本發(fā)明涉及河湖生態(tài)保護(hù)與修復(fù)領(lǐng)域，更具體地說它是一種基于生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過程及時(shí)滯效應(yīng)的河湖復(fù)蘇方法。

背景技術(shù)：

1、河湖生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)速度通常明顯滯后于生態(tài)破壞速度，生態(tài)復(fù)蘇往往需要一個(gè)漫長的過程，具有顯著的時(shí)滯效應(yīng)，尤其是生物多樣性的恢復(fù)，甚至?xí)笥谏鷳B(tài)保護(hù)措施實(shí)施后十余年甚至更久?，F(xiàn)有的河湖復(fù)蘇方法存在如下問題：首先，河湖復(fù)蘇目標(biāo)的制定往往忽視了生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的歷史過程，通常根據(jù)某個(gè)階段的靜態(tài)問題設(shè)計(jì)，脫離了實(shí)際，導(dǎo)致目標(biāo)制定過高無法實(shí)現(xiàn)或目標(biāo)制定過低無法恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。其次，現(xiàn)有河湖復(fù)蘇方案確定方法未考慮生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)滯性，往往導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變化與外界驅(qū)動(dòng)壓力之間相關(guān)性不明顯，生態(tài)復(fù)蘇方案制定缺乏科學(xué)依據(jù)，導(dǎo)致生態(tài)復(fù)蘇力度不夠難以實(shí)現(xiàn)生態(tài)復(fù)蘇目標(biāo)，或未充分考慮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力導(dǎo)致為追求短期見效而開展過度的人為修復(fù)，耗工耗時(shí)。因此，亟需研究一種提高生態(tài)調(diào)控精準(zhǔn)性且可操作性強(qiáng)的河湖復(fù)蘇方法，指導(dǎo)河湖復(fù)蘇行動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了提供一種基于生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過程及時(shí)滯效應(yīng)的河湖復(fù)蘇方法，提高河湖生態(tài)復(fù)蘇的精準(zhǔn)性和可操作性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過程及時(shí)滯效應(yīng)的河湖復(fù)蘇方法，通過開展河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況與外界驅(qū)動(dòng)壓力因子歷年的變化速率及二者之間的滯相關(guān)分析，克服生態(tài)系統(tǒng)時(shí)滯效應(yīng)影響，確定河湖復(fù)蘇目標(biāo)，提出對(duì)應(yīng)的復(fù)蘇方案；

3、具體方法，包括如下步驟：

4、步驟一：確定河湖復(fù)蘇目標(biāo)；

5、獲取長序列河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況及外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，建立生態(tài)系統(tǒng)狀況及外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的歷史變化過程曲線，通過考慮生態(tài)系統(tǒng)狀況的歷史變化過程以及現(xiàn)狀條件的生態(tài)狀況，確定低、中、高不同等級(jí)的河湖復(fù)蘇目標(biāo)；

6、步驟二：確定生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間；

7、通過開展生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)與外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的滯相關(guān)分析，確定生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間；

8、步驟三：確定河湖復(fù)蘇方案；

9、通過建立的基于生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)滯性的生態(tài)系統(tǒng)狀況與外界驅(qū)動(dòng)壓力之間的關(guān)系，確定低、中、高不同等級(jí)河湖復(fù)蘇目標(biāo)下外界驅(qū)動(dòng)壓力的調(diào)控力度及調(diào)控方案。

10、在上述技術(shù)方案中，在步驟一中，確定河湖復(fù)蘇目標(biāo)，具體包括如下步驟：

11、s11：獲取n年以上的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況及外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)；n≥20；

12、s12：對(duì)選取的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)值和外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

13、indsi=（indi-indmin）/（indmax-indmin）；

14、drisi=（drii-drimin）/（drimax-drimin）；

15、其中，i為年，indi為第i年的生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)值，indsi為第i年的生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值，indmin為生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)系列中的最小值，indmax為生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)系列中的最大值，drii為第i年的外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)值，drisi為第i年的外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值，drimin為外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)系列中的最小值，drimax為外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)系列中的最大值；

16、s13：將n年（n≥20）的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)值按照從小到大的順序排列，按照公式計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；

