[发明专利]一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法

说明书

本发明涉及基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，包括以下步骤：构建河流健康状况可变模糊集评价模型；建立生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统的影响河流健康状况的因果关系图，构建系统动力学‑可变模糊集耦合模型，对耦合模型进行验证，是否能够有效的代表实际情况；建立流量与河流健康综合指数之间的非线性函数关系，采用未知拐点阈值判定方法，测定基于河流整体健康的生态环境需水阈值的上限值与下限值，保障河流健康水平处于正常状态。本发明方法简单，易操作，量化准确，可有效解决河流生态环境需水的阈值，保证河流的正常供水，维护河流生态系统的健康，有良好的经济和社会效益。

技术领域

本发明属于河流环境保护技术领域，特别是一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法。

背景技术

河流生态环境需水阈值是确保生态环境需水得到满足的外部条件，是进行流域水资源合理配置的重要技术参数，对水资源合理调配具有重要指引作用。河流系统是一个包含社会、经济、自然在内的复杂大系统，而经济、社会、自然等因素间存在着复杂的相互作用关系，是一个非线性、非平衡、动态、耦合的问题。对于生态系统而言，推动其从一种状态过渡到另外一种状态的动力来自某个或多个关键因子的质或量的改变，各因子间亦存在相互作用关系。河流流量作为维持河流最基本的功能及河流健康的关键因子，流量的改变将会引起连锁反应，并最终影响河流健康。河流生态环境需水阈值的量化研究经历了从最早阶段的最小生态需水量，到不同时期生物需水过程，再到河流功能需水，各个阶段针对不同的研究对象采用不同的方法，较少考虑高人工干扰下，社会经济因素、水资源的水质水量属性和河流健康三者之间的相互作用关系，没有实现河流流量与影响河流健康的其他因素之间的联动变化。河流生态环境需水阈值研究的终极目标是恢复和保护河流生态系统健康，为了维持河流生态系统健康，有必要建立一种解决上述问题的河流生态环境需水阈值量化方法，但至今未见有公开报道。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是基于系统动力学思想，将可变模糊集综合评价模型嵌入到常规系统动力学模型中，建立系统动力学-可变模糊集耦合模型，分析河流生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统之间的相互作用关系，根据四个子系统间的相互作用机理；设置不同流量及流量对其他因素的影响；对不同流量情景下河流健康状况发展趋势进行模拟预测，寻求规划年为维持河流健康所需的流量条件；建立流量与河流健康状况的函数关系，而提供一种基于河流整体健康的生态环境需水阈值量化方法，包括以下步骤：

1、构建评价模型，从河流生态系统功能的角度构建河流健康评价指标体系，确定评价标准，运用层次熵分析法确定指标权重，构建河流健康状况可变模糊集评价模型；

2、建立因果关系图，对河流健康评价指标进行分析归类，采用系统动力学模型，建立生态子系统、水文子系统、水环境子系统和社会经济子系统的影响河流健康状况的因果关系图，反映经济社会因素与水质水量的响应关系和生物多样性、生境条件与河流健康状况的耦合关系；

3、构建耦合模型，将可变模糊集评价模型嵌入常规系统动力学模型中，构建系统动力学-可变模糊集耦合模型，用于模拟预测河流健康状况各项评价指标的特征值对河流健康级别的相对隶属度及河流健综合指数；

4).模型应用，首先，对构建的系统动力学-可变模糊集耦合模型进行结构分析，验证模型包含的相关变量、方程能够用来描述流域“自然-经济-社会”复合系统的基本情况；然后以流域历史资料为依据，将模型涉及的各项指标的运行结果与历史资料进行比较，验证模型是否能够有效的代表实际情况；根据河流的流量对河流健康状况动态模拟，展示不同流量情景下河流健康动态变化过程，识别流量变化引起的连锁反应及对河流整体健康状况的影响，对耦合模型进行验证，是否能够有效的代表实际情况；

5、建立流量与河流健康综合指数之间的非线性函数关系，采用未知拐点阈值判定方法，测定基于河流整体健康的生态环境需水阈值的上限值与下限值，保障河流健康水平处于正常状态。