[發(fā)明專利]一種基于SWAT模型模擬水文環(huán)境的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210440255.4
• 申請(qǐng)日: 2022-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115062447B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳一;丁楠;陶福祿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京華旭智信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11583
• 代理人: 吳鵬章

本發(fā)明公開(kāi)一種基于SWAT模型模擬水文環(huán)境的方法及系統(tǒng)，所述方法包括：S1、將研究流域劃分為多個(gè)子流域及多個(gè)水文響應(yīng)單元(HRU)；S2、以擁有作物種植面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最小行政單元為界，將劃分的HRU與行政單元對(duì)應(yīng)；S3、獲取行政單元內(nèi)每種作物的種植面積比例隨機(jī)R序列；S4、獲取行政單元內(nèi)每個(gè)土地利用類型為耕地的HRU所占耕地比例的r序列；S5、將R序列作為插板，依次插入對(duì)應(yīng)行政單元中r序列中，尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)位以匹配面積比例；S6、按照S5中確認(rèn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在SWAT模型中對(duì)HRU設(shè)置對(duì)應(yīng)的作物品種；以此為基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)SWAT模型，運(yùn)行模型至模擬結(jié)束以模擬流域水文環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水資源系統(tǒng)模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于集合模擬策略和種植結(jié)構(gòu)隨機(jī)布局驅(qū)動(dòng)SWAT模型模擬水文環(huán)境的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一個(gè)著名的分布式流域水文機(jī)理模型。該模型的模擬基于詳細(xì)的土地利用、土壤屬性、氣象數(shù)據(jù)、人類活動(dòng)等輸入數(shù)據(jù)，可以較高精度地模擬流域內(nèi)水分、泥沙、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等的循環(huán)過(guò)程。該模型被廣泛應(yīng)用于全球多個(gè)流域的水文過(guò)程模擬、泥沙動(dòng)態(tài)模擬、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移模擬等研究。此外，一些研究也將SWAT模型的應(yīng)用情景擴(kuò)展至土地利用變化、氣候變化等情景對(duì)流域水文過(guò)程的模擬研究中。

但是，在流域模擬研究，尤其是土地利用變化情景影響研究中，SWAT模型的應(yīng)用面臨土地利用數(shù)據(jù)精度不足的問(wèn)題。例如，現(xiàn)有的土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于土地利用類型的分類較粗，例如農(nóng)業(yè)用地僅劃分為旱地和水田兩個(gè)分類，而對(duì)于作物種植類型，比如小麥、玉米、蔬菜等等，則沒(méi)有做進(jìn)一步細(xì)分。其主要原因在于更為細(xì)致的土地利用數(shù)據(jù)往往需要通過(guò)高精度遙感數(shù)據(jù)解譯配合實(shí)地調(diào)研得到，需要大量的時(shí)間和人力成本，對(duì)于大流域的研究來(lái)說(shuō)難以負(fù)擔(dān)；另外，土地利用類型是處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中的，實(shí)時(shí)更新土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)并不現(xiàn)實(shí)。這種土地利用數(shù)據(jù)的精度不足在一定程度上限制了SWAT模型的應(yīng)用，這其中以農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)缺失的影響最為明顯。

更具體地，農(nóng)業(yè)是流域用水的重點(diǎn)部門，也是氮磷等非點(diǎn)源污染排放的主要來(lái)源，不同的作物種類對(duì)于水、肥等的需求不同，管理方式不同，對(duì)流域水文環(huán)境的影響也有區(qū)別；如果不考慮種植結(jié)構(gòu)以及作物面積分布，則會(huì)對(duì)模型模擬結(jié)果具有較大影響。另外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中往往僅記錄種植面積的變化數(shù)值或者比例，不會(huì)展示具體的增減地區(qū)，這些數(shù)據(jù)雖然是土地利用變化的重要數(shù)據(jù)源，但由于缺乏具體分布，無(wú)法在SWAT模型中進(jìn)行表征，限制了SWAT模型對(duì)土地利用變化影響評(píng)估方面研究的開(kāi)展。

因此，亟需一種新的技術(shù)方法，在當(dāng)前土地利用數(shù)據(jù)不足的限制下，將農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)耦合到SWAT模型的模擬過(guò)程中，彌補(bǔ)SWAT模型模擬過(guò)程中各類作物在區(qū)域尺度上分布缺失的問(wèn)題，提高模擬的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了基于集合模擬策略和種植結(jié)構(gòu)隨機(jī)布局驅(qū)動(dòng)SWAT模型模擬水文環(huán)境的方法，基于現(xiàn)有的低精度土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)以及統(tǒng)計(jì)資料中的種植結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)SWAT模型中作物種植面積分布情況進(jìn)行設(shè)定，解決了現(xiàn)有土地利用數(shù)據(jù)無(wú)法支持SWAT模型表征流域內(nèi)作物種植結(jié)構(gòu)分布情況這一關(guān)鍵問(wèn)題，提升了SWAT模型對(duì)現(xiàn)實(shí)流域環(huán)境的重現(xiàn)能力，增強(qiáng)了模型在土地利用變化影響研究方面的潛力。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)一種基于集合模擬策略和種植結(jié)構(gòu)隨機(jī)布局驅(qū)動(dòng)SWAT模型模擬水文環(huán)境的方法，包括以下步驟：

S1、獲取研究流域內(nèi)的地形地貌、土壤水文信息，將研究流域劃分為多個(gè)子流域(subbasion)，根據(jù)研究流域內(nèi)土地利用類型、土壤類型、坡度將所述多個(gè)子流域進(jìn)一步劃分為多個(gè)水文響應(yīng)單元(HRU)；

S2、以擁有作物種植面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最小行政單元為界，將劃分的HRU與行政單元對(duì)應(yīng)，確保每個(gè)HRU都有歸屬的行政單元；