17、第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率pm計(jì)算公式如下：

18、fm=m/（n+1）×100%，其中m=1,2,3，……，n；

19、其中，n為河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)量，m為各生態(tài)系統(tǒng)狀況數(shù)據(jù)從小到大排序的序號(hào)，fm為排序第m項(xiàng)對(duì)應(yīng)的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況在數(shù)據(jù)系列中出現(xiàn)的頻率；fm越大，說明河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況越差，fm越小，說明河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況越好；本發(fā)明通過經(jīng)驗(yàn)頻率和理論頻率曲線確定生態(tài)復(fù)蘇目標(biāo)；

20、s14：根據(jù)不同經(jīng)驗(yàn)頻率對(duì)應(yīng)的河湖生態(tài)狀況指數(shù)擬合出理論頻率曲線；理論頻率公式為：

21、s=af2+bf+c；

22、其中，s為生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)，f為不同生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)對(duì)應(yīng)的理論頻率，a、b、c為相關(guān)參數(shù)；

23、若近三年生態(tài)完整性的經(jīng)驗(yàn)頻率平均值在75%~100%范圍內(nèi)，則通過理論頻率公式計(jì)算出70%、50%和30%頻率對(duì)應(yīng)的生態(tài)完整性分別作為生態(tài)復(fù)蘇的低、中、高目標(biāo)；低目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（75%-70%）~（100%-70%），即5~30%，中目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（75%-50%）~（100%-50%），即25%~50%，高目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（75%-30%）~（100%-30%），即45%~70%；

24、若近三年生態(tài)完整性的經(jīng)驗(yàn)頻率平均值在55%~75%范圍內(nèi)，則通過理論頻率公式計(jì)算出50%、35%和20%頻率對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的生態(tài)完整性分別作為生態(tài)復(fù)蘇的低、中、高目標(biāo)；低目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（55%-50%）~（75%-50%），即5~25%，中目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（55%-35%）~（75%-35%），即20%~40%，高目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（55%-20%）~（75%-20%），即35%~55%；

25、若近三年生態(tài)完整性的經(jīng)驗(yàn)頻率平均值在35%~55%范圍內(nèi)，則通過理論頻率公式計(jì)算出30%、20%和10%頻率對(duì)應(yīng)的生態(tài)完整性分別作為生態(tài)復(fù)蘇的低、中、高目標(biāo)；低目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（35%-30%）~（55%-30%），即5~25%，中目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（35%-20%）~（55%-20%），即15%~30%，高目標(biāo)生態(tài)完整性對(duì)應(yīng)頻率較現(xiàn)狀提高（35%-10%）~（55%-10%），即25%~45%；本發(fā)明采用上述方法提高復(fù)蘇目標(biāo)確定的準(zhǔn)確性和可操作性。

26、在上述技術(shù)方案中，在步驟s11中，河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況可以用生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)、生物多樣性指數(shù)、生態(tài)完整性指數(shù)、植被覆蓋率等表示；

27、外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)可選用污染物入河量、人類干擾指數(shù)、建筑用地面積占比、下泄流量占比等，或選用已經(jīng)計(jì)算出的綜合驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)。本發(fā)明方法可以采用單項(xiàng)指標(biāo)作為外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，也可以采用多項(xiàng)指標(biāo)的綜合結(jié)果作為外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，比如可以將污染物入河量作為外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，也可以將污染物入河量和人類干擾指數(shù)分別賦予不同的權(quán)重計(jì)算一個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)。

28、在上述技術(shù)方案中，在步驟s11中，獲取的研究區(qū)各河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)壓力數(shù)據(jù)可以為年均數(shù)據(jù)、逐年的季數(shù)據(jù)或逐年的月數(shù)據(jù)，年系列應(yīng)大于或等于20年；本發(fā)明長序列數(shù)據(jù)更能客觀反映生態(tài)系統(tǒng)的變化過程，提高滯后分析的可靠性。

29、在上述技術(shù)方案中，在步驟二中，確定生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間，具體包括如下步驟：

30、s21：求出s12中標(biāo)準(zhǔn)化后河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)和外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的歷年變化速率；

