专利名称：：一种快速环境流量评估技术的制作方法
技术领域：
：本发明属于水生态系统管理领域，尤其涉及一种快速环境流量评估技术。
背景技术：
：水是生命的载体，是维系自然界一切生命活动与生态过程的基础性自然资源。河流是水资源的首要输运通道，担负着水资源从自然界向人类社会输移和分配的重要任务。河流生态系统的健康与否不但影响以水贯穿其中的整个生态系统，还影响水资源输运通道的功能，并直接影响到人类可利用水资源的数量和质量。河流环境流量研究是建立在对河流生态系统结构认识的基础上，在保证河流生态系统的完整性或者可允许程度上的退化前提下，分析河流生态系统的外部可供水量以及河流生态系统的需水量。简言之，河流环境流量也就是分析应该为下游河道和河漫滩预留多少水，以维护河流生态系统的健康。环境流量量的界定、计算和分析是水资源管理中实现人与自然和谐发展的重要基础因素.环境流量的研究始于20世纪40年代的美国西部，到了20世纪70年代，由于相关法律法规的颁布以及建坝高潮的到来，环境流量的研究也相应的发展迅速。80年代，澳大利亚、英国、新西兰和南非等国在该方面的研究开始出现。而在东欧、拉美、非洲和亚洲，该方面的研究较少。目前，有将近50个国家开展了环境流量量的研究，大概有200多种研究方法，这些方法可归为四大类水文学法、水力学法、栖息地模拟法和整体法。水文学方法出现最早并且应用最广泛，几乎上应用到了世界上所有的地方，适合用于设定初级目标和国家性战略决策，至今仍然是应用最为广泛的方法；水力学法属于中间方法，本身并没有太大的发展前途，但可以为栖息地模拟法和整体法提供研究方法和手段，属于向栖息地模拟法和整体法过渡的方法，终将融合到这两种方法之中；栖息地模拟法强调水文、物理形态和生物信息的有机结合，并产生动态的水文和栖息地时间序列数据，能够用这些数据来验证不同的生态环境用水对目标生物生命周期和聚集习性的影响，最具科学性，但对数据要求太高，不适用于我国；整体法将环境流量目标生物从一种扩展到多种生物和整个生态系统，强调流域系统的整体性，符合流域综合管理的要求，是环境流量计算方法的巨大进步，但该法对数据的要求依然很高，在我国运用有一定的困难。因此，水文学方法成了我国环境流量计算的主要方法，并会在一定时期占据主导地位。但是一般的水文学方法仅仅计算出来一个最小值、最优值或者一个简单的区间，在实际的水资源管理中，不能根据水资源情势做出适当调整，具体实施有很大困难。本文将月保证率法和水文指数法结合起来，用月保证率法计算出一个初始环境流量，而后使环境流量在这一值附近离散，生成系列值，再根据河流生态系统评价法的思想，评价系列值对生态系统的影响。这样，计算出来的环境流量将是动态的，而不是一个简单的值，更有利于实际的水资源管理。由此可见，建立快速环境流量评价模型，对于水生态系统管理具有非常重要的现实意义。
发明内容动态环境流量计算方法包括两个部分启动部分和分析部分。其中，启动部分用月保证率法计算出来一个初始的环境流量，月保证率设定法，根据系列水文统计资料，以不同的月保证率下的天然年径流量百分比作为河道环境流量量的等级，分别计算不同保证率、不同等级下的月河道环境流量量，用这一值确定一个环境流量的大致区间，最终环境流量的结果与此值并没有直接关系。而后根据这一初始值，将环境流量在附近的区间上离散，构成环境流量状态空间。分析部分的核心是水文指数法，利用水文指数法逐一分析环境流量状态空间中的需水系列值，并为每一个值确定一个评价因子，这样就会构成一个动态的环境流量范围。经实践验证AAPFD更能反映河流生态系统的健康状况，对流量变化的生态环境效应更敏感，所以，选用AAPFD来评价河流的状况和计算环境流量。附图给出了本环境流量评价的流程图。具体实施例方式(i)初始环境流量初始环境流量根据月保证率法计算，然后推求出环境流量状态空间。月保证率法是根据研究区实际情况及现有的水文资料，在参考Tennant法基础上提出的一种计算河道环境流量的方法。