[发明专利]一种计算历史时期湖泊水位的技术

说明书

技术领域

本发明属于水生态系统监测领域，涉及一种以湖泊沉积物中孢粉组合带、典型理化指标为依据，利用数学建模的方法计算历史时期湖泊水位的技术。

背景技术

孢粉具有质轻量多，散布极远的特点。作为生物化石在各沉积层中均有保存，对恢复古环境状况具有很高的参考价值，尤其在古气候研究中已被广泛应用。历史时期湖泊受到的人为干扰因素较少，湖泊的水位水量与植物生长基本处于一种动态平衡状态，同时，生物指标对水位水量的变化比较敏感，如生物量、多度、丰富度等。计算历史时期湖泊水位可推测湖泊生态系统处于健康状况所需的水文条件，通过监测现代湖泊水位了解生物的生长状况，及时调水补水，对维持湖泊生态系统的健康起着重要作用。

近十几年来许多国内外学者利用孢粉组合带反演湖泊历史时期的环境状况。国内，有学者利用封闭流域水量平衡原理，结合各降雨参数和孢粉组合带信息计算湖泊的古降雨量，但该方法有一定的局限性，不适用于半封闭和开放流域降雨量时计算(邵兆刚等，2004；吴敬禄等，1993)。有学者将孢粉组合带与沉积物的磁学指标相结合，定性分析湖泊面积变化、湖水动力特征及气候状况，此种方法需要结合沉积物粒径、TOC、TN等常规指标综合分析，同时需要有少量的湖泊历史监测资料做参考(曹希强等，2004)。有学者探索性地采用有序聚类、回归、主成分分析等数学方法量化孢粉与沉积物理化指标的关系。这些方法需要大量的样品原始统计数据，可以对湖泊流域环境变迁及人类活动记录等提供解释(张佳华等，1997；王立新等，1995)。国外，在研究沉积物孢粉方面，有一套比较系统的方法，通过常年监测建立了欧洲、北美、拉丁美洲、非洲、西伯利亚孢粉数据库，使用RCA、DCA、MAT等线性或单峰模型建立相似集，运用WA、PLS、ANN等数学方法建立校正集，并进行误差估计，分析物种的丰度、均度，种群结构、时间空间序列，从而建立与历史时期湖泊的气候、物种多样性、降雨量、地表植被类型等的关系(H.Seppa，2007；S.Brewer et al.，2007；H.J.B.Birks，2007；Joanna C.Ellison，2008；N.John Anderson，1995)，方法具有系统性和连贯性。

检索发现预测河川水位的发明专利，中请号为03120092.3，名称为河川水位预测装置，公开号为CN1438386，它提供了一种能高精度预测河川水位的预测装置，包括三部分：计量并存储河川水位的水位计量部，计量并存储流域降雨量的降雨量计量部和根据这些计量值预测河川水位的水位预测模型，水位预测模型包括自回归部分和FIR模型部分，两部分的参数通过模型鉴别部计算得到。

检索发现计算现代湖泊生态需水的发明专利，申请号为200910170085.7，名称为基于功能设定法的湖泊生态需水分析技术，公开号为CN101650762，它提供了一种综合考虑湖泊生态系统不同生态服务功能对淡水输入要求的分析技术，将湖泊生态需水划分为蒸散需水量、渗漏需水量、水生生物及其栖息地需水、湖泊出湖地表径流需水、湖泊出湖地下径流需水、能源生产需水、自净需水、航运需水和景观娱乐需水等九种类型，根据最大值原则和湖泊管理目标差异，确定水资源功能系数，最终确定多目标要求下的湖泊生态需水量。

由此可见，我们可以借助数学方法建立孢粉组合带和历史时期湖泊水位的关系，了解湖泊在低干扰度下的植被类型和水文情况，对于湖泊生态系统健康的维持具有非常重要的意义。

发明内容

历史时期湖泊水位的计算包括三部分：筛选部分，分析部分和合成部分。筛选部分是运用主成分分析法将相关环境因子转化为几个相互独立的综合指标，分析部分是运用灰色关联法选取与湖泊水位相关性较大的水生植物作为指示生物，合成部分是将综合指标、湖泊水位作为自变量，指示生物作为因变量用回归的方法拟合。以近代沉积物样品指标、湖泊监测水位和孢粉组成数据为校正集，对拟合方程变量的系数进行调整，提高方程推算的精度。

附图说明

历史时期湖泊水位计算流程图

具体实施方式

(1)沉积物定年

运用放射性元素²¹⁰Pb和¹³⁷Cs，结合沉积模型对沉积物剖面进行定年，确定每层沉积物对应的年代。

①²¹⁰Pb定年模型

A_t＝A₀eλ^-t

关系式中：A_t为在深度Z处²¹⁰Pbex的活度