31、find’(i)=（fsi+1-fsi）/(ni+1-ni)；

32、其中，find(i)’為第i年河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)或者外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的變化速率，ni為第i年的年份，ni+1為第i+1年的年份，fsi+1為第i+1年的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)或者外界驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值，fsi為第i年的河湖生態(tài)系統(tǒng)狀況指標(biāo)或驅(qū)動(dòng)壓力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值；

33、s22：將生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)的變化速率連續(xù)三年大于零的第一個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的年份設(shè)為s1，第三個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的年份設(shè)為s2，外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的變化速率連續(xù)三年小于零的第一個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的年份設(shè)為d1，第三個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的年份設(shè)為d2，則生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)變化滯后于外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)變化的時(shí)間范圍為s1-d2年~s2-d1年；提高生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間確定的準(zhǔn)確率；

34、s23：在s1-d2年~s2-d1年范圍內(nèi)，按照每次生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)變化滯后于外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)s1-d2年、s1-d2+1年、s1-d2+2年……s2-d1年，即按照滯后時(shí)間每隔1年分別求出生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)與驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，其中最大的相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的滯后年數(shù)yz即為生態(tài)系統(tǒng)變化滯后于外界驅(qū)動(dòng)壓力的年數(shù)，將其用yz表示，yz為介于s1-d2年~s2-d1之間的整數(shù)；

35、；

36、其中，n為數(shù)量，s為生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)，d為驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，r為s和d之間的相關(guān)系數(shù)，i為編號(hào)，為生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)平均值，為驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)平均值。

37、在上述技術(shù)方案中，在步驟s21中，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)的變化速率大于零表示生態(tài)系統(tǒng)狀況好轉(zhuǎn)；當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)的變化速率小于零表示生態(tài)系統(tǒng)狀況下降；當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)的變化速率等于零表示生態(tài)系統(tǒng)狀況不變；

38、當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的變化速率大于零表示外界的驅(qū)動(dòng)壓力增大；當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的變化速率小于零表示外界驅(qū)動(dòng)壓力減?。划?dāng)驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)的變化速率等于零表示外界的驅(qū)動(dòng)壓力不變；本發(fā)明采用上述方法分析生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)的歷史變化過程，用于確定生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間；本步驟s21與步驟s14相聯(lián)系，生態(tài)狀況指數(shù)的變化速率如果連續(xù)3年大于0，表明生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)3年都是改善狀態(tài)，則可以認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)在壓力減小情況下開始逐步好轉(zhuǎn)了，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)壓力的減小開始響應(yīng)了；同樣地，若外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)變化速率連續(xù)3年小于0，則可以認(rèn)為外界驅(qū)動(dòng)壓力在降低；如果外界驅(qū)動(dòng)壓力降低和生態(tài)系統(tǒng)改善同步，就表明生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)沒有滯后性；如果生態(tài)系統(tǒng)改善滯后于外界驅(qū)動(dòng)壓力的降低，表明生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)是滯后的，進(jìn)而確定生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后時(shí)間。

39、在上述技術(shù)方案中，在步驟三中，確定河湖復(fù)蘇方案，具體包括如下步驟：

40、s31：對(duì)步驟s2中的生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)滯后于外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)yz年與外界驅(qū)動(dòng)壓力進(jìn)行擬合分析并求出擬合公式：

41、d=as2+bs+c；

42、其中，d為外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)，s為生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)，a、b、c為相關(guān)參數(shù)；

43、s32：根據(jù)擬合公式，分別求出生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)低、中、高恢復(fù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)值dlow、dmid、dhigh；

44、s33：近三年的外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)平均值為davg，dlow、dmid、dhigh與davg的差值為分別為生態(tài)系統(tǒng)狀況恢復(fù)為低、中、高目標(biāo)需要調(diào)控的外界驅(qū)動(dòng)壓力值；此處低、中、高目標(biāo)需要調(diào)控的外界驅(qū)動(dòng)壓力值對(duì)應(yīng)步驟s14計(jì)算出的低中高目標(biāo)，可以通過s31的擬合公式，求出不同復(fù)蘇目標(biāo)對(duì)應(yīng)的外界驅(qū)動(dòng)壓力值；

