[发明专利]基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系、生态流量确定方法及系统

说明书

本发明提供基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系、生态流量确定方法及系统，为生态流量的科学、合理确定以及河流健康可持续发展提供有效途径。水文生态响应关系确定方法包括：步骤1：根据水生生物的生长繁殖与流量以及水温的关系，采用研究区域河段内流量及水温来反映生物指标；根据研究区域水文水力特性划分河段，对研究区域内流量、温度、生物指标进行多次采样，获取样本信息；步骤2：基于获取的样本信息，建立基于贝叶斯层次分析的水文‑生态响应模型；步骤3：设定模型的先验分布和后验分布，得到反映水文情况与生物指标关系的水文‑生态响应预测模型。

技术领域

本发明属于生态水文领域，具体涉及基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系、生态流量确定方法及系统。

背景技术

随着人类对自然资源的开发利用不断增强，闸坝、水库、泵站等水利工程的修建极大地改变了河流的水文情势，并被认为是诸多水生态问题产生的主要原因之一，生态流量概念的提出正是为了协调水资源开发利用与河流生态保护之间的矛盾。

目前，国内外学者针对生态流量进行了大量研究，常见的生态流量确定方法主要包括水文学法、水力学法、生物栖息地法以及整体分析法。水文学法基于河流水文过程，选取特定比例的历史年平均径流作为生态流量，对生态因素考虑较少；水力学法和生物栖息地法通过中间媒介水生生物栖息地来构建水文-生态响应关系，侧重满足单一物种的栖息地需求，而缺少对生态环境的直接反应；整体分析法通过建立水文过程、输沙过程、河床演变与水生生物群落的关系，综合估算生态流量需求，但需要大量的水文、水生态数据。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系、生态流量确定方法及系统，为生态流量的科学、合理确定以及河流健康可持续发展提供有效途径。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

方法一

本发明提供一种基于贝叶斯层次模型的水文生态响应关系确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据水生生物的生长繁殖与流量以及水温的关系，采用研究区域河段内流量及水温(水文信息)来反映生物指标(水生态信息)；根据研究区域水文水力特性划分河段，对研究区域内流量、温度、生物指标进行多次采样，获取样本信息；

水生生物是水生态系统的重要组成部分：以浮游植物为例，它可以通过光合作用固碳释氧增加水体溶氧量，抑制有害菌生长，减轻水体污染；浮游植物还可吸收富营养化水域中的氮、磷，以供其生长发育，并增加水体沉积物的有机质含量；此外，浮游植物为微生物及水生或亲水动物提供了食物来源和栖居场所，有助于微生物对污染水体中有机营养物质的降解；然而，单一浮游植物的泛滥也会引起河湖生态功能的下降；因此，保证浮游植物生物量处于合理区间内对保护河流生态多样性、维系河流生态健康十分重要。

浮游植物的生长繁殖与流量以及水温密切相关。流量限制着浮游植物的分布，包括流速和剪应力对浮游植物种类的影响，还包括高低流量、水位变化对河道植物种类的影响。水温决定浮游植物的萌发和休眠，影响浮游植物的代谢，不同温度下浮游植物的光合速率会有明显差异；同时，水温变化会影响浮游植物的化感作用，高温或低温胁迫下，化感物质的抑制效应都会增强。考虑到上述情况，可以根据浮游植物对流量以及水温的预期反映制定概念模型。设生物指标是河道内流量及水温的函数，非汛期的河道内流量的保证一定程度上考虑了维持水生生物量的作用。此外，由于浮游植物的部分流动性和群落性，其丰度往往表现出较大的空间差异，在河段尺度上更能检测到它对水文变异的响应。除浮游植物外，其余水生生物的生物指标也均与河道内流量及水温有关，且表现出较大的空间差异性。为了进行这样的分析，需在河道尺度内组合数据，与贝叶斯层次模型的第二层次结构匹配。

步骤2：基于获取的样本信息，建立基于贝叶斯层次分析的水文-生态响应模型：