CN112884605A - 一种反季相湖泊生态需水确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种反季相湖泊生态需水确定方法，首先，对水生植物萌发期、水生植物生长扩散期和水生植物成熟期分别确定反季相湖泊生态需水关键月份及关键月份的水位变化范围。然后，对关键月份，分别建立水位与水生植物面积关系，并根据保护水鸟对栖息地的需求，建立水位与水鸟栖息地面积关系。最后，根据水位与水鸟栖息地面积关系曲线，确定各关键月份的生态需水。该方法针对反季相湖泊特殊的水位变化模式，以保护水鸟栖息地需求为核心，得到反季相湖泊关键月份的生态需水，对反季相湖泊水资源管理及生态保护与恢复具有重要的理论与实践意义。
Description
技术领域
本发明属于水资源调控和湖泊生态修复领域，涉及一种反季相湖泊生态需水确定方法。
背景技术
确定湖泊生态需水是湖泊生态系统保护和修复的基本工作。现有的湖泊生态需水确定方法适合于缺水且水位波动遵循自然季节性变化的正季相湖泊(即丰水季节水位高、枯水季节水位低的湖泊)，而不适合反季相湖泊(即丰水季节水位低、枯水季节水位高的湖泊)。主要原因是反季相水文过程与正季相水文过程造成湖泊生态退化特征不同。例如，在正季相水文过程下，在植物萌发期湖泊水生植物会因为缺水而无法萌发，在生长扩散期湖泊水生植物会因水位过高而抑制生长；而在反季相水文过程下，在植物萌发期湖泊水生植物会因为水位过高而抑制萌发，在生长扩散期湖泊水生植物会因水位过低而干枯死亡。由于反季相湖泊的水文过程存在显著的反季节性，现有的生态需水确定方法不能准确确定湖泊生态需水量。如何满足反季相湖泊生态保护目标对生态需水的要求，实现反季相湖泊生态系统保护和恢复是现有湖泊生态需水确定方法未解决的问题。
发明内容
针对当前湖泊生态需水确定方法不能适用于反季相湖泊生态需水的问题，本发明目的是提供一种反季相湖泊生态需水确定方法，以维持反季相湖泊生态功能。本发明解决这些技术问题所采用的技术方案如下：首先，对水生植物萌发期、水生植物生长扩散期和水生植物成熟期分别确定反季相湖泊生态需水关键月份。然后，对三个关键月份水位，分别建立水位与水生植物面积关系，并根据保护水鸟对栖息地的需求，建立水位与水鸟栖息地面积关系。最后，根据水位与水鸟栖息地面积关系曲线，确定各关键月份的生态需水。其具体的步骤如下：
(1)确定生态需水关键月份
在水生植物萌发期3-5月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T1月；在水生植物生长扩散期6-8月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T2月；在水生植物成熟期9-11月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T3月；
(2)确定关键月份的水位变化范围
确定T1月、T2月和T3月水位变化范围WLi～WHi，其中WLi为i月多年月平均最低水位，WHi为i月多年月平均最高水位；
(3)建立水位与目标水生植物面积关系
a)利用湖泊地形数据，计算不同水位对应的湖泊水深；
b)在T1月、T2月和T3月水位变化范围WLi～WHi内，分别改变T1月、T2月和T3月水位，并根据目标植物适合生长的水深范围，建立水生植物面积S1和T1月水位关系、水生植物面积S2和T2月水位关系、水生植物面积S3和T3月水位关系；
(4)建立水位与水鸟栖息地面积关系
在WLi～WHi范围内改变T1月、T2月和T3月水位，计算各水位下水鸟栖息地面积(遮蔽筑巢面积和觅食面积之和)，建立水鸟栖息地面积F1与T1月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F2与T2月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F3与T3月水位关系曲线；
(5)反季相湖泊生态需水确定
根据水鸟栖息地面积F1与T1月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F2与T2月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F3与T3月水位关系曲线，分别确定三条曲线的变化率极值点，极值点所对应的水位为各关键月份生态需水。
附图说明
图1为反季相湖泊生态需水确定方法的流程图。
具体实施方式
下面以中国南方某湖泊为实施例进一步说明本发明。
(1)确定生态需水关键月份
1953-2003年湖泊水文过程受人类干扰较少，将这些年的月平均水位设为历史月平均水位。运用1953-2003年逐日水位监测数据，计算得出历史月平均水位(表1)。
