CN113506043A - 一种沿河湿地适宜恢复范围与等级划分评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沿河湿地生态领域，尤其涉及一种沿河湿地适宜恢复范围与等级划分评价方法，包括：步骤(1)，基于地下水矿化度、地下水污染等级、地下水水质、含水层岩性因素对目标区域的地下水约束条件进行评价；步骤(2)，基于包气带厚度、包气带介质、土壤养分等级、土壤环境质量等级因素对目标区域的包气带约束条件进行评价；步骤(3)，基于土地利用类型、河网分布特征、河流年径流量、年降雨量、年蒸发量因素对目标区域地表约束条件进行评价；步骤(4)，基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分。
Description
技术领域
本发明涉及沿河湿地生态系统，尤其涉及河流沿岸湿地适宜恢复范围与等级划分的评价方法。
背景技术
沿河湿地是指河流两侧的河漫滩和低湿地，被洪水周期性淹没，常年或间歇性积水。沿河湿地是河岸带的重要组成部分，与河流相邻接，水陆界面特征更加典型，是陆地生态系统与河流生态系统进行能量、物质和信息交换的重要过渡带，边缘效应显著，生态系统结构、过程和功能独特，在维持生物多样性、能量与物质平衡、保护河流水质与区域生态安全等方面扮演着重要作用。沿河湿地有特殊的水文特征，具有调蓄洪水、涵养水分、调节气候、降解环境污染物和维持生物多样性等生态功能，被誉为“地球之肾”。在人类活动的干扰作用下，沿河湿地生态系统结构和生态过程遭受到严重破坏，导致生态功能减弱，沿河湿地已经成为我国生态环境问题最为突出、经济发展和生态环境保护矛盾最为尖锐的地区之一。
河流建坝是人类活动影响河流生态系统的最典型形式之一。国际大坝委员会统计资料表明2003年中国大型水坝总数近25,840座，约占全球总数的52％。截止2009年底全国已建成各类水库87,000余座。已有研究表明，大坝建设对河流水文情势与沿河湿地生态系统的影响是极为深刻的，闸坝的控制改变了河流的自然季节流量模式，引起河流水文、洪水频率、洪水峰值水位、沉积物输送、河岸地下水流动等一系列河流水文过程与特征的改变。沿河湿地与河流直接相邻、联系紧密，筑坝引起的河流水文情势变化，不可避免地会引发沿河湿地生态系统结构和生态过程的强烈变化，进而影响到水质保护、生物多样性维持等生态系统服务功能的正常发挥。如果不采取有效的生态保护措施，其造成的生态后果将是长期的、难以挽回的。
地下水是水资源的重要组成部分，不仅是人类生产、生活的重要水源，而且是生态、环境的控制因素。由于在地下水开发利用过程中忽略了地下水的生态属性，地下水超采造成华北与黄河沿岸地区地下水位持续下降，引发了水质矿化、土壤荒漠化、植被退化、生态恶化等问题。为降低地下水开发利用的生态负效应，地下水与生态、环境关系的研究逐渐引起人们的重视。相继提出了沼泽化水位、盐渍化水位、适宜生态水位、植物胁迫水位、荒漠化水位等生态水位的概念、分类和确定方法，分析了地下水位引发的生态效应，建立了考虑生态影响的地下水评价指标和基于生态控制目标的地下水调控模型和方案等；保持湿地的稳定及恢复，需要综合调配地表水与地下水资源。
因此，本发明基于沿河湿地区地下水水质与埋深、土壤介质与盐分、地表植被分布、河网分布、大气降水等多因素对沿河湿地适宜恢复范围与等级划分的影响建立相应的评价方法，为生态保护与修复提供依据。
发明内容
基于此，本发明构建了一种沿河湿地适宜恢复范围与等级划分评价方法，包括了以下内容：
步骤(1)，基于地下水矿化度、地下水污染等级、地下水水质、含水层岩性因素对目标区域的地下水约束条件进行评价；
步骤(2)，基于包气带厚度、包气带介质、土壤养分等级、土壤环境质量等级因素对目标区域的包气带约束条件进行评价；
步骤(3)，基于土地利用类型、河网分布特征、河流年径流量、年降雨量、年蒸发量因素对目标区域地表约束条件进行评价；
步骤(4)，基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分。
优选的，步骤(1)采用基于地下水约束条件的沿河湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
GI＝r(M)×ω(M)+r(P)×ω(P)+r(Q)×ω(Q)+r(H)×ω(H)
其中，GI：基于地下水约束条件的淡水型湿地恢复适宜性指数；r(M)：地下水矿化度指标评分值；ω(M)：地下水矿化度指标的权重；r(P)：地下水污染等级指标评分值；ω(P)：地下水污染等级指标的权重；r(Q)：地下水水质指标评分值；ω(Q)：地下水水质指标的权重；r(H)：含水层岩性指标评分值；ω(H)：含水层岩性指标的权重。
