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申请/专利权人：广东工业大学

摘要：本发明公开了一种面向草型湖泊水质提升的生态补水优化方法，包括以下步骤：1建立湖泊水量平衡方程并划分淹没区；2确定湖泊内满足植物生长需求的面积；3计算整个湖泊植物群落吸收及根系反硝化作用去除的氮、磷量；4建立湖泊氮、磷物质平衡方程；5采用栖息地模拟法确定湖泊每月最低生态水位；6通过频率分析方法确定湖泊水位波动幅度的适宜区间；7建立生态补水优化模型；8求解该非线性、多约束的优化模型。有益效果是，最大程度发挥植物自身的水质净化功能；修复水环境同时节约水资源。

主权项：1.一种面向草型湖泊水质提升的生态补水优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建湖泊水量平衡方程，来水包括上游河道入流、降雨和生态补水，水量损失包括蒸散发、河道出流和底部渗漏，其中，每月的生态补水量是优化变量；划分两种淹没区，即持续性淹没区与间歇性淹没区，最低月水位对应的水面面积即为持续性淹没区面积，当月水面面积与最低月水位对应面积的差值即为当月间歇性淹没区面积；步骤2：根据植物生长的适宜水深区间，结合植物发芽期的水位，确定湖泊中适宜植物生长的面积，该面积即为植物生长面积的上限阈值；为权衡植物对营养盐的吸收与蒸腾作用耗水，采用分期收割方式，即逐月收割一部分植物；在植物生长期末，将所有植物收割完成，以防止植物死亡而导致吸收的营养盐重新向水体释放；生长期内每月收割比例为w1,w2,…wTT为植物生长季包含的总月数，所有月份收割比例总和为100％；步骤3：考虑持续性淹没区与间歇性淹没区的差异，根据不同区域植物生长速率的测定结果，计算整个湖泊植物群落生长的氮、磷吸收量；同时，根据不同淹没区微生物反硝化作用强度的测定结果，计算整个湖泊反硝化作用的氮去除量；步骤4：构建湖泊总氮与总磷的物质平衡方程，植物吸收是草型湖泊水体营养盐去除的关键途径，同时氮的去除途径还包括微生物反硝化作用和氨挥发；此外，部分氮、磷营养物质沉降到底泥中埋藏；氮、磷来源包括上游河道入流、大气沉降以及补水水体携带的少量营养物质；步骤5：采用栖息地模拟法确定湖泊每月最低生态水位，以物种丰富度为指标，基于历史资料，建立物种丰富度与水位间的关系，根据物种保护需求确定每月最低生态水位；步骤6：基于湖泊多年历史水文资料，采用频率分析方法，以频率达到80％以上的区间，作为湖泊水位波动幅度的适宜区间；步骤7：建立生态补水优化模型，优化变量是湖泊每月的生态补水量以及植物生长期内逐月收割比例；优化目标是：最小化所需的年生态补水总量，同时达到湖泊水质提升目标，即控制湖泊氮、磷浓度满足相应的国家水质标准；步骤8：采用自适应遗传算法求解优化模型，遗传算法需设置的参数及其取值区间是：初始群体大小100～1000、最大迭代次数100～1000、交叉概率0.4～0.99和变异概率0.001～0.1；通过遗传算法求解步骤7的优化模型，即可确定每月的最佳生态补水量。

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