[發明專利]一種基于機理性流域水文模型的水文生態系統服務計算方法

有效

• 申請號: 202010978720.0
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112199457B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 樊敏;諶書;肖宇婷;趙麗
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明涉及一種基于機理性流域水文模型的水文生態系統服務計算方法，包括采用流域水文模型將整個流域進行劃分，得到水文響應單元空間分布圖層；在不同條件下模擬各水文響應單元內的水文循環過程和營養物質循環過程，得到兩次各水文響應單元內的總產水量、泥沙產生量、有機和無機營養物質產生量；將它兩次得到的結果相減得到泥沙含量、有機營養物質和無機營養物質含量之差，并將總產水量、水土保持和水質凈化作為流域水文生態系統服務，進而得到總產水量、水土保持和水質凈化水文生態系統服務空間分布圖層。本發明考慮了水文循環過程和營養物質循環過程，模擬的流域水文生態系統服務結果準確性較高，能夠為流域水資源的管理提供更為精準數據支持。

技術領域

本發明涉及水資源管理和規劃技術領域，尤其涉及一種基于機理性流域水文模型的水文生態系統服務計算方法。

背景技術

生態系統服務是人類從生態系統獲得的各種產品與服務收益，強調對人類及人類發展有益的生態系統內在功能和過程，主要包括水源涵養、水土保持、水質凈化等生態系統服務。其中，流域生態系統的不斷退化以及環境問題的全球化，使得科學地管理流域生態系統和水資源成為流域生態學和水環境管理研究的熱點。流域生態系統管理是流域生態系統與人類福祉的紐帶，隨著生態系統服務研究的深入，基于水文生態系統服務的流域生態系統和水環境管理已成為必然。因此，如何從生態系統角度量化流域水文生態系統服務的空間分布，成為構建新型生態系統服務計算方法的關鍵。

傳統的流域水文生態系統服務管理方法多采用基于單位面積的價值量評估法、依據模型進行價值評估的模型評估法和定量指標法。前面兩種評估方法所需數據較少，簡便易行，但評估結果不確定性較高，難以應用。已有的模型評估法對流域水文生態系統服務的計算過程中，多采用流域和柵格為其基本計算單元，未能根據流域地形、土地利用類型和土壤在空間上的分布特征，劃定基本計算單元，缺乏科學劃分依據，具有主觀性和任意性。另外，已有的評估模型未能以“格局-過程-功能-服務”為主線考慮基本計算單元內生態水文過程對生態系統服務的影響，且未能將水質凈化服務進行細分，忽略了有機營養物質保持量和無機營養物質保持量的空間分布的異質性和權衡性。

目前，我國流域水文生態系統服務計算主要以基于單位面積的價值量評估法為主，該方法雖在理論上比較完備，但由于其數據需求很難得到充分滿足，會在很大程度上制約研究結果的實際應用效果；因此，采用何種模型可以模擬基于“格局-過程-功能-服務”的流域水文生態系統服務；如何將水質凈化中的有機營養物質保持量和無機營養物質保持量分開計算；如何構建流域水文生態系統服務的空間分布圖層是目前需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種基于機理性流域水文模型的水文生態系統服務計算方法，解決了現有的技術研究分析中存在的不足。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種基于機理性流域水文模型的水文生態系統服務計算方法，所述計算方法包括：

采用流域水文模型ArcSWAT的流域劃分工具將整個流域劃分為多個子流域，并將每一個子流域劃分為水文響應單元，得到全流域水文響應單元的空間分布矢量圖；在每個水文響應單元內模擬水文循環過程和營養物質循環過程，進而模擬得到河道的流量、泥沙含量和營養物質含量，并將其與已知監測斷面的流量、泥沙含量和營養物質含量觀測值進行對比分析、率定和校正水文模型；

在不同條件下模擬各水文響應單元內的水文循環過程和營養物質循環過程，得到兩次各水文響應單元內的總產水量、泥沙產生量、有機和無機營養物質產生量；

將它兩次得到的結果相減得到泥沙含量、有機營養物質和無機營養物質含量之差，并將總產水量、水土保持和水質凈化作為流域水文生態系統服務，進而得到總產水量、水土保持和水質凈化水文生態系統服務空間分布圖層；

進一步地，所述在不同條件下模擬各水文響應單元內的水文循環過程和營養物質循環過程，得到兩次各水文響應單元內的總產水量、泥沙產生量、有機和無機營養物質產生量包括：