专利汇可以提供一种基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及基于小流域 水 生态环境保护阶段的河流类型划分方法,有效解决北方缺水型小流域可持续发展存在的复合型水资源短缺的问题,方法是,基于水生态环境保护阶段的河流类型划分边界范围,将干流、二级以上支流,及其他参与流域 水循环 的重要河流确定为参与类型划分的河流;基于流域全面监测确定河流类型划分的特征参数;基于特征参数分类的河流水生态环境保护阶段判定方法;基于水生态环境保护阶段的河段类型划分;对各河段水生态环境保护重要性进行分级。本发明为小尺度流域河流类型划分提供了新颖、严谨、简易、准确、实用的方法,为小流域精细化、精准化治理提供有效参考,经济和社会效益巨大。,下面是一种基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法专利的具体信息内容。
1.一种基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、流域边界及划分对象确定:
基于水生态环境保护阶段的河流类型划分边界范围,以数字高程模型数据为基础,利用Arcgis提取水系河网和流域边界,将干流、二级以上支流,及其他参与流域水循环的重要河流确定为参与类型划分的河流;
(2)、基于流域全面监测确定河流类型划分的特征参数:
通过流域生态系统确定河流类型划分的特征参数,分河段、分水期开展流域水资源、水环境、水生态、水周边状态的监测,依据状态监测的数据对候选参数进行分级处理,通过分析流域内候选参数状态分布水平进行候选参数筛选,确定河流类型划分的特征参数;
(3)、基于特征参数分类的河流水生态环境保护阶段判定方法:
根据不同水生态环境保护阶段河流生态系统退化的关键胁迫因子特性对特征参数进行分类,并依据参数类别制定水生态环境保护阶段的综合判定方法;
特征参数分类方法为:将水质改善阶段的关键胁迫因子即水质参数标记为主要A类参数,将与水质参数存在一定关联性的参数标记为次要A*类参数;将功能恢复阶段的关键胁迫因子即生态类参数标记为主要B类参数,将与生态类参数存在一定关联性的因子标记为次要B*类参数;将生态回归阶段的关键胁迫参数即水周边类参数标记为主要C类参数,将与水周边类参数存在一定关联性的因子标记为次要C*类参数,同一参数可被划分为一种或多种参数类型;
水生态环境保护阶段的综合判定方法为:依据参数类别制定水生态环境保护阶段的综合判定方法:①将水环境质量为生态退化关键胁迫因子的河段划分为水质改善阶段;②将水环境质量良好,但水生态系统功能仍未恢复或未稳定恢复的河段划分为功能恢复阶段;
③将剩余的水环境质量已稳定改善,水生态状况达到参照状态的河段定位为生态回归阶段,
(4)、基于水生态环境保护阶段的河段类型划分:
根据河段阶段特征和问题特征进行类型划分,根据水生态环境保护阶段判定结果和最低级别的特征参数类型,将处于水质改善阶段的河段划分为:超载型水质改善河段、容量不足型水质改善河段和能力缺失型水质改善河段;将处于功能恢复阶段的河段划分为:使用功能恢复型和生态功能恢复型;将处于生态回归阶段的河段划分为:向好型生态回归阶段河段和维持型生态回归河段;
(5)、对各河段水生态环境保护重要性进行分级:
依据参与分类河段的级别属性、河段类型和关键恢复功能,对各河段水生态环境保护重要性进行分级,将河段分级为一级保护、二级保护和三级保护,实现基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分结果对流域治理管理工作的统筹规划;其中关键恢复功能的确定方法为,根据流域水功能区划、流域标准及流域环保规划,梳理各河流要求发挥的生态系统功能,结合河段类型判定结果,将河段现状无法满足的功能确定为关键恢复功能。
