[发明专利]一种抑制河流水华的生态需水核算方法

说明书

本发明涉及一种抑制河流水华的生态需水核算方法，是利用适宜度指数和适宜度曲线反映营养盐、气象、水文环境因子与浮游藻类生长适宜度之间的相关关系，并采用乘积法对多个代表性环境因子的适宜度指数进行耦合，构建河流水华爆发多因子适宜度指数耦合模型，基于对水华爆发概率的判定逆向推求抑制水华爆发的生态流量需求，解决了目前水华预测方式对环境因子的影响考虑不足以及对河流生态调度的支撑作用不足等问题。本发明能够仅依靠氮磷营养盐、水温、流量、天气常规监测指标较快速准确地预测河流水华爆发的概率，同时可准确推算当前和近期环境条件下抑制水华爆发所需的河道最小生态流量，为面向抑制水华爆发的河流生态调度提供精准的流量调控需求。

技术领域

本发明属于水环境保护和生态水文学领域，尤其涉及富营养化河流抑制水华爆发的生态流量核算方法。

背景技术

水华(Algal Blooms)是淡水水体中浮游藻类大量生长聚集在水面的一种生态现象，是水体富营养化的一种表征。水华广泛存在于富营养化的湖泊、水库等水体，河流中藻类水华并不常见，但是随着经济社会的快速发展，大量氮、磷等污染物进入河流水体，导致国内一些河流也面临着严重的水华问题，例如汉江中下游、三峡入库支流等。河流水华的产生是流域性、爆发式，具有涉及范围大、水体颜色和味道变化明显等特点，大量藻类会堵塞自来水厂滤池，降低水厂制水能力和增加制水成本，严重时导致停产，容易引起社会恐慌。同时，大量藻类生长繁殖，对河道内水生生态系统造成破坏，影响河流健康。因此，及时准确预测水华爆发概率，为河流生态调度等措施提供决策支持，具有十分重要的实际意义。

河流水华爆发的成因和机理十分复杂，影响浮游藻类生长和水华爆发的环境因子主要包括营养盐、水文条件和气象条件，但是对于单个环境因子贡献率和多个环境因子对水华爆发综合影响关系的认识相对不足。目前，抑制河流水华的生态需水计算大多仅考虑维持一定水动力条件的流量需求，缺少对水温、气象、营养盐等环境影响因子的耦合，水华的预测方法也大多依靠叶绿素等单一因素进行预测，无法反映环境因子对水华爆发的影响，导致面向抑制水华爆发的河流下泄生态流量无法实现精准调控。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种抑制河流水华的生态需水核算方法。围绕河流浮游藻类生长适宜度与环境因子的相关关系，提出了构建优势藻种生长适宜度指数和适宜度曲线的方法，采用乘积法对多个环境因子的适宜度指数进行耦合，基于对水华爆发概率的判定逆向推求抑制水华爆发的生态流量需求。此方法耦合多种环境因子，提高了水华预测精度，更重要的是可为抑制水华爆发的生态调度提供准确的流量需求信息。

本发明的技术方案为一种抑制河流水华的生态需水核算方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，代表性环境因子选取与资料收集：气象条件、水文条件和营养盐条件是影响河流水华爆发的三大主要客观因素，其中气象条件指气温和天气状况，水文条件指河道内流量、流速、水温，营养盐条件指水体中总氮、总磷的浓度，选取天气状况、流量、水温、总氮、总磷5项环境因子作为代表性环境因子；收集水华爆发河段浮游藻类组成和数量、流量、水温、总氮、总磷等代表性环境因子的监测数据，根据浮游藻类的组成和数量确定水华的优势藻种；

步骤2，建立优势藻种生长适宜度与代表性环境因子的对应关系：统计分析藻密度与流量、流速、水温、总氮、总磷、天气状况等环境因子的相关关系，采用藻类生长适宜度指数和适宜度曲线法，定量描述藻类生长适宜度与各单项环境因子之间的对应关系，具体包括：

步骤2.1、计算浮游藻类生长适宜度指数：浮游植物生长适宜度指数(Suitabilityindex，SI)是一种能够量化环境因子与浮游藻类生长之间关系的参数，能够有效把浮游藻类密度对环境变化的反应以一个量化的数值显示出来，从而直观反映浮游藻类对环境因子变化的喜好程度和耐受范围；浮游藻类生长适宜度指数的定义如下：