基于马尔可夫过程的湖泊生态需水保障不确定性研究

摘要

湖泊生态需水对维持其基本生态功能具有重要作用,保障生态需水已成为湖泊生态保护的重要组成部分。目前湖泊生态需水的保障方法都是在同一时间尺度下维持一个确定的水量,但湖泊水位是一个随机过程,其生态状况与湖泊水位波动密切相关,随着水位波动,湖泊生态系统的结构和功能在不断变化,导致其生态需水量也发生变化,只确定一个生态水量,不足以应对湖泊生态需水量未来可能出现的各种情况,也无法应对未来生态需水保障的不确定性,亟需对湖泊生态需水进行不确定性研究,以保障不同时期的生态需水量。以白洋淀为例,将其水位划分为5个区间,代表5个水位时期,再分析各时期的生态环境状况,得出每个时期有利于湖泊生物多样性的生态需水量。结果表明,白洋淀在枯水期、偏枯期、平水期、偏丰期、丰水期的生态水位分别为6.347、6.681、7.276、8.617、9.177 m。根据马尔可夫过程,利用改进加权马尔可夫链模型,计算出未来湖泊水位处于各个时期的概率,从而确定湖泊生态需水量的保障程度,并对未来生态需水保障情况进行预测。