2.根据权利要求1所述的基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,所述的候选参数分别为:断流频率、生态流量保障程度、透明度、浊度、溶解氧、COD、氨氮、总氮、总磷、河道蜿蜒度、河岸稳定性、河道改造程度、河流横断面形态、水生植物类型、水生植物多样性指数、典型耐污底栖动物物种比例、底栖动物多样性指数、鱼类物种数、鱼类多样性指数、土地利用类型、景观类型21项;分级方法是:根据流域历史状况、流域或上级流域内受损较小的河流状况及流域规划、管理相关要求,确定21项表征各项因子的候选参数的根据状态阈值,将75%状态所处的状态上下限分别作为Ⅱ级状态的上限和下限,并根据河湖健康评价标准和流域管理文件对有要求的参数进行分级标准严格化调整,将参数水平分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级;筛选方法为:①保证水文、水质、水生态、水周边四种类型因子均有所保留;②将数据不完整和准确度有待考量的参数予以剔除;③选择性保留说明内容重叠性大的参数,优先保留能表征流域根本性水质、共性或体现各河段间差异性的参数和可定量参数。
3.根据权利要求1所述的基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,水生态环境保护阶段判定的具体方法为:首先,将水环境质量为生态退化关键胁迫因子的河段划分为水质改善阶段,其判定标准为河段内所有监测点位中3次监测至少有1次存在A、A*类参数的参数处于Ⅲ级水平;其次,在水质改善阶段判定,水环境质量得到改善,但水生态系统功能仍未恢复或未稳定恢复的河段划分为功能恢复阶段,其判定标准为所有点位中3次监测至少有1次存在A、A*类参数处于Ⅱ级水平、或者B、B*类参数的参数处于Ⅲ级水平;最后,将剩余的水环境质量已稳定改善,水生态状况达到参照状态,即A、A*类参数处于Ⅰ级水平,B、B*类参数的参数处于Ⅰ/Ⅱ级水平的河段定位为生态回归阶段。
4.根据权利要求1所述的基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,所述的根据河段阶段特征和问题特征进行类型划分的方法为:首先,依次将处于水质改善阶段的河段中最低级别的特征参数分别含有水质/水周边因子、水文因子和生态因子对应参数的河段分别划分为环境超载型水质改善河段、流量缺失型水质改善河段和能力不足型水质改善河段;其次,依次将处于功能恢复阶段的河段中A、A*类参数处于Ⅱ级水平的河段划分为使用型功能恢复河段,将B、B*类参数处于Ⅲ级水平的河段划分为生态型功能恢复河段;最后,依次将A、A*类参数均处于Ⅰ级水平且B、B*类参数处于Ⅱ级水平,或水周边因子对应所有含C类的特征参数、C类参数的特征参数或与水周边参数存在一定关联性所有含C*类的特征参数、C*类参数的参数处于Ⅲ级水平的河段划分为向好型生态回归阶段,A、A*、B、B*类参数均处于Ⅰ级水平,C、C*类参数均处于Ⅰ/Ⅱ级水平的河段划分为维持型生态回归阶段。
5.根据权利要求1所述的基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,所述的基于河段类型及关键恢复功能的水生态环境保护重要性分级的方法为:将干流、供水干渠及生态回归河段列为一级保护河段,三级支流列为三级保护河段,一、二级支流及连通渠的保护级别需根据关键恢复功能特征予以确定;对于一级支流若关键恢复功能含生物多样性维持功能或自净功能则列为一级保护河段,其他情况列为二级保护河段;
对于二级支流若关键恢复功能同时含生物多样性维持功能和自净功能则列为二级保护河段,其他情况均列为三级保护河段;对于及连通渠若关键恢复功能含水文调节功能或同时含有生物多样性维持功能和自净功能则列为一级保护河段,其他情况均列为二级保护河段,从而实现基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分结果对流域治理管理工作的统筹规划。
6.根据权利要求1所述的基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)流域边界及划分对象确定:
