[發明專利]一種抑制河流水華的生態需水核算方法

有效

• 申請號: 201910566455.2
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110414051B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 李建;尹煒;賈海燕;辛小康;王超;白鳳朋
• 申請（專利權）人: 長江水資源保護科學研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種抑制河流水華的生態需水核算方法，是利用適宜度指數和適宜度曲線反映營養鹽、氣象、水文環境因子與浮游藻類生長適宜度之間的相關關系，并采用乘積法對多個代表性環境因子的適宜度指數進行耦合，構建河流水華爆發多因子適宜度指數耦合模型，基于對水華爆發概率的判定逆向推求抑制水華爆發的生態流量需求，解決了目前水華預測方式對環境因子的影響考慮不足以及對河流生態調度的支撐作用不足等問題。本發明能夠僅依靠氮磷營養鹽、水溫、流量、天氣常規監測指標較快速準確地預測河流水華爆發的概率，同時可準確推算當前和近期環境條件下抑制水華爆發所需的河道最小生態流量，為面向抑制水華爆發的河流生態調度提供精準的流量調控需求。

技術領域

本發明屬于水環境保護和生態水文學領域，尤其涉及富營養化河流抑制水華爆發的生態流量核算方法。

背景技術

水華(Algal?Blooms)是淡水水體中浮游藻類大量生長聚集在水面的一種生態現象，是水體富營養化的一種表征。水華廣泛存在于富營養化的湖泊、水庫等水體，河流中藻類水華并不常見，但是隨著經濟社會的快速發展，大量氮、磷等污染物進入河流水體，導致國內一些河流也面臨著嚴重的水華問題，例如漢江中下游、三峽入庫支流等。河流水華的產生是流域性、爆發式，具有涉及范圍大、水體顏色和味道變化明顯等特點，大量藻類會堵塞自來水廠濾池，降低水廠制水能力和增加制水成本，嚴重時導致停產，容易引起社會恐慌。同時，大量藻類生長繁殖，對河道內水生生態系統造成破壞，影響河流健康。因此，及時準確預測水華爆發概率，為河流生態調度等措施提供決策支持，具有十分重要的實際意義。

河流水華爆發的成因和機理十分復雜，影響浮游藻類生長和水華爆發的環境因子主要包括營養鹽、水文條件和氣象條件，但是對于單個環境因子貢獻率和多個環境因子對水華爆發綜合影響關系的認識相對不足。目前，抑制河流水華的生態需水計算大多僅考慮維持一定水動力條件的流量需求，缺少對水溫、氣象、營養鹽等環境影響因子的耦合，水華的預測方法也大多依靠葉綠素等單一因素進行預測，無法反映環境因子對水華爆發的影響，導致面向抑制水華爆發的河流下泄生態流量無法實現精準調控。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種抑制河流水華的生態需水核算方法。圍繞河流浮游藻類生長適宜度與環境因子的相關關系，提出了構建優勢藻種生長適宜度指數和適宜度曲線的方法，采用乘積法對多個環境因子的適宜度指數進行耦合，基于對水華爆發概率的判定逆向推求抑制水華爆發的生態流量需求。此方法耦合多種環境因子，提高了水華預測精度，更重要的是可為抑制水華爆發的生態調度提供準確的流量需求信息。

本發明的技術方案為一種抑制河流水華的生態需水核算方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1，代表性環境因子選取與資料收集：氣象條件、水文條件和營養鹽條件是影響河流水華爆發的三大主要客觀因素，其中氣象條件指氣溫和天氣狀況，水文條件指河道內流量、流速、水溫，營養鹽條件指水體中總氮、總磷的濃度，選取天氣狀況、流量、水溫、總氮、總磷5項環境因子作為代表性環境因子；收集水華爆發河段浮游藻類組成和數量、流量、水溫、總氮、總磷等代表性環境因子的監測數據，根據浮游藻類的組成和數量確定水華的優勢藻種；

步驟2，建立優勢藻種生長適宜度與代表性環境因子的對應關系：統計分析藻密度與流量、流速、水溫、總氮、總磷、天氣狀況等環境因子的相關關系，采用藻類生長適宜度指數和適宜度曲線法，定量描述藻類生長適宜度與各單項環境因子之間的對應關系，具體包括：

步驟2.1、計算浮游藻類生長適宜度指數：浮游植物生長適宜度指數(Suitabilityindex，SI)是一種能夠量化環境因子與浮游藻類生長之間關系的參數，能夠有效把浮游藻類密度對環境變化的反應以一個量化的數值顯示出來，從而直觀反映浮游藻類對環境因子變化的喜好程度和耐受范圍；浮游藻類生長適宜度指數的定義如下：