45、在步驟s33中，dlow、dmid、dhigh與davg的差值即為生態(tài)復(fù)蘇中需要降低的外界驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)值；

46、davg與dlow、dmid、dhigh的差值若小于或等于零，則代表不需要開展人工輔助的生態(tài)修復(fù)工程，只需要保持目前的狀態(tài)進(jìn)行自然修復(fù)經(jīng)過一定的時(shí)間即可達(dá)到河湖復(fù)蘇目標(biāo)；

47、若davg與dlow、dmid、dhigh的差值大于零，則表示需要配合人工恢復(fù)措施，配合自然修復(fù)，達(dá)到河湖復(fù)蘇目標(biāo)；其中，人工恢復(fù)措施包括污染治理、減排、綠化等人工措施；自然修復(fù)為保持現(xiàn)狀、無需人工參與，利用生態(tài)系統(tǒng)的自修復(fù)能力慢慢地進(jìn)行自我修復(fù)。

48、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

49、（1）本發(fā)明通過考慮生態(tài)系統(tǒng)狀況的歷史動(dòng)態(tài)變化過程以及現(xiàn)狀條件的生態(tài)狀況，確定低、中、高不同等級(jí)的河湖復(fù)蘇目標(biāo)，提高了河湖復(fù)蘇目標(biāo)確定的精準(zhǔn)性和可達(dá)性；解決了現(xiàn)有的河湖復(fù)蘇方法中河湖復(fù)蘇目標(biāo)的制定忽視生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的歷史過程，通常根據(jù)某個(gè)階段的靜態(tài)問題設(shè)計(jì)，脫離實(shí)際，導(dǎo)致目標(biāo)制定過高無法實(shí)現(xiàn)或目標(biāo)制定過低無法恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的正常功能的問題；

50、（2）本發(fā)明通過考慮生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)滯性，可以更加準(zhǔn)確的建立生態(tài)系統(tǒng)狀況變化與外界驅(qū)動(dòng)壓力的相關(guān)關(guān)系，求出考慮生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯后性的壓力指數(shù)，通過對(duì)比考慮滯后性的壓力指數(shù)值與現(xiàn)狀條件下的壓力指數(shù)值大小，可以確定是否需要開展輔助的人工修復(fù)措施，提高生態(tài)復(fù)蘇方案的精準(zhǔn)性和合理性，提高采用本發(fā)明河湖復(fù)蘇方案進(jìn)行生態(tài)調(diào)控的精準(zhǔn)度；解決了采用現(xiàn)有技術(shù)手段確定的生態(tài)-水文或者生態(tài)-水質(zhì)或者生態(tài)-壓力之間的關(guān)系未考慮生態(tài)系統(tǒng)變化的時(shí)滯性，導(dǎo)致前者與后者之間的關(guān)系不明顯或者關(guān)系趨勢(shì)錯(cuò)誤，無法準(zhǔn)確建立生態(tài)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)壓力之間的相關(guān)關(guān)系，構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)狀況指數(shù)與驅(qū)動(dòng)壓力指數(shù)之間沒有顯著相關(guān)性，進(jìn)而導(dǎo)致采用現(xiàn)有河湖復(fù)蘇方案進(jìn)行生態(tài)調(diào)控準(zhǔn)確度低，無法準(zhǔn)確確定采用人工修復(fù)手段還是自然修復(fù)手段開展河湖復(fù)蘇，使得河湖復(fù)蘇的成功率低或易造成過度修復(fù)、耗費(fèi)大量財(cái)力物力人力的問題；

51、（3）本發(fā)明通過建立的基于生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)滯性的生態(tài)系統(tǒng)狀況與驅(qū)動(dòng)壓力之間的關(guān)系，提出低、中、高不同等級(jí)河湖復(fù)蘇目標(biāo)下驅(qū)動(dòng)壓力的調(diào)控力度，并精準(zhǔn)地確定采用人工修復(fù)還是自然修復(fù)的手段，提高河湖復(fù)蘇的成功率，并可避免過度的人工修復(fù)、節(jié)省財(cái)力物力人力。