以DEM数据为基础,通过确定每个栅格单元的水流方向和上游集水面积进行流向累积,通过核定流域集水面积阈值和径流处理,生成水系河网,并将水系河网提取中划定的集水区域划定为小流域;该小流域水系框架由干流、3条一级支流、6条二级支流、4条三级支流、1条多节点供水干渠和4条主要水系连通渠构成,其中2条二级支流、4条三级支流中为处于郊野地区的天然河流由于常年干涸已被改造为农田和林地,将干流、3条一级支流、4条二级支流、1条三极支流、1条多节点供水干渠和4条主要水系连通渠,作为基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分对象;
(2)基于流域全面监测确定河流类型划分的特征参数,方法是:
1)借助水系沿线客观控制点划分河段
根据河流沿线客观控制节点分布情况确定河段划分节点,其中不再对于人工开挖的、沿程情况较一致的三级支流、供水干渠和连通渠进行河段划分;小流域内存在的客观控制节点有:6个土地利用类型变化节点、8个支流汇入节点,节点以支流汇入位置为准、13个拦水/分水闸、2个污水直排口、4个人工湿地出水口、2个橡胶坝和4个省控断面闸坝;通过优化以上39个客观控制点,将散落分布的客观控制节点直接作为河段划分节点,将相距不超过
500m集分布的节点合并,统一划分在一个最小的河段范围内,最终确定出25个河段划分节点,将14条河流划分为36个河段,其中将干流划分为12个河段X1、X2、X3...X12,将#1一级支流划分为2个河段Y1、Y2,将#2一级支流划分为3个河段Y3、Y4、Y5,将#3一级支流划分为4个河段Y6、Y7、Y8、Y9,将#3二级支流划分为6个河段Z1、Z2、Z3...Z6;
2)开展流域水生态系统分析监测:
分水期开展3次水生态系统全面监测,在以上划分的36个河段上共设置77个监测点位,其中,干流上12个河段中X3、X5、X6、X8、X11 5个闸坝和排污口分布密集,且存在土地利用类型转变情况的河段分别设置3个监测点位,其他7个干流及其他类型河段分别设置2个监测点位;水系监测包括水文、水质、水生态、水周边四方面的数据,水文层面具体分析监测因子为河道断流数据、流量数据、流速数据,水质层面具体分析监测因子为物理性水质因子和化学性水质因子,水生态层面具体分析监测因子为河道物理生境状况、河道蜿蜒度、河岸稳定性、河道改造程度、水生植物群落结构、底栖动物群落结构和鱼类结构,水周边分析监测因子为各河流划定的灰线范围内的人类活动情况,收集77个点位中8个地方控制断面长时间序列的水文数据和水质数据;
3)依据参照状态的候选参数级别判定:
依据监测数据的支撑性,设定了21项表征各项因子的候选参数,参照小流域内人为干扰较小的#2一级支流Y3河段和#4二级支流的河流状况、上级流域退化程度评价标准及评价参照点状态对候选参数水平进行分级,并依据《地表水环境质量标准》、《河湖健康评价技术导则》、《小流域十三五环境保护规划》相关管理文件对分级标准进行优化,最终的候选参数分级标准;
4)河段划分特征参数筛选确定:
依据监测数据的全面性、完整性、便捷性、相互独立性和代表性原则,对已有表征参数进行进一步筛选;
首先依据全面性原则,必须保证水文、水质、水生态、水周边四种类型均有因子保留;
其次依据完整性和便捷性原则,将仅能获得8个地方控制断面参数水平的断流频率予以剔除,将由于无法快速科学确定各个底栖动物耐污值而影响参数准确性的典型耐污底栖动物(TV≥7)物种比例予以剔除;
最后依据相互独立性和代表性原则,对剩余的20项参数水平进行相关性分析,其中定量参数直接使用原始数据,定性数据使用参数级别水平,将在0.05的显著性水平下,相关性超过一定水平的参数部分剔除,保证剩余参数间的相互独立,两个定量数据相关性应<
0.7,一个定量数据一个定性数据相关性应<0.8,两个定性数据相关性应<0.9;同时将能代表流域根本性水质问题、共性问题且能体现各河段间差异性的参数予以保留,即将相互独立的水质参数、70%以上点位3次监测中有至少一次处于Ⅲ级水平的参数、通过对3次监测数据进行基于箱线图法的分布情况分析筛选出的中间水平数据即可分布在Ⅰ-Ⅲ级水平的参数,上、下四分位分别处于Ⅰ、Ⅲ级或Ⅲ、Ⅰ级,三种类型参数予以保留,若相关性较高的两者参数间没有要求保留的数据则优先选择定量参数;
