基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法

摘要

公开了基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法。步骤包括采集预定区域的原始数据，原始数据包括地形数据、土地利用类型图及气象数据，气象数据包括气温、气压、风速和地表总辐射量数据；在不同水位梯度下设定样地，选取目标物种，测量植被数据，进行样方调查获取植被参数，植被参数包括植被高度、植被覆盖度和叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据；基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，基于水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据，进行全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量。

说明书

技术领域

本发明涉及水利领域，特别是一种基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法。

背景技术

湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，其功能和价值巨大。但受气候变化和人类活动的双重影响，湿地面积锐减，功能退化严重。保护现有湿地、恢复退化湿地以及合理利用湿地已经成为发挥湿地生态、社会和经济效益的最有效手段。退化湿地生态环境需水量估算是退化湿地生态与环境保护迫切需要解决的问题，也是水资源合理配置的要求。退化湿地生态需水量指湿地每年用于生态消耗而需要补充的水量，主要是补充湿地生态系统蒸散发需要的水量。

专利文献1公开的一种基于原位蒸散发监测的淹水沼泽植物生态需水量的计算方法按以下步骤进行：

一、生长季的淹水沼泽植物蒸散发量监测：在待测的淹水沼泽的植物发芽期，从待测的淹水沼泽植物的分布区域挖出带有淹水沼泽植物萌芽的土壤并放入蒸发桶中至蒸发桶中的土壤深度为40cm～60cm，并且蒸发桶中淹水沼泽植物萌芽的密度与被挖出的土壤原来的淹水沼泽植物萌芽的密度相同，向蒸发桶中灌水至水面高于土壤10cm～15cm，然后将装有淹水沼泽植物萌芽土壤的蒸发桶放回被挖的土壤原处，定期向蒸发桶中灌水保持蒸发桶中水面高于土壤10cm～15cm，在蒸发桶中的淹水沼泽植物整个生长季监测记录每日蒸发桶的水面高度变化值m，m≥0，同时在同区位用雨量筒监测记录每日的降水量n，如果当日蒸发桶中的水面高于前一日的水面，则当日的蒸发桶中淹水沼泽植物的蒸散发量ET＝n‐m；如果当日蒸发桶中的水面低于或等于前一日的水面，则当日的蒸发桶中淹水沼泽植物的蒸散发量ET＝n+m；同步平行设置多组进行测试，取平均值ET平均；所述的蒸发桶由防水材料制成，内壁直径60cm、深80cm；所述的ET、n和m的单位均是mm；

二、淹水沼泽植物全年生态需水量计算：待测的淹水沼泽植物的全年生态需水量Wp＝ET全年×A/1000＝ET生长季×(1+E非生长季/E生长季)×A/1000，该专利通过简易制作的蒸发桶准确记录待测湿地的淹水沼泽的蒸散发水消耗量，结合待测湿地所在地区气象站蒸发监测数据，可以折算北方沼泽非生长季越冬的蒸散发消耗量，但该专利测算精度差，得到的蒸散发消耗量误差较大，且没有考虑水位梯度的影响，不利于退化湿地的恢复和保护。

专利文献2公开的一种河流流域水资源规划利用方法包括下述步骤：

步骤一：获取河流流域的降雨量值，采用反距离权重插值法对所述河流流域的降雨量值进行空间插值，制得降雨量分布图和等值线图，获得所述河流流域的降雨量，即总水资源量；步骤二：获取所述河流流域内汽化潜热、最高气温、最低气温、饱和水汽压、冠层表面净辐射、空气密度、土壤热通量、空气定压比热、冠层导度、饱和水汽压、实际水汽压、空气动力学导度、叶面积指数、地表反照率及地表覆盖，估算所述河流流域的植被蒸腾值，步骤三：估算所述河流流域的土壤蒸发值，步骤四：估算所述河流流域的陆域蒸散发量，步骤五，估算所述河流流域的流域内水面蒸发，即所述河流流域的蒸散发量，从而获得流域总蒸发量实时分布等值线图；步骤五：估算所述河流流域的流域内水面蒸发，即所述河流流域的蒸散发量，从而获得流域总蒸发量实时分布等值线图；该专利采用采用器测折算法、模型计算法以及经验公式法对流域水面蒸发量进行计算，但该专利测算精度差，得到的蒸散发消耗量误差较大，且没有考虑水位梯度的影响，不利于退化湿地的恢复和保护。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国专利公开CN105868548A号

