[發明專利]基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法

有效

• 申請號: 202110590631.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113591033B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 黃峰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法，采用歸一化植被指數作為植被指標，表征植被生長狀況，收集流域中下游地下水依賴型植被樣點的歸一化植被指數、地下水埋深資料；統計不同地下水埋深區間的植被出現頻次，并以植被出現頻次為中間變量，構建地下水埋深與歸一化植被指數的聯合概率分布；設定地下水依賴型植被的保護目標，分析計算不同地下水埋深區間實現植被保護目標的條件概率，以條件概率最大值對應的地下水埋深作為地下水生態埋深。克服現有方法難以全面刻畫植被指標與地下水埋深相關關系的不足，為干旱區內陸河流域生態水評估提供一個有效工具，支撐地下水依賴型陸生生態系統的保護和管理。

技術領域

本發明屬于地球物理下生態水文分支技術領域，具體涉及一種基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法。

背景技術

我國西北干旱區內陸河流域水資源稀缺、生態脆弱。流域降水集中在上游山區，中下游、盆地腹地降水稀少，而蒸發強烈。流域中下游自然植被生存主要依賴于淺層地下水，形成地下水依賴型陸生生態系統。為維系地下水依賴型陸生生態系統的生態服務功能正常發揮，需維持地下水生態埋深，以保障地下水依賴型植被生長的用水需求。在干旱區地下水生態埋深研究中，已有的分析方法大多基于地下水埋深和植被觀測資料，其中植被觀測資料多采用歸一化植被指數(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)、植被覆蓋度等表征植被生長狀況的指標，利用回歸分析構建植被指標與地下水埋深的響應關系曲線，進而基于植被指標-地下水埋深響應關系曲線，通過拐點分析、突變點分析等方法確定地下水生態埋深。受土壤質地、養分、鹽分等其它生境要素空間異質性的影響，植被指標與地下水埋深的相關關系復雜，植被指標對地下水埋深變化響應的規則性和隨機性特征并存。回歸擬合分析所得的植被指標-地下水埋深響應關系曲線往往難以全面刻畫植被指標與地下水埋深之間的復雜關系，影響地下水生態埋深分析成果的準確性和合理性，不利于干旱區內陸河流域中下游自然綠洲保護及流域可持續發展。為此，考慮采用Copula聯合概率分布函數構建NDVI與地下水埋深的相關關系，提出了基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于聯合概率分布的干旱區地下水生態埋深分析方法，具體包括如下步驟：

(1)收集整理研究區的生態水文基礎數據資料，包括地下水埋深、NDVI等柵格文件資料；具體地：

①地下水埋深記為H，單位m；植被記為V，采用NDVI表征植被的生長狀況。

②地下水埋深柵格文件與NDVI柵格文件在空間上相互匹配對應，每個柵格即為一個植被樣點；每個植被樣點數據包括一個地下水埋深數據和一個NDVI數據，形成一個數據組對，記為(h_j,v_j)，其中j＝1,2,...,N，N為植被樣點總數。

③基于地下水埋深資料，以1m為地下水埋深間距，等間距劃分地下水埋深，得到若干個地下水埋深區間，劃分結果為0-1m,1-2m,2-3m,3-4m,4-5m,5-6m,6-7m等；第i個地下水埋深區間的下邊界記為H_i,L，H_i,L＝0,1,2,...,M-1，第i個地下水埋深區間的上邊界記為H_i,U，H_i,U＝1,2,3,...,M，i＝1,2,3,...,M，M為地下水埋深區間總數。

(2)對于不同的地下水埋深區間，統計各地下水埋深區間范圍內的植被出現頻次，擬合植被出現頻次—地下水埋深響應關系曲線；具體地：

①分析各個地下水埋深區間的植被出現頻次，植被出現頻次的統計公式為：