[發明專利]一種小流域水土保持植被緩沖帶優化方法及系統

在審

• 申請號: 202010865325.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112001083A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張水鋒;張金池
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/02;G06F111/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發明公開了一種小流域水土保持植被緩沖帶優化方法及系統，基于生態環境影響評價子目標函數、經濟收益評價子目標函數建立了流域尺度下VBS優化設計的多目標決策框架。該框架通過優化一個多目標函數，從大量可能的解決方案中選擇最合適的方案來設計流域VBS。本發明系統考慮了小流域的氣候特征、地形和土壤等因素，對沛橋河小流域進行了VBS優化設計，同時最小化泥沙輸移、氮磷養分負荷和VBS的實施/維護成本，最大化農業生產收益，能夠提供具有成本效益的流域環境質量保護。

技術領域

本發明屬于土地資源數據處理技術領域，涉及一種小流域水土保持植被緩沖帶優化方法及實現其的系統。

背景技術

農業活動是水土流失和非點源污染的主要原因，對流域生態系統的環境質量有較大的影響。通過實施適當的土地管理規劃，才能最小化農業活動對水資源質量的影響。其中，植被緩沖帶(Vegetative Buffer Strips，VBS)設計是常使用的土地管理規劃方法之一，在適當的設計和布置時可以顯著提高水質。而另一方面，VBS占據了農業用地中原本可以用于作物生產的一部分，并涉及到實施和維護費用。目前，VBS是基于實地研究的結果設計的(位置、植物類型和寬度)，并不涉及以科學為基礎的方法確保其在特定區域、氣候、地質和經濟條件下的效率，未能在考慮環境質量保護的同時兼顧成本效益。完全基于農用地地塊尺度的方法不一定會獲得最佳的VBS設計，需要一種基于流域系統過程的方法，從流域尺度選擇最合適的設計，以確保解決方案在成本效益長期有效性。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種小流域水土保持植被緩沖帶優化方法及系統，結合流域過程的計算模型和現代啟發式優化技術，設計具有成本效益的植被緩沖帶。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種小流域水土保持植被緩沖帶優化方法，包括如下步驟：

步驟1，建立水土保持植被緩沖帶優化多目標函數

步驟1.1，建立生態環境影響評價子目標函數

使用式(1)計算生態環境影響評價要素：

其中：i：涉及的生態環境影響評價要素編號；

p_i：生態環境影響評價要素i的得分，

k：所選關鍵出口位置編號，1≤k≤N_k，

p_i,k：所選關鍵出口位置k處的生態環境影響評價要素i的輸出，

pb_i,k：所選關鍵出口位置k處的生態環境影響評價要素i的基準輸出，即在沒有布設VBS場景下的輸出；

根據公式(2)中要素輸出的加權平均值計算整體生態環境影響評價函數得分：

其中：0f_p≤1是環境評分；

β_i：加權因子定義了每種污染物在總體環境評分中的相對重要性，

步驟1.2，建立經濟收益評價子目標函數

建立經濟收益評價函數如下式(3)：

式中：f_e：經濟總收益；

f：流域內地塊單元的編號，f＝1,2,3,…,N_f，N_f為地塊編號最大值；

α_f：VBS寬度占土地坡長的比例；