计算2013-2020年3-5月份(水生植物萌发期)湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，得出关键月份T1月为3月；计算2014-2020年6-8月份(水生植物生长扩散期)湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，得出关键月份T2月为7月；计算2014-2020年9-11月份(水生植物成熟期)湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，得出关键月份T3月为10月。
(2)确定关键月份的水位变化范围
该湖泊3月多年月平均最低水位WL1为11.50m，多年月平均最高水位WH1为13.50m，确定3月水位变化范围为11.50～13.50m；7月多年月平均最低水位WL2为11.00m，多年月平均最高水位WH2为12.90m，确定7月水位变化范围为11.00～12.90m；10月多年月平均最低水位WL3为11.50m，多年月平均最高水位WH3为13.50m，确定10月水位变化范围为11.50～13.50m。
(3)建立水位与目标水生植物面积关系
a)利用湖泊地形数据，计算不同水位对应的湖泊水深；
b)根据挺水植物(莲、菰、芦苇、李氏禾、水蓼)和沉水植物(眼子菜、苦草、黑藻)的适合生长水深范围(表2)，在3月水位变化范围11.50～13.50m内，以0.1m为步长改变3月水位，建立水生植物面积S1和3月水位关系曲线；在7月水位变化范围11.50～12.70m内，以0.1m为步长改变7月水位，建立水生植物面积S2和7月水位关系曲线；在10月水位变化范围11.50～13.50m内，以0.1m为步长改变10月水位，建立水生植物面积S3和10月水位关系曲线。
(4)建立水位与水鸟栖息地面积关系
根据夏候鸟须浮鸥与冬候鸟白骨顶的适合遮蔽筑巢水深和觅食水深(表3)，在11.50～13.50m范围内，以0.1m为步长改变3月水位，计算各水位下水鸟栖息地面积(遮蔽筑巢面积和觅食面积之和)，建立水鸟栖息地面积F1与3月水位关系曲线；在11.50～12.70m范围内，以0.1m为步长改变7月水位，计算各水位下水鸟栖息地面积(遮蔽筑巢面积和觅食面积之和)，建立水鸟栖息地面积F2与7月水位关系曲线；在11.50～13.50m范围内，以0.1m为步长改变10月水位，计算各水位下水鸟栖息地面积(遮蔽筑巢面积和觅食面积之和)，建立水鸟栖息地面积F3与10月水位关系曲线。
(5)反季相湖泊生态需水确定
根据水鸟栖息地面积F1与3月水位关系曲线，计算得到曲线变化率极值点对应的水位为13.00m，此时栖息地面积为40.57km2；根据水鸟栖息地面积F2与7月水位关系曲线，计算得到曲线变化率极值点对应的水位为12.50m，此时栖息地面积为72.92km2；根据水鸟栖息地面积F3与10月水位关系曲线，计算得到曲线变化率极值点对应的水位为13.00m，此时栖息地面积为44.25km2。确定3月生态需水为13.00m，7月生态需水为12.50m，10月生态需水为12.90m。
表1历史月平均水位(m)
表2水生植物适宜水深阈值(m)
表3水鸟筑巢遮蔽和觅食水深(cm)
Claims (1)
1.一种反季相湖泊生态需水确定方法，其确定步骤如下：
(1)确定生态需水关键月份
在水生植物萌发期3-5月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T1月；在水生植物生长扩散期6-8月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T2月；在水生植物成熟期9-11月间，确定湖泊当前月平均水位与历史月平均水位偏差最大的月份，定为关键月份T3月；
(2)确定关键月份的水位变化范围
确定T1月、T2月和T3月水位变化范围WLi～WHi，其中WLi为i月多年月平均最低水位，WHi为i月多年月平均最高水位；
(3)建立水位与目标水生植物面积关系
a)利用湖泊地形数据，计算不同水位对应的湖泊水深；
b)在T1月、T2月和T3月水位变化范围WLi～WHi内，分别改变T1月、T2月和T3月水位，并根据目标水生植物适合生长的水深范围，建立水生植物面积S1和T1月水位关系曲线、水生植物面积S2和T2月水位关系曲线、水生植物面积S3和T3月水位关系曲线；
(4)建立水位与水鸟栖息地面积关系
在WLi～WHi范围内改变T1月、T2月和T3月水位，计算各水位下水鸟栖息地面积(遮蔽筑巢面积和觅食面积之和)，建立水鸟栖息地面积F1与T1月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F2与T2月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F3与T3月水位关系曲线；
(5)反季相湖泊生态需水确定
根据水鸟栖息地面积F1与T1月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F2与T2月水位关系曲线、水鸟栖息地面积F3与T3月水位关系曲线，分别确定三条曲线的变化率极值点，极值点所对应的水位为各月份生态需水。
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