月保证率设定法，根据系列水文统计资料，以不同的月保证率下的天然年径流量百分比作为河道环境流量量的等级，分别计算不同保证率、不同等级下的月河道环境流量量，具体步骤如下1)根据系列水文资料，首先对各月天然径流量按照从小到大的顺序进行排列；2)计算不同保证率(25%、50%、75%、95%)下所对应的各月天然流量，以及各月的多年平均值；3)根据系列水文统计资料，在不同的月保证率前提下，以相对应的年天然年径流量百分比作为河道环境流量的等级，分别计算不同保证率、不同等级下的月河道环境流量环境流量状态空间的初始点应该建立在一个较为合理的状态点上，根据月保证率设定法，这里将1956-2000年50%保证率条件下30%的月天然径流量作为初始河道内环境流量的一个因素，并计算出此条件下12个月环境流量占多年平均月天然径流量的比例，分别为Pll，…，P121。将水资源配置目标年份的实测流量与天然流量的比值作为初始河道内环境流量的另一个因素，分别为P12，…，P122。初始环境流量为两项之和的一半，各月初始环境流量分别为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>而后，构造如表l所示的环境流量计算状态空间，也可以根据实际情况向两个方向扩展状态空间。如果存在小于0的项，则变为0。表1环境流量计算状态空间<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注状态5是计算空间的初始状态。(2)水文特征和生态系统的关联环境因子时空变化能够影响河流生态系统中生物群落的结构和连续性，河流的水温、溶解氧、沉积物、有机质和其它物质的变化能够改变水生栖息地的适宜度。径流是上下游、地表水和地下水、河道和洪泛平原之间进行物质和能量交换的主要影响因素。水文事件是径流状况的表征因子，因此，河流的水文状况是河流生态系统的重要驱动因素。河流的水文状况变化可通过流量的变化率和变化幅度等特征来反映。水文值的大小可以定义生境特征值，特殊水文事件的发生时间与特定生物的生命过程需求是否得到满足有关，特殊水文事件的发生频率与生物繁殖或死亡事件有关，并进而影响种群动态变化，特定水文事件的持续时间可决定特殊生命循环是否能完成，水文值的变化率与生物承受变化的能力有关。已有的研究表明，水文特征与洪泛平原、鱼类、底栖动物、河流物理形态和河岸带植被等都存在相关关系。因此，可以用河流的水文特征来反映整个河流生态系统的健康状况。(3)动态水文指数法水文指数法就是在上述规律的基础上，通过对流量、发生时间、频率、持续时间和变化率等水文特征的分析来计算环境流量。目前，大概有ioo种左右的水文指数，主要用来评价河流的状况和计算环境流量。表2是四种常用的水文指数计算方法。表2四种常用的水文指数计算方法方法水文偏差计算公式流量偏差值胁2一12S.xl00%(1)，其中，如果e汰。(2)说明反映实测流量相对于自然流量的变化。对高流量和低流量都比较敏感，但是不能计算实测流量或者自然流量为O的状态。修正全年流量偏差y>1u人为影响越严重。价年数，^-AIX.。(4)Cik为第k评价年第i月的流量，nij为第j年第i月的自然流量。澳大利亚自然资源和环境部在11条河流检验了上述四个水文指标，认为AAPFD更能反映河流生态系统的健康状况，对流量变化的生态环境效应更敏感。Gehrke将AAPFD法应用于澳大利亚的Murray-Darling河，发现AAPFD值与河流内的鱼类密度有较强相关性，能够反映河流生态系统的变化。AAPFD法一般评价5年的流量，Marchan和Hehir(2002)将其评价年变为l年，并用于评价修建大坝以后流量变化对河流生态系统的影响。经实践验证AAPFD更能反映河流生态系统的健康状况，对流量变化的生态环境效应更敏感。这里通过修改AAPFD法，将不同的环境流量状态与历史年水文状态相比较，将对历史年的评价转换为对各个环境流量计算状态空间的评价。表3AAPFD值和水文指数的关系AAPFD水文指数<0.1100.1-0.29>0.2-0.38>0.3-0.57>0.5-1.06>1-1.55>1.5-24>2-33612C汰—甘出v头对APFD的改良，该因子越大，说明对河流生态系统的12》_y—i-1对季节变化比较敏感,与鱼类的密度高度相关，但不适用于自然流量为o的状态。>3-42>4-51>50_参考由Ladson等人在1995年开发的ISC(IndexofStreamCondition)方法，确定AAPFD与水文指数遵循表3所示的关系。