專利名稱：一種多目標(biāo)權(quán)衡生態(tài)需水閾值分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)生物棲息地多種關(guān)鍵生態(tài)要素的多目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算方法，解決目前生態(tài)需水定量評(píng)估方法中生態(tài)目標(biāo)單一，難以考慮生態(tài)系統(tǒng)中多種生物棲息地不同需水要求的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
伴隨人類需求、人類活動(dòng)及氣候變化對(duì)環(huán)境的影響日益嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)面臨退化及生態(tài)功能顯著下降等問(wèn)題。生態(tài)系統(tǒng)退化的重要原因是對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的需水規(guī)律認(rèn)識(shí)不足。生態(tài)需水研究為保護(hù)和維持生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。定量計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)需水量成為有效緩解生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展矛盾的重要手段。目前的生態(tài)需水計(jì)算方法主要針對(duì)特定的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)而確定相應(yīng)的水資源需求量(Peirson，et al.，2001)，生態(tài)需水研究采用淡水輸入量與典型生物捕獲量間相關(guān)關(guān)系分析的方法確定相應(yīng)的需水量(Buzan and Lee, 2009 ；Halliday and Robins, 2005)。楊志峰和孫濤(2009)發(fā)明了快速分析生態(tài)需水季節(jié)差異的方法，從關(guān)鍵期生態(tài)目標(biāo)和需水量時(shí)間變化目標(biāo)兩部分來(lái)確定生態(tài)需水量。但是，生態(tài)需水計(jì)算時(shí)，考慮単一生物棲息地要求計(jì)算得出的需水量難以滿足其他生物的需水要求(Poff，et al.，1997)，相應(yīng)造成分析生態(tài)系統(tǒng)不同類型生態(tài)目標(biāo)綜合需求困難的問(wèn)題，從而使得目前生態(tài)需水計(jì)算結(jié)果難以保障生態(tài)系統(tǒng)整體健康的要求。楊志峰和孫濤(2010)發(fā)明了多目標(biāo)整合的河口生態(tài)需水計(jì)算方法，將生態(tài)需水分為消耗型需水和非消耗型需水，并以加和性原則進(jìn)行累加計(jì)算。各生物棲息地適宜等級(jí)的需水量存在差異，需水量整合的過(guò)程中，單純的加和計(jì)算方法不能給出滿足每個(gè)目標(biāo)的要求的適宜等級(jí)生態(tài)需水量。因此，本發(fā)明綜合考慮多種典型生物棲息地需水要求得出的需水量結(jié)果，最終給出能夠滿足水生生物整體要求的需水量閾值范圍的方法，突破了僅對(duì)河ロ生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究和應(yīng)用的局限。本發(fā)明提出多目標(biāo)生態(tài)需水權(quán)衡分析方法，綜合考慮不同類型生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的需水要求，形成維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)整體健康要求的需水計(jì)算方法，具有顯著的創(chuàng)新性和實(shí)用意義，為生態(tài)需水計(jì)算方法研究提供一個(gè)新的思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前生態(tài)需水計(jì)算方法難以為實(shí)際應(yīng)用中生態(tài)系統(tǒng)多目標(biāo)綜合要求下的生態(tài)需水定量分析提供支持的不足，根據(jù)不同生態(tài)需水類型的特征，提供了一種多目標(biāo)權(quán)衡分析的生態(tài)需水計(jì)算方法。通過(guò)最小值原則、最大值原則以及Sheford耐性定律，將同一生物棲息地多種生態(tài)目標(biāo)的生態(tài)需水要求以及不同生物棲息地的生態(tài)需水目標(biāo)要求進(jìn)行整合從而最終得到綜合生態(tài)需水量，避免了單一生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水量難以滿足生態(tài)系統(tǒng)整體需水要求的難題。本發(fā)明定量分析生態(tài)系統(tǒng)整體需水要求，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)提供關(guān)鍵技術(shù)支持。本發(fā)明的特征在于通過(guò)關(guān)鍵生態(tài)需水目標(biāo)的篩選和多目標(biāo)生態(tài)需水的整合權(quán)衡分析，得出不同指示生物棲息地關(guān)鍵生態(tài)要素要求下的生態(tài)需水量，最終提出多目標(biāo)條件下的生態(tài)需水整合方法。本發(fā)明的主要目的是從多目標(biāo)整合的角度，解決目前不同類型生態(tài)需水計(jì)算方法難以有效解決多目標(biāo)綜合要求下生態(tài)需水定量計(jì)算的問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)普適性強(qiáng)，目前不同類型生態(tài)需水計(jì)算方法分別針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)特定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)提出，相關(guān)研究方法難以直接應(yīng)用于多目標(biāo)生態(tài)需水綜合要求下的生態(tài)需水計(jì)算。本發(fā)明專利綜合考慮目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)中多種關(guān)鍵生物的需水要求，總結(jié)歸納出綜合生態(tài)需水量及其閾值的定量分析方法，可為不同類型生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水計(jì)算提供依據(jù)，具有顯著的普適性。(2)實(shí)用性強(qiáng)，本發(fā)明明確提出了多目標(biāo)綜合要求下的生態(tài)需水整合分析技術(shù)，計(jì)算方法簡(jiǎn)潔易實(shí)現(xiàn)，避免繁瑣的計(jì)算工作量，適用于我國(guó)生態(tài)需水定量分析，為生態(tài)環(huán)境保 護(hù)提供切實(shí)的技術(shù)支持，


