[发明专利]一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法

说明书

本发明涉及一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法，包括：确定研究区现状生态格局；确定地下水补给植被的临界埋深；地下水条件支撑的生态格局调整；地下水流场恢复目标设定；天然草原扩张区域的地下水支撑条件分析；合理生态格局分析。本发明通过地下水补给植被临界埋深，阐明了地下水对天然草原的支撑作用；在运用景观生态学对天然草原进行调整后，又进一步分析了调整区域的地下水条件是否足以支撑天然草原植被的生长，从而分析到了天然草原实际可恢复范围。该方法物理过程与作用机制明确，评估计算方法简单易于操作，为指导水资源管理和实现退耕还草提供可靠的理论与技术支撑。

技术领域

本发明涉及水文水利计算技术领域，尤其涉及一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法。

背景技术

我国半干旱区分布范围介于西北内陆河干旱区与华北东北半湿润区之间，由内蒙古东部向西南绵延至贺兰山东麓的狭长区域，跨内蒙古高原以及黄土高原两大地貌单元。半干旱区草原遍布，少数民族人口众多，历史上以传统的农牧业为主，产业单一。近几十年灌溉农业发展迅速，是我国重要的农业开发区，形成了所谓的农牧交错带，导致其水文循环与生态效应发生改变。地下水的补排关系发生改变，生态格局已由天然草原为主裂变成灌区、天然草原、演替草地、人工草地、沙地等交错分布。随着灌溉农业的持续迅速发展，面临的水资源、生态环境问题日益复杂，形成巨大的挑战。尤其是大规模的地下水开采使得地下水位持续下降，出现了河道断流、草原退化、沙化等问题，成为沙尘暴的沙源之一，直接威胁到首都经济圈的生态安全。但长期以来仍然没有系统开展针对半干旱区农牧交错后水文循环与生态效应的理论与技术专门研究。

半干旱区水文循环及生态安全的核心要素是地下水。半干旱区水文循环的自然属性决定了生态系统的基本格局，其自然生态是受地下水支撑的非地带性草原植被。在水土资源开发利用驱动下，地下水埋深持续下降，地下水形成与耗散的结构发生相应改变，导致天然草原面积不断萎缩，植被群落演替，物种多样性下降，生态系统自然属性大幅下降，天然草原裂变成农灌区、天然草原、演替草地、人工草地、沙地等多元生态格局。

因此合理确定地下水补给植被临界埋深并以之作为控制条件判定生态格局调整的合理性是本技术方法的关键。

目前的草原生态保护主要通过退耕还林还草等措施进行恢复，却忽略了地下水对草原生态的支撑作用，使得草原恢复效果有限，天然草原面积仍在不断萎缩。因此，急需提出一种反映自然常态条件下降雨径流关系的产流基准地下水埋深的计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对目前的草原生态保护主要通过退耕还林还草等措施进行恢复，却忽略了地下水对草原生态的支撑作用，使得草原恢复效果有限，天然草原面积仍在不断萎缩的问题，提出了一种确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法。

本确定半干旱区农牧交错带合理生态格局的计算方法包括以下步骤：

步骤一、收集相关参数：确定研究区天然草原面积为A、退化草地B、耕地面积C；

步骤二、确定研究区地下水补给植被临界埋深，计算公式如下：

式中：H为地下水补给植被的临界埋深，单位为m；n土壤孔隙度；d土壤有效粒径，单位m；σ为土壤水的张力，单位N/m；ρ为灌溉期前的最低土壤温度下的水的密度，单位kg/m³；g为重力加速度，单位m/s²；D为根系层厚度，单位m；

步骤三、以天然草原扩张为基本原则，运用景观生态学中“源-汇”理论方法开展现有生态格局的调整优化，调整后天然草原可扩张面积为A₁，退化草地面积减少B₁，耕地面积减少C₁，其中A₁＝B₁+C₁；

步骤四、地下水流场恢复目标设定；