优选的，步骤(2)采用基于包气带约束条件的淡水型湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
SI＝r(T)×ω(T)+r(L)×ω(L)+r(S)×ω(S)+r(Y)×ω(Y)
其中，SI：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(T)：包气带厚度指标评分值；ω(T)：包气带厚度指标的权重；r(L)：包气带介质指标评分值；ω(L)：包气带介质指标的权重；r(S)：土壤养分等级指标评分值；ω(S)：土壤养分等级指标的权重；r(Y)：土壤环境质量等级指标评分值；ω(Y)：土壤环境质量等级指标的权重。
优选的，步骤(3)采用基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数模型进行评价，具体模型为：
EI＝r(W)×ω(W)+r(R)×ω(R)+r(D)×ω(D)+r(E)×ω(E)+r(J)×ω(J)
EI：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(W)：土地利用类型指标评分值；ω(W)：土地利用类型指标的权重；r(R)：河网分布特征指标评分值；ω(R)：河网分布特征指标的权重；r(D)：河流径流量指标评分值；ω(D)：河流径流量指标的权重；r(E)：年蒸发量指标评分值；ω(E)：年蒸发量指标的权重；r(J)：年降雨量指标评分值；ω(J)：年降雨量指标的权重。
优选的，步骤(4)采用基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件的评价模型对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分，具体模型为：
GSE＝r(GI)×ω(GI)+r(SI)×ω(SI)+r(EI)×ω(EI)
r(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(SI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(SI)基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.实现了对河道两岸沿河已退化湿地恢复适宜性的量化评价，划定适宜恢复区的范围与等级，具有指标明确、计算简单等有点，能够实现精确筛选适宜恢复区，支撑生态文明建设。
2.针对评价对象的特点，构建了评价模型，并针对性选取了地下水约束条件、包气带特征条件、地表约束条件，系统的包括了对湿地生态产生直接影响的各种环境因子；以水为主线，确保湿地恢复的淡水资源。
3.明确计算了实现不同等级适宜恢复区湿地生态系统的需水量；有助于对水资源的优化配置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实施，并不限于本文所述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是使对本发明的内容理解的更加透彻全面。
采用基于地下水约束条件的沿河湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
GI＝r(M)×ω(M)+r(P)×ω(P)+r(Q)×ω(Q)+r(H)×ω(H)
其中，GI：基于地下水约束条件的淡水型湿地恢复适宜性指数；r(M)：地下水矿化度指标评分值；ω(M)：地下水矿化度指标的权重；r(P)：地下水污染等级指标评分值；ω(P)：地下水污染等级指标的权重；r(Q)：地下水水质指标评分值；ω(Q)：地下水水质指标的权重；r(H)：含水层岩性指标评分值；ω(H)：含水层岩性指标的权重。
表1地下水约束条件各因子的指标值与权重表
采用基于包气带约束条件的淡水型湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
SI＝r(T)×ω(T)+r(L)×ω(L)+r(S)×ω(S)+r(Y)×ω(Y)
其中，SI：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(T)：包气带厚度指标评分值；ω(T)：包气带厚度指标的权重；r(L)：包气带介质指标评分值；ω(L)：包气带介质指标的权重；r(S)：土壤养分等级指标评分值；ω(S)：土壤养分等级指标的权重；r(Y)：土壤环境质量等级指标评分值；ω(Y)：土壤环境质量等级指标的权重。
表2包气带中各因子的指标值与权重表
其中，土壤养分等级划分方法依据《全国第二次土壤普查分类标准》；土壤环境质量等级划分方法依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018).