这样便可以形成各个环境流量状态空间的修正全年流量偏差(AAPFD)和相应的水文指数。AAPFD的值越大，说明流量变化对河流生态系统的影响越大，河流的健康状况也就越差。水文指数可以给出一个直观的量化参数，用其判断河流生态系统的健康状况，如果该值大于O，说明河流的健康状况是可以接受的；等于O则认为河流生态系统受损。水文指数越大，说明河流生态系统受人为改变流量模式的影响越�。恿魃低骋簿驮浇】担彼闹甘扔�10的时候，则河流生态系统完全处于自然状态，没有人类活动对流量模式的扰动。有了这两项参数以后，对环境流量认识将更深刻，在具体的水资源管理过程中，对环境流量管理的具体实施就会更容易操作。实施例利用某河1956-2000年水文资料，以2000年为目标年，计算某河的各个环境流量方案下的修正全年流量偏差(AAPFD)和相应的水文指数。2000年径流量36亿立方米，属于偏丰年份，但枯季径流低于平水年，雨季径流高于平水年，属于一般环境流量计算方法难于调节的的年份。利用初始环境流量计算方法，计算出如表4所示的环境流量计算状态空间。表4各计算状态占多年月平均径流量的百分比(某控制站)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表5各计算状态月径流、AAPFD、水文指数(某控制站)月状态l状态2状态3状态4状态5状态6状态7状态8状态910,060.130.190.250,320.380.440.510.5720.050.110.160.210-270.320.370.430.4830.060.120.180.240.290.350.410.470.5340.040.080.120.150.190.230.270.310.3550.040.080,130.170.210.250.30.340.3860,080.170.250.330.420.50.580.670.7570.320.640.961.281.61.922.242.562.8880.490.981.471.972.462.953,443.934.3290.330.660.991.32L65l邻2.312.642.93100.150.30-450.60.750.91.051.21.35110.090.180.270.360.450.540.630.720.81120.020.040,060.090.110.130.15o.n0.19AAPFD4.053.553.072.592.151.781.511.391-38水文指数122334455应用式(4)，计算出表4所示各个环境流量计算状态空间的修正全年流量偏差(AAPFD)和相应的水文指数，列于表5中。表5是各种可能调控状态下的环境流量，因为某河的流量存在严重的季节变异，干旱时期又难以避免对有限水资源的利用，因此各种状态的AAPFD和水文指数并不是特别理想，但这些状态为河流的水资源管理提供了可靠而实用的依据，可以根据表5种的各种状态逐歩调整环境流量，最终使其达到满意的水平。近期的环境流量调控目标应该是状态3和状态4。8权利要求一种快速环境流量评估技术，其特征在于针对传统环境流量评估技术实用性和可操作性差的缺点，开发出动态环境流量评估技术，利用月保证率法计算出初始环境流量的状态空间，再根据实际的水资源开发利用形势，将自然因素和社会因素综合考虑，形成环境流量的状态空间，然后用改进的水文指数法评价各环境流量状态，使环境流量的计算由静态变为动态。全文摘要本发明针对传统环境流量计算方法实用性和可操作性差的缺点，开发出动态环境流量计算方法，利用月保证率法计算出初始环境流量状态空间，再根据实际的水资源开发利用形势，将自然因素和社会因素综合考虑，形成环境流量的状态空间，然后用改进的水文指数法评价各环境流量状态，使环境流量的计算由静态变为动态。该方法具有环境流量评价快速的特点，能够为水资源管理提供可靠依据。文档编号G01C13/00GK101782389SQ201010130030公开日2010年7月21日申请日期2010年3月23日优先权日2010年3月23日发明者杨志峰,牛源,陈贺申请人:北京师范大学
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