生态效益约束下莫莫格湿地补水方案区间优化模型研究

发布时间：2020-08-07 22:28

【摘要】：莫莫格国家级自然保护区是我国重要的内陆湿地、水域生态系统与珍稀湿地鸟类的自然保护区,是镇赉县重要的生态支柱。然而,从上世纪70年代开始,随着气候条件的改变以及人类活动的加剧,莫莫格自然保护区的生态系统遭到了破坏。截至2012年,莫莫格自然保护区湿地面积已经减少了一半以上,地下水位持续下降,生态系统功能退化,生态环境十分脆弱。2013年吉林省水利厅启动实施“河湖连通工程”,为包括莫莫格国家级自然保护区在内的吉林西部地区的湖泡供水,改善当地的生态环境。工程引水量过多会对引水河段及下游的生态系统和水文情势产生影响,同时也会造成水资源的浪费。为了减少引水工程对环境的影响,避免浪费资源,制定科学合理的引水方案成为引水工程的关键问题。基于此,本文以“吉林西部供水工程”为依托,在对比分析现行的几种优化方法基础上,针对研究区参数和变量的不确定性问题,结合研究区的水文和生态特性,根据参数和变量的取值区间,采用不确定性条件下的区间规划方法,首先计算出了适合莫莫格自然保护区湿地的生态需水量。其次,将水利效益、生态效益和经济效益三者结合,根据工程设计方案、区域环境特征,构建了适合莫莫格国家级自然保护区的生态系统服务价值指标体系,计算了引水工程的生态系统服务价值。然后,本文根据莫莫格国家级自然保护区的具体情况并联系工程实际,考虑生态效益,以减少引水量为目标,运用区间规划方法,建立基于不确定性条件下的区间优化模型,从而得到引水量最少的优化方案。经计算,本文得出的优化方案与工程规划方案相比,总引水量减少300~2220×10~4m~3,总引水量降低幅度在[3.69%,27.32%]之间,达到了在保证生态效益的条件下减少引水量的目的。从优化方案的结果看,总引水量的减少主要是引洪水量的减少,而常态引水量减小的很少。因此,为了提高过境水利用率,充分利用洪水资源,根据优化模型的结果,最后,本文在优化方案的基础上进行了再优化。再优化方案的下限结果与第一次优化方案的下限结果对比,引洪水量提高了3.14倍。再优化方案,提高了过境水利用率,实现了洪水资源的充分利用,减少了对莫莫格国家级自然保护区及引水河段下游的水文情势及生态环境的影响,优化了工程的引水调度,为决策者提供了有效的数据支撑和科学的理论依据,对于河湖连通工程理论的实践应用做出了重要探索。
【学位授予单位】：长春工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X171;TV67
【图文】：

示意图,莫莫格,自然保护区,示意图

1.1 研究背景莫莫格国家级自然保护区位于我国吉林省西部地区，是中国以及国际上的重要湿地，也是东方白鹳等珍稀鸟类的重要迁徙停歇地。该区域是吉林省乃至全国重要的粮食和畜牧业生产基地，同时具有丰富的石油资源，有着长期的石油开采活动。上世纪 50～60 年代，莫莫格国家级自然保护区地势平坦，松花江、嫩江、洮儿河和霍林河等河流通过洪泛作用在沿岸及低洼区形成了数量众多的泡沼及湿地，具有生物多样性保护和蓄滞洪水等重要生态功能，如图 1-1 所示。其中莫莫格湿地位于嫩江与洮儿河交汇处，二龙涛河自西北至东南穿过整片湿地，天然状态下三条河流洪泛的作用共同塑造了莫莫格湿地，湖泡湿地与江河之间的水力联系紧密，鱼类区系组成一致，水生生物物种交流频繁。同时保护区内降水及过境水资源丰富，河湖互济、渔兴牧旺、草茂粮丰、碧水蓝天，白鹤翩然起舞，鱼儿在湖中跳跃，野生动、植物随处可见，勾绘出一幅人与自然和谐发展的画面[1]。

示意图,莫莫格,自然保护区,现状

莫莫格自然保护区湖泡湿地现状如图 1-2 所示。图1-2 莫莫格自然保护区现状湖泡湿地示意图2013年，吉林省启动实施“吉林西部地区河湖连通”生态水利工程，在松原、白城及长春等8个县（市、区），依托当地自然河湖水系及已建的水利工程，新建、改建、扩建渠道，构建引、蓄、提、灌、排相结合的河湖连通工程体系，将河流洪水期富余的水量和灌区退水引到天然湖泡中存蓄，形成河网密布、集中连2

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莫莫格自然保护区实施吉林西部供水工程后湖泡湿地面积预计恢复效果图如图1-3所示。图1-3 莫莫格自然保护区工程恢复效果图然而，“河湖连通”工程涉及区域广，研究范围内河流和湖泡关联错综复杂，引水过程和可利用的水资源量存在较多不确定因素，可能造成工程目标无法实现及水资源浪费等现象，导致工程实施效果及产生的效益存在不确定性。因此，针对莫莫格自然保护区“河湖连通”工程中存在的各种不确定性进行优化调控，对促进工程建设和实施湿地生态恢复具有重要意义[6-8]。3

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