专利名称：一种多目标权衡生态需水阈值分析方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种权衡生态系统生物栖息地多种关键生态要素的多目标生态需水计算方法，解决目前生态需水定量评估方法中生态目标单一，难以考虑生态系统中多种生物栖息地不同需水要求的问题。
背景技术：
伴随人类需求、人类活动及气候变化对环境的影响日益严重，生态系统面临退化及生态功能显著下降等问题。生态系统退化的重要原因是对维持生态系统的需水规律认识不足。生态需水研究为保护和維持生态系统的健康发展发挥了重要的作用。定量计算生态系统需水量成为有效缓解生态环境保护与社会经济可持续发展矛盾的重要手段。目前的生态需水计算方法主要针对特定的生态保护目标而确定相应的水资源需求量(Peirson，et al.，2001)，生态需水研究采用淡水输入量与典型生物捕获量间相关关系分析的方法确定相应的需水量(Buzan and Lee, 2009 ；Halliday and Robins, 2005)。杨志峰和孙涛(2009)发明了快速分析生态需水季节差异的方法，从关键期生态目标和需水量时间变化目标两部分来确定生态需水量。但是，生态需水计算时，考虑単一生物栖息地要求计算得出的需水量难以满足其他生物的需水要求(Poff，et al.，1997)，相应造成分析生态系统不同类型生态目标综合需求困难的问题，从而使得目前生态需水计算结果难以保障生态系统整体健康的要求。杨志峰和孙涛(2010)发明了多目标整合的河口生态需水计算方法，将生态需水分为消耗型需水和非消耗型需水，并以加和性原则进行累加计算。各生物栖息地适宜等级的需水量存在差异，需水量整合的过程中，单纯的加和计算方法不能给出满足每个目标的要求的适宜等级生态需水量。因此，本发明综合考虑多种典型生物栖息地需水要求得出的需水量結果，最终给出能够满足水生生物整体要求的需水量阈值范围的方法，突破了仅对河ロ生态系统进行研究和应用的局限。本发明提出多目标生态需水权衡分析方法，综合考虑不同类型生态保护目标的需水要求，形成维护生态系统整体健康要求的需水计算方法，具有显著的创新性和实用意义，为生态需水计算方法研究提供一个新的思路。
发明内容
本发明针对当前生态需水计算方法难以为实际应用中生态系统多目标综合要求下的生态需水定量分析提供支持的不足，根据不同生态需水类型的特征，提供了一种多目标权衡分析的生态需水计算方法。通过最小值原则、最大值原则以及Sheford耐性定律，将同一生物栖息地多种生态目标的生态需水要求以及不同生物栖息地的生态需水目标要求进行整合从而最終得到综合生态需水量，避免了单一生态目标生态需水量难以满足生态系统整体需水要求的难题。本发明定量分析生态系统整体需水要求，为生态环境保护和修复提供关键技术支持。本发明的特征在于通过关键生态需水目标的筛选和多目标生态需水的整合权衡分析，得出不同指示生物栖息地关键生态要素要求下的生态需水量，最終提出多目标条件下的生态需水整合方法。本发明的主要目的是从多目标整合的角度，解决目前不同类型生态需水计算方法难以有效解决多目标综合要求下生态需水定量计算的问题。与现有技术相比本专利技术具有以下优点(I)普适性強，目前不同类型生态需水计算方法分别针对生态系统特定生态保护目标提出，相关研究方法难以直接应用于多目标生态需水综合要求下的生态需水计算。本发明专利综合考虑目标生态系统中多种关键生物的需水要求，总结归纳出综合生态需水量及其阈值的定量分析方法，可为不同类型生态系统的生态需水计算提供依据，具有显著的普适性。(2)实用性强，本发明明确提出了多目标综合要求下的生态需水整合分析技术，计算方法简洁易实现，避免繁琐的计算工作量，适用于我国生态需水定量分析，为生态环境保 护提供切实的技术支持，