最终筛选出生态流量保障程度、浊度、溶解氧、COD、氨氮、总磷、河道蜿蜒度、河岸稳定性、河流横断面形态、水生植物类型、水生植物多样性指数、底栖动物多样性指数、鱼类物种数、土地利用类型、景观类型15项特征参数,用于河段类型确定;
基于特征参数分类的河流水生态环境保护阶段判定方法制定:
根据不同水生态环境保护阶段河流生态系统退化的关键胁迫因子特性,对特征参数进行分类,将水质改善阶段的关键胁迫因子即水质参数标记为主要A类参数,将与水质参数存在一定关联性的参数标记为次要A*类参数;将功能恢复阶段的关键胁迫因子即生态类参数标记为主要B类参数,将与生态类参数存在一定关联性的因子标记为次要B*类参数;将生态回归阶段的关键胁迫参数即水周边类参数标记为主要C类参数,将与水周边类参数存在一定关联性的因子标记为次要C*类参数,同一参数可被划分为一种或多种参数类型;
基于特征参数类型制定小流域水生态环境保护阶段划分方法,首先,将水环境质量为生态退化关键胁迫因子的河段划分为水质改善阶段,其判定标准为河段内所有监测点位中
3次监测至少有1次存在A、A*类参数的参数处于Ⅲ级水平;其次,在水质改善阶段判定,水环境质量得到改善,但水生态系统功能仍未恢复或未稳定恢复的河段划分为功能恢复阶段,其判定标准为所有点位中3次监测至少有1次存在A、A*类参数处于Ⅱ级水平、或者B、B*类参数的参数处于Ⅲ级水平;最后,将剩余的水环境质量已稳定改善,水生态状况达到参照状态,即A、A*类参数处于Ⅰ级水平,B、B*类参数的参数处于Ⅰ/Ⅱ级水平的河段定位为生态回归阶段,该小流域大部分河段已进入功能恢复阶段,但干流上游和部分支流仍处于水质改善阶段,而仅有2个流域边缘的支流河段处于生态回归阶段;
(4)基于水生态环境保护阶段的河段类型划分:
依据以上小流域水生态环境保护阶段判定,对已划分好的河段进行阶段判定,随后结合各河段生态退化的关键问题特征进行河段类型划分,首先,依次将处于水质改善阶段的河段中最低级别的特征参数分别含有水质/水周边因子、水文因子和生态因子对应参数的河段分别划分为环境超载型水质改善河段、流量缺失型水质改善河段和能力丧失型水质改善河段;其次,依次将处于功能恢复阶段的河段中A、A*类参数处于Ⅱ级水平的河段划分为使用型功能恢复河段,将B、B*类参数处于Ⅲ级水平的河段划分为生态型功能恢复河段;最后,依次将A、A*类参数均处于Ⅰ级水平且B、B*类参数处于Ⅱ级水平,或水周边因子对应所有含C类的特征参数、C类参数的特征参数或与水周边参数存在一定关联性所有含C*类的特征参数,C*类参数的参数,处于Ⅲ级水平的河段划分为向好型生态回归阶段,A、A*、B、B*类参数均处于Ⅰ级水平,C、C*类参数均处于Ⅰ/Ⅱ级水平的河段划分为维持型生态回归阶段,依据以上方法对小流域进行河流类型划分,该小流域内共有6种河段类型,其中以使用功能恢复型和生态功能恢复型河流为主,水环境问题最严重的环境超载型水质改善河段仅分布在#1一级支流,其他处于水质改善阶段河段需进一步提升或稳定水环境质量,完成向功能恢复阶段的过渡,目前该小流域内的生态回归河段均为向好型生态回归河段,已满足自我修复的条件,需进一步加强保护管理;
(5)基于河段类型及关键恢复功能的水生态环境保护重要性分极:
通过查阅流域水功能区划、流域标准及流域环保规划,梳理各河流要求发挥的生态系统功能,结合河段类型判定结果,将河段现状无法满足的功能确定为关键恢复功能,依据河流级别、河段类型及关键恢复功能特征进行河段水生态环境保护重要性分级;将干流、供水干渠及生态回归河段列为一级保护河段,三级支流列为三级保护河段,一、二级支流及连通渠的保护级别需根据关键恢复功能特征予以确定;对于一级支流若关键恢复功能含生物多样性维持功能或自净功能则列为一级保护河段,其他情况列为二级保护河段;对于二级支流若关键恢复功能同时含生物多样性维持功能和自净功能则列为二级保护河段,其他情况均列为三级保护河段;对于及连通渠若关键恢复功能含水文调节功能或同时含有生物多样性维持功能和自净功能则列为一级保护河段,其他情况均列为二级保护河段,从而实现基于小流域水生态环境保护阶段的河流类型划分结果对流域治理管理工作的统筹规划。
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