专利文献2：中国专利公开CN104992376A号

发明内容

发明要解决的问题

考虑水位梯度的影响，提供一种测算精度高的退化湿地生态需水量的测量方法。

解决问题的方案

本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，一种基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法步骤包括:

在第一步骤中：采集预定区域的原始数据，所述原始数据包括所述预定区域的地形数据、土地利用类型图及气象数据，气象数据包括气温、气压、风速和地表总辐射量数据；

在第二步骤中：在不同水位梯度下设定样地，选取目标物种，测量植被数据，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、植被覆盖度和叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据；

在第三步骤中：基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据，

在第四步骤中：在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量，其中：

基于所述地形数据，提取地形边界并将预定区域划分为若干100m*100m的格网，

输入处理好后的土地利用类型图、气象数据、植被分布数据，

分别计算预定区域全年植被覆盖区域的潜在散发量(PT)与土壤区域的潜在蒸发量(PE)，

其中，ρ_a是空气密度；c_p是空气的比热容；e_s是饱和蒸汽压；e_z是参考高度饱和蒸汽压；Δ代表饱和蒸气压与温度曲线的斜率；γ是湿度；Tz参考高度的空气温度；是冠层高度和参考高度的平均气流之间空气阻力；是冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力；是平均叶面与平均冠层表面之间的空气动力阻力；是冠层气孔阻力，As土壤区域能量，A_s＝Ae^‐kcL，Ac植被区域能量，A_c＝A‐A_s，A是地表总辐射量，L为叶面积指数，kc消光常数；Fr是植被覆盖度，即植被覆盖面积与总面积之比；

计算预定区域全年潜在蒸散发总量(PET)，潜在蒸散发量(PET)为土壤的潜在蒸发量(PE)和植被的潜在散发量(PT)之和，所述退化湿地生态需水量大于等于所述潜在蒸散发总量(PET)。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，在第二步骤中：测量植被数据，选取芦苇或扁秆藨草作为目标物种，设定样地，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、盖度、叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，在第三步骤中：单株芦苇或扁秆藨草的地上生物量为调查样方中总的生物量除以样方中的株数，基于单株芦苇或扁秆藨草的地上生物量在不同水位梯度下的随季节变化的数据，获得芦苇或扁秆藨草不同季节适宜的水位阈值。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，在第四步骤中：冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力为

式中h为植被高度；Z'_m是土壤表面的动量传递粗糙度长度；Z'_H是热量和水汽输送的土壤表面粗糙度的控制转移；k是von>h(α)树冠高度的平均风速。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，在第四步骤中：高度和参考高度的平均气流之间空气阻力

式中(α)代表植被覆盖区域；(0)表示土壤区域，z是测量风速的高度，取2m加植被高度；d是零平面位移高度，取0.67乘以植被高度；z_m是植被粗糙度控制动量转移，取0.123乘以植被高度；z'_m是土壤粗糙度控制动量转移，取0.005；Z_H是热量和水汽的植被粗糙度控制转移，取Z_m除以12；z'_H是热量和水汽的土壤粗糙度控制转移，取0.1乘z'_m；k是von>

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，A_c＝Fr(λE_c+H_c)，A_s＝(1-Fr)(λE_s+H_s)，式中A为单位面积上可获得能量，包括潜热和显热两部分；Ac和As分别为分配的植被冠层和土壤上可获得的能量；λE是单位面积上潜热部分的能量；H是单位面积的显热部分的能量。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，在土地利用类型图上设定水位梯度，湿地植被生长季初期的适宜水位设为第一梯度；丰水年水位上升设定为第二梯度；枯水年和特枯水年水位下降设定为第三梯度与第四梯度，并依据湿地多年的水位波动范围确定湿地生态需水量的阈值区间。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，基于地表水位监测以及气象站降水设定第一梯度，设定第二梯度为湿地水位上升50cm，第三梯度为湿地水位下降40cm以及第四梯度为湿地水位下降60cm。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，空气密度ρ_a为1.29Kg/m³；空气的比热容c_p为1.003kJ/(kg.K)；湿度γ大致为66帕/K，消光系数kc为0.4。