附图为本发明计算得到典型生物栖息地不同等级生态需水量占天然径流量的比例
具体实施例方式以下详细说明本发明的工作原理和实施方式多目标权衡生态需水阈值评估包括以下三个步骤I)单ー生物栖息地单一生态目标生态需水计算选取影响典型生物栖息地质量的四项关键环境要素盐度、水深、温度和流速。采用相关关系分析法确定这四种关键生态要素与淡水输入量之间的响应关系，进ー步结合典型生物栖息地的指示生物对关键生态要素的要求，分别计算出単一生物栖息地中不同环境要素需求下的生态需水量。2)单ー生物栖息地多种生态目标生态需水计算根据兼容性原则，即保护良好的生态系统需满足栖息地所有关键生态要素的要求，取栖息地不同环境要素确定的最小等级生态需水量的最大值作为最小等级生态需水量Wmin，取栖息地不同环境要素确定的最大等级生态需水量的最小值作为最大等级生态需水 量Wmax,最終得到得到単一生物栖息地多种生态目标条件下的生态需水阈值。3)多种生物栖息地综合生态需水阈值评估对于多种生物栖息地关键生态要素要求下的需水量整合，给出包括最小和最大值的需水量范围。对于同一生态系统，每种生物栖息地最小和最大等级生态需水量接近，采用取平均值的方式确定最終的生态需水量，见式(I)和式(2)。
η^MAX ^max(DWmin=Yw^(2)
其中，Winiax和Winiin分别为第i种生物栖息地的最大、最小需水量，η为栖息地个数。通过以上两个步骤，最终确定综合生态需水量的阈值范围Wmax和WMIN。实例以我国北方典型河口生物栖息地的多目标生态需水阈值计算为例说明本发明的具体实施方式
。以盐度、水深、温度、流速为关键生态要素，综合考虑该河口生态系统中生物需水要求，选择中国对虾、和梭子蟹作为主要指示生物。结合这四种关键生态要素实测值和历史径流过程的响应关系，分别计算满足中国对虾和梭子蟹关键期不同等级盐度要求的需水量，计算结果如表I所示。表I某河ロ典型生物栖息地年生态需水量
权利要求
1.一种多目标权衡生态需水阈值分析方法，其步骤为 1)单ー生物栖息地单一生态目标生态需水计算 2)单ー生物栖息地多种生态目标生态需水计算 3)多种生物栖息地综合生态需水阈值评估。
2.根据权利要求I所述的ー种多目标权衡生态需水阈值分析方法，根据典型生物栖息地对关键生态要素的要求，结合生物栖息地关键生态要素与淡水输入量之间的响应关系，得出不同生态要素要求下的需水量。对同一生物栖息地而言，不同生态要素要求下的生态需水量之间，根据最大值原则取最大值作为最小等级生态需水量Wmin ;同样，按最小值原则取最小值作为最大等级生态需水量Wmax。
3.根据权利要求2所述的多种生物栖息地综合生态需水阈值评估方法，计算公式如下式⑴和式⑵
全文摘要
本发明提供了一种综合考虑多种典型生物栖息地生态目标要求的生态需水阈值定量分析方法。针对目前生态需水计算结果将无法保障生态系统整体健康要求的不足，将多目标生态需水阈值评估分为单一生物栖息地单一生态目标生态需水、单一生物栖息地多种生态目标生态需水以及多种生物栖息地综合生态需水三个方面。以保护典型生物栖息地生态需水量与保护整个水生生物赖以生存的需水过程统一性原则为基础，首先采取兼容性原则，耦合不同生态要素要求下的单一生物栖息地最小等级和最大等级需水量。其次将计算得出的典型生物栖息地生态需水量通过取平均值得出不同生物栖息地综合生态需水量。考虑多种生物栖息地环境要求确定的生态需水量范围，有利于维持水生生物多样性和生态系统整体健康。本发明可为生态环境保护提供切实的技术支持，计算方法简洁易实现，避免繁琐的计算工作量，适用于我国生态需水定量分析。
文档编号G06F19/00GK102663236SQ20121007498
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者冯美丽, 孙涛, 徐静 申请人:北京师范大学