[發明專利]一種耦合土地利用類型和氣候變化的流域水環境管理方法

有效

• 申請號: 202011543929.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112528516B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 帥建英;樊敏;劉云峰;杜奇林;諶書;肖宇婷;趙麗;劉靜;陳雯;王瑩
• 申請（專利權）人: 成都市沱江流域投資發展集團有限公司;西南科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 賈年龍

1.一種耦合土地利用類型和氣候變化的流域水環境管理方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據當前流域地形、氣象、土地利用、土壤基礎信息，采用流域水文模型模擬水文循環過程和營養物質循環過程，將模擬的流量值和水質值與已知監測斷面的實測流量值和水質值進行對比分析，并對模型進行率定和校正，得到總產水量；設定土壤截留和植被吸收參數為0、植被管理和植被覆蓋參數為1，再次運轉模型，將兩次模型運轉得到的泥沙含量、有機營養物質和無機營養物質含量相減，分別得到泥沙含量、有機營養物質和無機營養物質含量之差，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；其中，水土保持為泥沙含量之差，水質凈化為有機和無機營養物質含量之差；

S2、基于歷史土地利用類型空間分布圖層和歷史氣象數據，采用土地利用類型預測模型和全球氣候預測模型，模擬得到未來土地利用類型空間分布圖層和氣象變化趨勢，并將不同未來土地利用類型和氣象條件進行組合；

S3、基于不同未來土地利用類型和氣象條件的情景組合，通過率定和校正后的流域水文模型模擬該情景條件下的水文循環過程和營養物質循環過程，得到總產水量空間分布圖層；設定土壤截留和植被吸收參數為0、植被管理和植被覆蓋參數為1，再次運轉模型，將兩次模型運轉得到的泥沙含量、有機營養物質和無機營養物質含量相減，得到該情景條件下的水土保持和水質凈化，進而得到水土保持和水質凈化水文生態系統服務空間分布圖層；

S4、基于土地利用類型變化和氣象條件變化下的水文生態系統服務情景模擬結果，采用系統保護規劃模型，構建水文生態系統服務在不同土地利用類型和氣象條件下的多目標保護區；

所述S2中采用土地利用類型預測模型獲取未來土地利用類型空間分布圖層的具體步驟為：

S21、基于流域內歷史土地利用類型空間分布圖層，統計各土地利用類型總面積的變化趨勢，預測未來各土地利用類型的總面積，獲得未來各土地利用類型需求；

S22、采用二分類的回歸模型基于當前土地利用類型數據與多種驅動因子建立土地利用空間分布與驅動力之間的關系，得到各土地利用類型的適宜性概率，從而得到土地利用的驅動和限制因子，用于建立未來土地利用類型空間分布圖層；多種驅動因子包括：氣溫、降水、土壤、地形、交通、區位、政策；

S23、確定允許轉換的土地利用單元并計算每一個柵格單元對每一種土地利用類型的轉換可能性，形成最初的土地利用分配圖；根據土地利用分配圖與土地利用類型需求相匹配進行土地利用面積的空間分配，建立未來土地利用類型空間分布圖層；

所述S2中氣象變化趨勢的獲取過程為：根據一系列全球氣候模型對未來氣溫和降水變化量的模擬結果，同時基于流域內氣溫和降水的歷史數據，計算得到未來月尺度的氣溫和降水數據，并將其輸入到流域水文模型中的天氣發生器中，生成時間步長為天的氣象數據；

所述S4的具體過程為：

S41、采用空間分析將基于流域水文模型模擬的水文生態系統服務空間分布圖層轉化為柵格格式，生成覆蓋整個研究流域的正六邊形格網矢量圖層；并利用分區統計工具，得到每個正六邊形內的水文生態系統服務，并將其作為系統保護規劃模型的生態特征輸入數據；

S42、輸入的生態特征數據包括多種水文生態系統服務空間分布圖層；在系統保護規劃模型中，根據各空間分布圖層的保護重要性賦予各水文生態系統服務不同權重；

S43、針對每一保護生態系統服務在規劃流域范圍內所設定的量化保護程度指標，設定需要保護的各種水文生態系統服務為其服務功能總量的10％—90％；

S44、選取生態系統服務分布的規劃計算單元面積為保護成本代價，并通過對邊緣效應權重的調整來改變規劃單元的聚集性；

S45、運行系統保護規劃模型得到單一水文生態系統服務和多種水文生態系統服務的空間保護分布圖層。