在所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法，植被覆盖度为每个样方的植被覆盖度的均值，取值范围为代表没有植被覆盖的0至代表全部被植被覆盖的1之间，植被高度通过随机取样方内三颗植株测量高度后取平均值为样方高度，植被叶面积指数通过采用LI‐3000C便携式叶面积仪测量，仪器通过扫描、数据处理获得叶片面积、长度、宽度、以及累积叶片面积数据，累积叶片面积数据除以样方面积得到叶面积指数。。

发明的效果

本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法考虑了水位梯度对潜在蒸散发总量的影响，通过预定区域的地形数据、土地利用类型图及气象数据，在不同水位梯度下测量植被数据，获取全年的植被参数数据,基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据，在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量。本发明显著提高了预定区域的退化湿地生态需水量的测量精度，本发明考虑植被参数对蒸散发的影响，可以更精确地估算全年研究区内的蒸散量，能够更好地对退化湿地进行恢复和保护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

[图1]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的步骤示意图。

[图2a]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第一梯度下芦苇生态指标对水位变化响应示意图。

[图2b]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第二梯度下芦苇生态指标对水位变化响应示意图。

[图2c]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第三梯度下芦苇生态指标对水位变化响应示意图。

[图2d]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第四梯度下芦苇生态指标对水位变化响应示意图。

[图3]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的芦苇单株地上生物量随水深的变化示意图。

[图4a]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第一水位梯度下植被分布示意图。

[图4b]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第二水位梯度下植被分布示意图。

[图4c]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第三水位梯度下植被分布示意图。

[图4d]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第四水位梯度下植被分布示意图。

[图5a]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第一水位梯度下逐月潜在蒸散发量示意图。

[图5b]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第二水位梯度下逐月潜在蒸散发量示意图。

[图5c]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第三水位梯度下逐月潜在蒸散发量示意图。

[图5d]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第四水位梯度下逐月潜在蒸散发量示意图。

[图6a]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第一梯度下扁秆藨草生态指标对水位变化响应示意图。

[图6b]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第二梯度下扁秆藨草生态指标对水位变化响应示意图。

[图6c]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第三梯度下扁秆藨草生态指标对水位变化响应示意图。

[图6d]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的第四梯度下扁秆藨草生态指标对水位变化响应示意图。

[图7]示出了本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的扁秆藨草单株地上生物量随水深的变化示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

具体而言，如图1所示的本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的步骤示意图，一种基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法步骤包括:

在第一步骤S1中：采集预定区域的原始数据，所述原始数据包括所述预定区域的地形数据、土地利用类型图及气象数据，气象数据包括气温、气压、风速和地表总辐射量数据。

在第二步骤S2中：在不同水位梯度下设定样地，选取目标物种，测量植被数据，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、植被覆盖度和叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据。

在第三步骤S3中：基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据。

在第四步骤S4中：在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量，其中：

S4‐1基于所述地形数据，提取地形边界并将预定区域划分为若干100m*100m的格网，

S4‐2输入处理好后的土地利用类型图、气象数据、植被分布数据，

S4‐3分别计算预定区域全年植被覆盖区域的潜在散发量PT与土壤区域的潜在蒸发量(PE)，

其中，ρ_a是空气密度；c_p是空气的比热容；e_s是饱和蒸汽压；e_z是参考高度饱和蒸汽压；Δ代表饱和蒸气压与温度曲线的斜率；γ是湿度；Tz参考高度的空气温度；是冠层高度和参考高度的平均气流之间空气阻力；是冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力；是平均叶面与平均冠层表面之间的空气动力阻力；是冠层气孔阻力，As土壤区域能量，A_s＝Ae^‐kcL，Ac植被区域能量，A_c＝A‐A_s，A是地表总辐射量，L为叶面积指数，kc消光常数；Fr是植被覆盖度，即植被覆盖面积与总面积之比；