采用基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数模型进行评价，具体模型为：
EI＝r(W)×ω(W)+r(R)×ω(R)+r(D)×ω(D)+r(E)×ω(E)+r(J)×ω(J)
EI：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(W)：土地利用类型指标评分值；ω(W)：土地利用类型指标的权重；r(R)：河网分布特征指标评分值；ω(R)：河网分布特征指标的权重；r(D)：河流径流量指标评分值；ω(D)：河流径流量指标的权重；r(E)：年蒸发量指标评分值；ω(E)：年蒸发量指标的权重；r(J)：年降雨量指标评分值；ω(J)：年降雨量指标的权重。
表3包气带中各因子的指标值与权重表
采用基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件的评价模型对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分，具体模型为：
GSE＝r(GI)×ω(GI)+r(SI)×ω(SI)+r(EI)×ω(EI)
r(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(SI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(SI)基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重。
表4 GSE模型中各元素对应评分
表6 GSE模型中各元素相关权重
| 指标 | Gi | Si | Ei |
| 权重 | 0.3 | 0.3 | 0.4 |
根据计算获得的GSE值对目标区域的地下水回补区适应性等级进行划分，标准如下标所示：
表7区域地下水回补区适宜性指数等级划分
| GSE分值 | 等级 | 适应性评价 |
| 9＜GSE≤10 | I | 优先恢复区 |
| 6＜GSE≤9 | II | 良好恢复区 |
| 3＜GSE≤6 | III | 适宜恢复区 |
| 0.2＜GSE≤3 | IV | 较差恢复区 |
| GSE≤0.2 | V | 不适宜恢复区 |
本发明评价方法已经实施用于了黄河下游开封悬河段沿河湿地适宜恢复区范围与等级划分。
以黄河开封典型悬河段为研究对象，结合地下水、包气带与地表约束条件，建立黄河下游沿河湿地适宜恢复区范围与等级划分评价指数模型，圈定黄河下游开封段沿河湿地恢复区范围，并划分为5级沿河湿地适宜恢复区，分别为优先恢复区、良好恢复区、中度适宜恢复区、较差恢复区和不适宜恢复区；计算目标区域不同等级淡水湿地恢复适宜区的生态需水量。理想恢复区首选靠近黄河大堤的顺河与背河洼地区域；其次是黄河滩区地势相对较低区域。大堤内由于黄河悬河特征导致滩区部分区域地势较高造成包气带厚度相对较厚，地下水位难以恢复；在充足的水资源保障下结合地下水压采工程的实施，伴随地下水位抬升使得湿地生态系统逐步恢复，受黄河影响最大可恢复范围可距离黄河25km。由划定结果可知，优先恢复区和良好恢复区位于河道南岸与北岸大堤内侧外两侧1km以内；北岸黄河滩区由于地势较高、地下水埋藏较深不适于湿地恢复；其它较差恢复区和不适宜恢复区主要影响因子为淡水资源量少、建筑用地集中，河网部分不发达。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为。
Claims (5)
1.一种沿河湿地适宜恢复范围与等级划分评价方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(1)，基于地下水矿化度、地下水污染等级、地下水水质、含水层岩性因素对目标区域的地下水约束条件进行评价；
步骤(2)，基于包气带厚度、包气带介质、土壤养分等级、土壤环境质量等级因素对目标区域的包气带约束条件进行评价；
步骤(3)，基于土地利用类型、河网分布特征、河流年径流量、年降雨量、年蒸发量因素对目标区域地表约束条件进行评价；
步骤(4)，基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
采用基于地下水约束条件的沿河湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
GI＝r(M)×ω(M)+r(P)×ω(P)+r(Q)×ω(Q)+r(H)×ω(H)
其中，GI：基于地下水约束条件的淡水型湿地恢复适宜性指数；r(M)：地下水矿化度指标评分值；ω(M)：地下水矿化度指标的权重；r(P)：地下水污染等级指标评分值；ω(P)：地下水污染等级指标的权重；r(Q)：地下水水质指标评分值；ω(Q)：地下水水质指标的权重；r(H)：含水层岩性指标评分值；ω(H)：含水层岩性指标的权重。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
采用基于包气带约束条件的淡水型湿地适宜恢复范围等级划分评价模型进行评价，具体模型为：
SI＝r(T)×ω(T)+r(L)×ω(L)+r(S)×ω(S)+r(Y)×ω(Y)
其中，SI：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(T)：包气带厚度指标评分值；ω(T)：包气带厚度指标的权重；r(L)：包气带介质指标评分值；ω(L)：包气带介质指标的权重；r(S)：土壤养分等级指标评分值；ω(S)：土壤养分等级指标的权重；r(Y)：土壤环境质量等级指标评分值；ω(Y)：土壤环境质量等级指标的权重。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括，
采用基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数模型进行评价，具体模型为：
EI＝r(W)×ω(W)+r(R)×ω(R)+r(D)×ω(D)+r(E)×ω(E)+r(J)×ω(J)
EI：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数；r(W)：土地利用类型指标评分值；ω(W)：土地利用类型指标的权重；r(R)：河网分布特征指标评分值；ω(R)：河网分布特征指标的权重；r(D)：河流径流量指标评分值；ω(D)：河流径流量指标的权重；r(E)：年蒸发量指标评分值；ω(E)：年蒸发量指标的权重；r(J)：年降雨量指标评分值；ω(J)：年降雨量指标的权重。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：
采用基于目标区域的地下水约束条件、包气带约束条件、地表约束条件的评价模型对沿河湿地地区进行淡水湿地适宜恢复范围进行等级划分，具体模型为：
GSE＝r(GI)×ω(GI)+r(SI)×ω(SI)+r(EI)×ω(EI)
r(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(GI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(SI)：基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(SI)基于包气带约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重；r(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数评分值；ω(EI)：基于地表约束条件的淡水型湿地恢复适宜性评价指数的权重。
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| CN202110899694.7A CN113506043A (zh) | 2021-08-06 | 2021-08-06 | 一种沿河湿地适宜恢复范围与等级划分评价方法 |
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
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-
2021
- 2021-08-06 CN CN202110899694.7A patent/CN113506043A/zh active Pending
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