建湖区水位站与主湖区失去水文联系的临界点高程以下主湖区水位~湖容关系曲线;当湖区水位在水位站的临界点高程以上时,则观测水位站的水位数据,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控;当湖区水位降至水位站的临界点高程以下时,则结合主湖区水位~湖容关系曲线,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控。
所述水位~湖容关系曲线构建的具体步骤为:
(1)地形预处理,生成无凹陷点的湖泊DEM数据;
(2)利用DEM数据计算水位站的临界点高程以下湖容;
(3)根据水位对应的湖容数据,构建水位~湖容关系曲线。
所述步骤一中,关键水文要素值包括湖泊长系列逐日水位数据的统计分析,确定候鸟越冬期湖泊试验性水位调控的低水位值、低水位发生时间、低水位历时、水位上升速度和水位下降速率。
所述低水位值根据水位站多年逐日水位数据分析确定,实验性低水位值不超过多年低水位平均值60cm~90cm进行控制;低水位时间根据水位站多年平均情况下低水位发生时间确定,试验性低水位发生时间按照计算的低水位发生时间左右各3天进行控制;低水位历时根据低水位阈值进行确定;低水位历时是指低水位发生的持续时间,为低水位从发生日期到结束日期的持续时间;水位上升速率和下降速率采用水文变异性范围法进行确定,取33%和67%分位数作为水位变化速率控制的上、下限。
所述步骤二中,所述临界点高程的数据是在枯水期水位站与主湖区失去水文联系、圩堤出露时测绘得到。
所述临界点高程以下水位~湖容关系曲线构建的具体步骤为:
(1)地形预处理,生成无凹陷点的湖泊DEM数据;
(2)根据遥感影像数据和实测地形数据,确定湖区圩堤边界;
(3)利用圩堤边界裁剪原始DEM数据,生成圩堤内的DEM数据;
(4)利用DEM数据计算某一水位以下湖容和圩堤内湖容之差,得到某一水位对应的主湖区湖容;
(5)根据临界点高程以下的水位对应的湖容数据,构建水位~湖容关系曲线。
可以列举的,可以采用“中海达HD-Max”水上测深仪对水下地形数据进行测绘;测绘过程中,将星海达iRTk和测深仪进行耦合,利用iRTK进行定位、测深仪测深。
有益效果:
本发明解决了无法通过原位模拟试验揭示大中型湖泊候鸟越冬期水位变化对湿地生境和候鸟种群数量影响的问题,为开展原位模拟试验提供了思路。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1所示为本发明一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法其中一个实施例流程示意图
下面以菜子湖为例进行基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,如图1所示,其包括如下步骤:
第一步、基于车富岭站(菜子湖水位站)1956~2018年共63年逐日水位数据进行统计分析,确定候鸟越冬期湖泊试验性水位调控的低水位值、低水位发生时间、低水位历时、水位上升速度和水位下降速率等关键水文要素值。其中,低水位值根据水位站多年逐日水位数据分析确定为6.94m,试验性低水位值按不超过多年低水位平均值60cm~90cm进行控制;1956~2018年多年平均情况下,菜子湖最低水位为6.88m,最早接近最低水位的发生时间在1月中旬,因此最低水位发生时间按照1月中旬进行控制;1956~2018年多年平均情况下,1月上旬至2月中旬,菜子湖水位维持在6.88~6.91m的较低水位上,无明显变化。试验性水位控制期间,在2月中旬前亦维持在较低水位,从2月下旬开始逐渐抬升水位;水位上升速率和下降速率采用水文变异性范围法进行确定,取33%和67%分位数作为水位变化速率控制的上、下限,候鸟越冬期水位变化速率存在一定的年内和年际波动。从年际变化速率来看,候鸟越冬期水位变化速率年均值为-0.034-0.009m/d。从年内变化速率来看,11月-次年3月水位变化速率日均值为-0.051-0.016m/d。
第二步、结合计算的关键水文要素值,拟定候鸟越冬期菜子湖试验性调控水位。通过控制湖泊的闸下泄水量进行水位调控,从10月上旬开始预降水位,至11月1日,控制水位在8.50m;11月1日开始逐步消落水位,至第二年1月中旬达到年度最低试验性水位;1月中旬至2月中旬,控制湖水位维持在年度最低试验性水位±0.1米的范围内;2月下旬开始,逐步抬升湖水位;4月1日,结束年度试验性水位调度,转入正常调度。