S4‐4计算预定区域全年潜在蒸散发总量PET，潜在蒸散发量PET为土壤的潜在蒸发量PE和植被的潜在散发量PT之和，所述退化湿地生态需水量大于等于所述潜在蒸散发总量PET。

本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法考虑了水位梯度对潜在蒸散发总量的影响，通过预定区域的地形数据、土地利用类型图及气象数据，在不同水位梯度下测量植被数据，获取全年的植被参数数据,基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据，在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量。本发明显著提高了预定区域的退化湿地生态需水量的测量精度，能够更好地对退化湿地进行保护。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，在第二步骤S2中：测量植被数据，选取芦苇或扁秆藨草作为目标物种，设定样地，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、盖度、叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，在第三步骤S3中：单株芦苇或扁秆藨草的地上生物量为调查样方中总的生物量除以样方中的株数，基于单株芦苇或扁秆藨草的地上生物量在不同水位梯度下的随季节变化的数据，获得芦苇或扁秆藨草不同季节适宜的水位阈值。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，在第四步骤S4中：冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力为

式中h为植被高度；Z'_m是土壤表面控制动量传输传递的粗糙度长度；Z'_H是土壤表面控制热量和水汽传输的粗糙度长度；k是von>h(α)树冠高度的平均风速。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，在第四步骤S4中：高度和参考高度的平均气流之间空气阻力

式中(α)代表植被覆盖区域；(0)表示土壤区域，z是测量风速的高度，取2m加植被高度；d是零平面位移高度，取0.67乘以植被高度；z_m是植被冠层控制动量传输的粗糙度长度，取0.123乘以植被高度；z'_m是土壤控制动量传输的粗糙度长度，取0.005；Z_H是植被冠层控制热量和水汽传输的粗糙度长度，取Z_m除以12；z'_H是土壤表面控制热量和水汽传输的粗糙度长度，取0.1乘z'_m；k是von>

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，A_c＝Fr(λE_c+H_c)，A_s＝(1-Fr)(λE_s+H_s)，式中A为单位面积上可获得能量，包括潜热和显热两部分；Ac和As分别为分配的植被冠层和土壤上可获得的能量；λE是单位面积上潜热部分的能量；H是单位面积的显热部分的能量。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，在土地利用类型图上设定水位梯度，湿地植被生长季初期的适宜水位设为第一梯度；丰水年水位上升设定为第二梯度；枯水年和特枯水年水位下降设定为第三梯度与第四梯度，并依据湿地多年的水位波动范围确定湿地生态需水量的阈值区间。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，基于地表水位监测以及气象站降水设定第一梯度，设定第二梯度为湿地水位上升50cm，第三梯度为湿地水位下降40cm以及第四梯度为湿地水位下降60cm。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，空气密度ρ_a为1.29Kg/m³；空气的比热容c_p为1.003kJ/(kg.K)；湿度γ大致为66帕/K，消光系数kc为0.4。

在本发明的所述的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法的优选实施例，植被覆盖度为每个样方的植被覆盖度的均值，取值范围为代表没有植被覆盖的0至代表全部被植被覆盖的1之间，植被高度通过随机取样方内三颗植株测量高度后取平均值为样方高度，植被叶面积指数通过采用LI‐3000C便携式叶面积仪测量，仪器通过扫描、数据处理获得叶片面积、长度、宽度、以及累积叶片面积数据，累积叶片面积数据除以样方面积得到叶面积指数。。

为了更好地理解本发明，在一个实施例中，选取芦苇作为目标物种，湖边湿地作为预定区域，芦苇为退化湿地常见物种之一，广泛分布在湖泊、沼泽等泡沼的边缘，在水陆交界处环水面带状分布，其生长期为5‐10月只进行营养生长。芦苇种群随水深增加长势越茂，高度、盖度、地上生物量均增高。采集湖边湿地的原始数据，所述原始数据包括湖边湿地的地形数据、土地利用类型图及气象数据，气象数据包括气温、气压、风速和地表总辐射量数据。

