[發(fā)明專利]一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010978732.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112214924A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊敏;諶書(shū);肖宇婷;趙麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N7/00;G06F113/08
• 代理公司: 成都東恒知盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

1.一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法，其特征在于：所述計(jì)算方法包括：

基于流域地形、氣象、土地利用和土壤等空間分布圖層基礎(chǔ)信息，采用流域水文模型ArcSWAT的流域劃分工具將整個(gè)流域進(jìn)行劃分，得到子流域分布圖，再通過(guò)設(shè)定土地利用、土壤類型和地形坡度的分布面積閾值，進(jìn)行空間疊加將每個(gè)子流域劃分為單個(gè)或多個(gè)水文響應(yīng)單元，進(jìn)而得到全流域水文響應(yīng)單元空間分布圖層；

在不同條件下模擬各水文響應(yīng)單元內(nèi)的水文循環(huán)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，得到兩次各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、泥沙產(chǎn)生量、有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生量；

將它兩次得到的結(jié)果相減得到泥沙含量、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量之差，并將總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化作為流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，進(jìn)而得到總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布圖層；

統(tǒng)計(jì)各水文響應(yīng)單元相應(yīng)位置內(nèi)的總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并采用R軟件和WinBUG軟件通過(guò)蒙特卡羅采樣建立各水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的貝葉斯線性擬合關(guān)系；

對(duì)各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果繪制帕累托效益曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法，其特征在于：所述在不同條件下模擬各水文響應(yīng)單元內(nèi)的水文循環(huán)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，得到兩次各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、泥沙產(chǎn)生量、有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生量包括：

通過(guò)機(jī)理性流域水文模型ArcSWAT的流域劃分工具將整個(gè)研究流域劃分為多個(gè)子流域，再通過(guò)設(shè)定土地利用類型、土壤類型和地形坡度的空間分布面積閾值，并通過(guò)空間疊加分析將每一個(gè)子流域劃分為水文響應(yīng)單元，進(jìn)而得到全流域水文響應(yīng)單元的空間分布矢量圖；

模擬在每個(gè)水文響應(yīng)單元上的流域水文循環(huán)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而模擬得到河道的流量、泥沙含量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，并將其與已知監(jiān)測(cè)斷面的流量、泥沙含量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析、率定和校正水文模型；

基于率定和校正的水文模型，模擬各個(gè)水文響應(yīng)單元的水文循環(huán)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，得到各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、泥沙產(chǎn)生量、有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生量；

將土壤截留和植被吸收參數(shù)配置為0、植被管理和植被覆蓋參數(shù)配置為1，再次運(yùn)轉(zhuǎn)模型，模擬水文循環(huán)過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，再次得到各HRU內(nèi)的總產(chǎn)水量、泥沙產(chǎn)生量、有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法，其特征在于：所述得到總產(chǎn)水量水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布圖層包括：

根據(jù)率定和校正的模型得到各個(gè)水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為固定格式后通過(guò)ArcGIS軟件將其與水文響應(yīng)單元空間分布圖層進(jìn)行連接，得到總產(chǎn)水量水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布圖層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)理性流域水文模型的水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算方法，其特征在于：所述得到水土保持和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布圖層包括：

根據(jù)不同條件下得到兩次各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、泥沙產(chǎn)生量、有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生量的差值，并將該差值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為固定格式后通過(guò)ArcGIS軟件將其與水文響應(yīng)單元空間分布矢量圖層進(jìn)行連接，得到水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布圖層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法，其特征在于：所述對(duì)各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果建立各水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的貝葉斯線性擬合模型包括：

統(tǒng)計(jì)各水文響應(yīng)單元相應(yīng)位置內(nèi)的總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并采用R軟件和WinBUG軟件通過(guò)蒙特卡羅采樣建立各水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的貝葉斯線性擬合關(guān)系。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化流域水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的計(jì)算方法，其特征在于：所述對(duì)各水文響應(yīng)單元內(nèi)的總產(chǎn)水量、水土保持和水質(zhì)凈化水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果繪制帕累托效益曲線包括：

將基于水文響應(yīng)單元的各水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布圖層轉(zhuǎn)化為柵格格式，并將柵格作為基本地理計(jì)算單元；

將各水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相除得到相應(yīng)的比值柵格圖層，圖層中每個(gè)單元格為對(duì)應(yīng)地理位置的兩種水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的比值；

根據(jù)兩種水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的比值大學(xué)對(duì)比值圖層每個(gè)單元格進(jìn)行升序排列；

根據(jù)升序排列的順序依次分別對(duì)單元格對(duì)應(yīng)地理位置的兩種水文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行累計(jì)求和，并按照結(jié)果繪制帕累托效率曲線，根據(jù)該曲線的凹凸增減變化趨勢(shì)判斷各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互作用關(guān)系。如果該曲線向下凹，且一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈增加或遞減趨勢(shì)，而另一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈遞減或遞增趨勢(shì)，則該關(guān)系為權(quán)衡關(guān)系；如果該曲線向上凸，且一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈增加或遞減趨勢(shì)，而另一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也呈增加或遞減趨勢(shì)，則該關(guān)系為協(xié)同關(guān)系。