附圖為本發(fā)明計(jì)算得到典型生物棲息地不同等級(jí)生態(tài)需水量占天然徑流量的比例
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的工作原理和實(shí)施方式多目標(biāo)權(quán)衡生態(tài)需水閾值評(píng)估包括以下三個(gè)步驟I)單ー生物棲息地單一生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算選取影響典型生物棲息地質(zhì)量的四項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)境要素鹽度、水深、溫度和流速。采用相關(guān)關(guān)系分析法確定這四種關(guān)鍵生態(tài)要素與淡水輸入量之間的響應(yīng)關(guān)系，進(jìn)ー步結(jié)合典型生物棲息地的指示生物對(duì)關(guān)鍵生態(tài)要素的要求，分別計(jì)算出単一生物棲息地中不同環(huán)境要素需求下的生態(tài)需水量。2)單ー生物棲息地多種生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算根據(jù)兼容性原則，即保護(hù)良好的生態(tài)系統(tǒng)需滿足棲息地所有關(guān)鍵生態(tài)要素的要求，取棲息地不同環(huán)境要素確定的最小等級(jí)生態(tài)需水量的最大值作為最小等級(jí)生態(tài)需水量Wmin，取棲息地不同環(huán)境要素確定的最大等級(jí)生態(tài)需水量的最小值作為最大等級(jí)生態(tài)需水 量Wmax,最終得到得到単一生物棲息地多種生態(tài)目標(biāo)條件下的生態(tài)需水閾值。3)多種生物棲息地綜合生態(tài)需水閾值評(píng)估對(duì)于多種生物棲息地關(guān)鍵生態(tài)要素要求下的需水量整合，給出包括最小和最大值的需水量范圍。對(duì)于同一生態(tài)系統(tǒng)，每種生物棲息地最小和最大等級(jí)生態(tài)需水量接近，采用取平均值的方式確定最終的生態(tài)需水量，見式(I)和式(2)。
η^MAX ^max(DWmin=Yw^(2)
其中，Winiax和Winiin分別為第i種生物棲息地的最大、最小需水量，η為棲息地個(gè)數(shù)。通過(guò)以上兩個(gè)步驟，最終確定綜合生態(tài)需水量的閾值范圍Wmax和WMIN。實(shí)例以我國(guó)北方典型河口生物棲息地的多目標(biāo)生態(tài)需水閾值計(jì)算為例說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。以鹽度、水深、溫度、流速為關(guān)鍵生態(tài)要素，綜合考慮該河口生態(tài)系統(tǒng)中生物需水要求，選擇中國(guó)對(duì)蝦、和梭子蟹作為主要指示生物。結(jié)合這四種關(guān)鍵生態(tài)要素實(shí)測(cè)值和歷史徑流過(guò)程的響應(yīng)關(guān)系，分別計(jì)算滿足中國(guó)對(duì)蝦和梭子蟹關(guān)鍵期不同等級(jí)鹽度要求的需水量，計(jì)算結(jié)果如表I所示。表I某河ロ典型生物棲息地年生態(tài)需水量
權(quán)利要求
1.一種多目標(biāo)權(quán)衡生態(tài)需水閾值分析方法，其步驟為 1)單ー生物棲息地單一生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算 2)單ー生物棲息地多種生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算 3)多種生物棲息地綜合生態(tài)需水閾值評(píng)估。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多目標(biāo)權(quán)衡生態(tài)需水閾值分析方法，根據(jù)典型生物棲息地對(duì)關(guān)鍵生態(tài)要素的要求，結(jié)合生物棲息地關(guān)鍵生態(tài)要素與淡水輸入量之間的響應(yīng)關(guān)系，得出不同生態(tài)要素要求下的需水量。對(duì)同一生物棲息地而言，不同生態(tài)要素要求下的生態(tài)需水量之間，根據(jù)最大值原則取最大值作為最小等級(jí)生態(tài)需水量Wmin ;同樣，按最小值原則取最小值作為最大等級(jí)生態(tài)需水量Wmax。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多種生物棲息地綜合生態(tài)需水閾值評(píng)估方法，計(jì)算公式如下式⑴和式⑵
全文摘要
本發(fā)明提供了一種綜合考慮多種典型生物棲息地生態(tài)目標(biāo)要求的生態(tài)需水閾值定量分析方法。針對(duì)目前生態(tài)需水計(jì)算結(jié)果將無(wú)法保障生態(tài)系統(tǒng)整體健康要求的不足，將多目標(biāo)生態(tài)需水閾值評(píng)估分為單一生物棲息地單一生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水、單一生物棲息地多種生態(tài)目標(biāo)生態(tài)需水以及多種生物棲息地綜合生態(tài)需水三個(gè)方面。以保護(hù)典型生物棲息地生態(tài)需水量與保護(hù)整個(gè)水生生物賴以生存的需水過(guò)程統(tǒng)一性原則為基礎(chǔ)，首先采取兼容性原則，耦合不同生態(tài)要素要求下的單一生物棲息地最小等級(jí)和最大等級(jí)需水量。其次將計(jì)算得出的典型生物棲息地生態(tài)需水量通過(guò)取平均值得出不同生物棲息地綜合生態(tài)需水量?？紤]多種生物棲息地環(huán)境要求確定的生態(tài)需水量范圍，有利于維持水生生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)整體健康。本發(fā)明可為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供切實(shí)的技術(shù)支持，計(jì)算方法簡(jiǎn)潔易實(shí)現(xiàn)，避免繁瑣的計(jì)算工作量，適用于我國(guó)生態(tài)需水定量分析。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102663236SQ20121007498
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者馮美麗, 孫濤, 徐靜 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)