在第一、第二、第三和第四水位梯度下设定样地，测量芦苇植被数据，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、植被覆盖度和叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据，5月为芦苇生长期初期，芦苇萌发出苗，最适水位区间0.3‐0.4m，多度、高度、盖度、地上生物量总体呈现随水深提高增加的趋势，从0.4‐0.5m生态指标变化不明显，盖度与生物量减小。6‐7月为芦苇生长期中期，芦苇形成越冬芽。多度、高度、盖度及地上生物量均高于5月，且呈现随水位提升先增加，后减小的趋势。各生态指标在水位‐0.1‐0.3m区间增长幅度快于水位0.3‐0.5m区间。8‐10月为芦苇生长期末期。已于9月19日采取9月样方带回测量地上生物量，10月采样完后一起进行分析，可得到如图2a‐d分别所示的第一、第二、第三和第四水位梯度下芦苇生态指标对水位变化响应图，基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，为了消除芦苇种群密度的影响，采用单株芦苇的地上生物量(即用调查样方中总的生物量除以样方中的株数)在不同水位梯度下的季节变化，来反映芦苇种群在不同水位下的季节变化规律，进而获得芦苇种群不同季节的适宜水位阈值。如图3所示的芦苇单株地上生物量随水深的变化示意图。基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据，例如，可得到图4a‐d所示的第一、第二、第三和第四水位梯度下植被分布示意图。

在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量，其中：

S4‐1基于所述地形数据，提取地形边界并将预定区域划分为若干100m*100m的格网，

S4‐2输入处理好后的土地利用类型图、气象数据、植被分布数据，

S4‐3分别计算预定区域全年植被覆盖区域的潜在散发量PT与土壤区域的潜在蒸发量(PE)，

其中，ρ_a是空气密度；c_p是空气的比热容；e_s是饱和蒸汽压；e_z是参考高度饱和蒸汽压；Δ代表饱和蒸气压与温度曲线的斜率；γ是湿度；Tz参考高度的空气温度；是冠层高度和参考高度的平均气流之间空气阻力；是冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力；是平均叶面与平均冠层表面之间的空气动力阻力；是冠层气孔阻力，As土壤区域能量，A_s＝Ae^‐kcL，Ac植被区域能量，A_c＝A‐A_s，A是地表总辐射量，L为叶面积指数，kc消光常数；Fr是植被覆盖度，即植被覆盖面积与总面积之比；

S4-4计算预定区域全年潜在蒸散发总量PET，潜在蒸散发量PET为土壤的潜在蒸发量PE和植被的潜在散发量PT之和，所述退化湿地生态需水量大于等于所述潜在蒸散发总量PET。如图5a‐d所示的第一、第二、第三和第四水位梯度下逐月潜在蒸散发量示意图，湖年内潜在蒸散发量呈现单峰特征，7月潜在蒸散发量为全年最大值。当水位上升时，潜在蒸散发量增加；当水位下降时，潜在蒸散发量减少。2006-2015年中，年均潜在蒸散发量呈逐年增加的趋势，四种水位梯度下年均增量分别为28.13mm>-1、24.54mm>-1、25.77mm>-1、25.65mma^-1。第一水位梯度下多年平均潜在蒸散发量为

815.06mm；丰水年水位增加50cm，多年平均潜在蒸散发量增多225.86mm；枯水年和特枯水年水位减少40cm和60cm，多年平均潜在蒸散发量分别减少9.32mm和183.91mm。可见，本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法显著提高了预定区域的退化湿地生态需水量的测量精度，能够更好地对退化湿地进行保护。

为了更好地理解本发明，在另一个实施例中，选取扁杆藨草作为目标物种，湖边湿地作为预定区域，扁杆藨草为退化湿地常见物种之一，要分布在湖泊、沼泽等泡沼的边缘，在水陆交界处环水面带状分布，其生长期为5-8月。当陆地高程超过水面0.1m后，只能发现零星的扁杆藨草。高程降低后，植株陆续增多，长势变好，盖度逐渐增加到60％左右，当水位超过0.3m后，扁秆藨草生长数量锐减，被芦苇、香蒲和三江藨草所取代。采集湖边湿地的原始数据，所述原始数据包括湖边湿地的地形数据、土地利用类型图及气象数据，气象数据包括气温、气压、风速和地表总辐射量数据。