利用“中海达HD-Max”水上测深仪对水下地形数据进行测绘。测绘过程中,将星海达iRTk和测深仪进行耦合,利用iRTK进行定位、测深仪测深获取菜子湖水下地形数据,构建菜子湖水位~湖容关系曲线。因菜子湖车富岭水位站与主湖区之间存在圩堤阻隔,无法通过车富岭水位站观测数据表征试验性水位数据,需重新构建水位站与主湖区失去水文联系的临界点高程以下主湖区水位~湖容关系曲线。
利用测绘方法,确定菜子湖车富岭水位站与主湖区失去水文联系的临界点高程,重新构建临界点高程以下菜子湖主湖区水位~湖容关系曲线,并通过调控闸下泄水量达到试验性水位的控制。
Claims (6)
1.一种基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,包括如下步骤:
一、基于湖泊长系列逐日水位数据的统计分析,确定候鸟越冬期湖泊试验性水位调控的关键水文要素值,再结合关键水文要素值拟定候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求,湖泊长系列逐日水位数据指水位站测定的长序列逐日水位数据;
二、若湖区水位站与主湖区之间不存在圩堤阻隔,湖区水位站可以直接表征主湖区水位时,则观测水位站的水位数据,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控;
若湖区水位站与主湖区之间存在圩堤阻隔,湖区水位站无法表征主湖区水位时,则构建湖区水位站与主湖区失去水文联系的临界点高程以下主湖区水位~湖容关系曲线;当湖区水位在水位站的临界点高程以上时,则观测水位站的水位数据,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控;当湖区水位降至水位站的临界点高程以下时,则结合主湖区水位~湖容关系曲线,通过控制湖泊的闸下泄水量,按照候鸟越冬期湖泊试验性调控水位要求进行湖泊水位调控。
2.如权利要求1所述的基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其特征在于:所述水位~湖容关系曲线构建的具体步骤为:
(1)地形预处理,生成无凹陷点的湖泊DEM数据;
(2)利用DEM数据计算水位站的临界点高程以下湖容;
(3)根据水位对应的湖容数据,构建水位~湖容关系曲线。
3.如权利要求1所述的基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其特征在于,
所述步骤一中,关键水文要素值包括湖泊长系列逐日水位数据的统计分析,确定候鸟越冬期湖泊试验性水位调控的低水位值、低水位发生时间、低水位历时、水位上升速度和水位下降速率。
4.如权利要求3所述的基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其特征在于,
所述低水位值根据水位站多年逐日水位数据分析确定,实验性低水位值不超过多年低水位平均值60cm~90cm进行控制;低水位时间根据水位站多年平均情况下低水位发生时间确定,试验性低水位发生时间按照计算的低水位发生时间左右各3天进行控制;低水位历时根据低水位阈值进行确定;低水位历时是指低水位发生的持续时间,为低水位从发生日期到结束日期的持续时间;水位上升速率和下降速率采用水文变异性范围法进行确定,取33%和67%分位数作为水位变化速率控制的上、下限。
5.如权利要求1所述的基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其特征在于:所述步骤二中,所述临界点高程的数据是在枯水期水位站与主湖区失去水文联系、圩堤出露时测绘得到。
6.如权利要求2所述的基于水位~湖容关系的候鸟越冬期湖泊试验性水位调控方法,其特征在于:所述临界点高程以下水位~湖容关系曲线构建的具体步骤为:
(1)地形预处理,生成无凹陷点的湖泊DEM数据;
(2)根据遥感影像数据和实测地形数据,确定湖区圩堤边界;
(3)利用圩堤边界裁剪原始DEM数据,生成圩堤内的DEM数据;
(4)利用DEM数据计算设定的某一水位以下湖容和圩堤内湖容之差,得到设定的某一水位对应的主湖区湖容;
(5)根据临界点高程以下的水位对应的湖容数据,构建水位~湖容关系曲线。
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