在第一、第二、第三和第四水位梯度下设定样地，测量扁杆藨草植被数据，进行样方调查获取植被参数，上述植被参数包括植被高度、植被覆盖度和叶面积指数，将测量所得的植被参数进行线性插值，获取全年的植被参数数据，5月为扁秆藨草生长期初期，最适水位区间为0m‐0.1m。高度呈现随水位提升增加的趋势，在水深0.3m达到最大值42cm，多度与盖度呈现随水位提升先增加，后减小的趋势，在水位0m‐0.1m处达到最大值，各样方地上生物量均小于10g。6‐7月为扁秆藨草生长期中期，最适水位区间为0.1‐0.2m。6月份地上部分始花，多度、高度、盖度及地上生物量均高于5月，且呈现随水位提升先增加，后减小的趋势在水位0.1m‐0.2m之间达到最大值。7月份长势为生长季中最旺盛时期，各生态指标随水位变化与趋势与6月类似。8月为扁秆藨草生长期末期，最适水位区间为0.1‐0.2m。多度、高度、盖度及地上生物量呈现随水位提升先增加，后减小的趋势，多度在0.2m处达到最大值，高度与地上生物量随水位变化不明显。9月由于农田退水以及连续降雨，白鹤湖水位骤升，导致藨草大批量死亡，最后可得到如图6a‐d分别所示的第一、第二、第三和第四水位梯度下扁秆藨草生态指标对水位变化响应图，基于植被参数数据以及植物在不同的水位梯度条件确定植被生长适宜的水位阈值，为了消除扁秆藨草种群密度的影响，采用单株扁秆藨草的地上生物量(即用调查样方中总的生物量除以样方中的株数)在不同水位梯度下的季节变化，来反映扁秆藨草种群在不同水位下的季节变化规律，进而获得扁秆藨草种群不同季节的适宜水位阈值。如图7所示的芦苇单株地上生物量随水深的变化示意图。基于所述水位阈值以及预定区域内的地形数据与土地利用类型图，获得不同水位梯度条件下的植被分布数据。

在不同水位梯度条件下的植被分布数据中，进行预定区域全年潜在蒸散发量测算，获取基于水位梯度的退化湿地生态需水量，其中：

S4‐1基于所述地形数据，提取地形边界并将预定区域划分为若干100m*100m的格网，

S4‐2输入处理好后的土地利用类型图、气象数据、植被分布数据，

S4‐3分别计算预定区域全年植被覆盖区域的潜在散发量PT与土壤区域的潜在蒸发量(PE)，

其中，ρ_a是空气密度；c_p是空气的比热容；e_s是饱和蒸汽压；e_z是参考高度饱和蒸汽压；Δ代表饱和蒸气压与温度曲线的斜率；γ是湿度；Tz参考高度的空气温度；是冠层高度和参考高度的平均气流之间空气阻力；是冠层高度和土壤表面的平均气流之间的空气阻力；是平均叶面与平均冠层表面之间的空气动力阻力；是冠层气孔阻力，As土壤区域能量，A_s＝Ae^‐kcL，Ac植被区域能量，A_c＝A‐A_s，A是地表总辐射量，L为叶面积指数，kc消光常数；Fr是植被覆盖度，即植被覆盖面积与总面积之比；

S4‐4计算预定区域全年潜在蒸散发总量PET，潜在蒸散发量PET为土壤的潜在蒸发量PE和植被的潜在散发量PT之和，所述退化湿地生态需水量大于等于所述潜在蒸散发总量PET。如下表所示的第一、第二、第三和第四水位梯度下年均潜在蒸散发量，

表2006-2015年湖边退化湿地四种水位梯度下年均潜在蒸散发量

可见，本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法显著提高了预定区域的退化湿地生态需水量的测量精度，本发明考虑植被参数对蒸散发的影响，可以更精确地估算全年研究区内的蒸散量，能够更好地对退化湿地进行保护。

工业实用性

本发明的基于水位梯度的退化湿地生态需水量的测量方法可以在水利领域使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。