CN104156570A - 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置 - Google Patents

一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104156570A
CN104156570A CN201410354473.1A CN201410354473A CN104156570A CN 104156570 A CN104156570 A CN 104156570A CN 201410354473 A CN201410354473 A CN 201410354473A CN 104156570 A CN104156570 A CN 104156570A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil erosion
amount
runoff
river
soil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410354473.1A
Other languages
English (en)
Inventor
贺华翔
周祖昊
牛存稳
贾仰文
胡鹏
谢新民
柴福鑫
陈星宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Original Assignee
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Water Resources and Hydropower Research filed Critical China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority to CN201410354473.1A priority Critical patent/CN104156570A/zh
Publication of CN104156570A publication Critical patent/CN104156570A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供了一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置，通过对污染物含量(通用土壤流失方程)与径流过程(WEP-L)的计算，将污染物随径流入河过程用具有物理机制的编程语言描述(Fortran编程)，实现土壤侵蚀类面源污染物入河量计算结果的动态性和稳定性，剔除人为因素的过多干扰。该方法既提高了计算结果的模拟精度，又实现了稳定预测功能。

Description

一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置
技术领域
本发明属于水文学与水环境学领域，尤其涉及一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置。
背景技术
土壤侵蚀类面源污染泛指土壤颗粒中含有溶解的和固体的污染物从非特定的地点在降水(或融雪)的冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体引起水体水质恶化的现象，此类污染物主要包括有机物、氮、磷、重金属等。通常采用输出系数法或水质反演法，这些方法的不足在于：
1、土壤侵蚀类面源污染入河量通常采用输出系数法或水质反演法进行计算，需依靠针对性的实验数据方可完成，适用范围局限，不适用于流域大尺度污染入河量计算。
2、土壤侵蚀类面源污染入河量计算结果受人为因素干扰较大。
3、输出系数法是指土壤侵蚀类面源污染负荷与入河系数的乘积，入河系数依靠经验或部分实验数据确定，计算范围不宜过大。
4、水质反演法是指根据无支流汇入河段的输入、输出控制断面的污染物实测浓度，反演土壤侵蚀类面源污染物入河量，对于河段选取较严格，需剔除其他类型面源(如畜禽养殖类面源)的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置，旨在解决上述背景技术中的不足。
本发明是这样实现的，一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法，包括以下步骤：
S1、利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量；
S2、利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程；
S3、建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系；
S4、利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算；
S5、将Fortran程序运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化。
优选地，在步骤S3中，所述线性关系用函数定义为：
W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals
式中：Quota为土壤中污染物含量，USLE为土壤侵蚀量，a为入河系数；Rmonthly为月径流量；Rannals为年径流量。
本发明进一步提供了一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算装置，包括：
土壤侵蚀量计算模块，用于利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量；
径流模拟模块，用于利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程；
关系建立模块，用于建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系；
动态计算模块，用于利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算；
分布图绘制模块，用于将Fortran语言运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化；其中，
所述土壤侵蚀量计算模块、径流模拟模块、关系建立模块、动态计算模块以及分布图绘制模块依次连接。
优选地，在关系建立模块中，所述线性关系用函数定义为：
W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals
式中：Quota为土壤中污染物含量，USLE为土壤侵蚀量，a为入河系数；Rmonthly为月径流量；Rannals为年径流量。
本发明克服现有技术的不足，提供一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置，通过对污染物含量(通用土壤流失方程)与径流过程(WEP-L)的计算，将污染物随径流入河过程用具有物理机制的编程语言描述(Fortran编程)，实现土壤侵蚀类面源污染物入河量计算结果的动态性和稳定性，剔除人为因素的过多干扰。该方法既提高了计算结果的模拟精度，又实现了稳定预测功能。
附图说明
图1是本发明土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中Fortran编辑界面图；
图3是本发明实施例中又一Fortran编辑界面图；
图4是本发明实施例中地表径流过程输出结果；
图5是本发明实施例中土壤侵蚀类面源污染物入河量空间分布图；
图6是本发明土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量
在步骤S1中，通用土壤流失方程USLE(Universal Soil Loss Equation)是用于定量预报土地坡面多年平均年土壤流失量的一个经验性土壤侵蚀预报模型,其数学表达式是一系列变量相乘的方程形式。计算公式为：
USLE＝K×C×L×S×P
式中：USLE为土壤侵蚀量，K为土壤类型，C为作物管理因子，L为坡长，S为坡度，P为水土保持措施因子。
S2、利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程
在步骤S2中，流域分布式水文模型WEP-L是在综合了分布式水文模型和陆面过程模型各自优点的基础上开发的,模拟对象为天然-人工二元水循环系统。该模型采用“子流域内等高带”为计算单元,并用马赛克法考虑计算单元内土地植被的多样性,避免了采用过粗网格单元产生的模拟失真问题。针对各水循环要素过程时间尺度不同的特点,计算时采用了1h至1d的变时间步长,既合理表述了水循环动力学机制又提高了计算效率。主要输入信息包括：河网水系、降水等气象要素、下垫面要素信息、社会经济信息等。
S3、建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系
在步骤S3中，其中，土壤侵蚀量-径流过程的线性关系用函数定义为：
W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals
式中：Quota为土壤中污染物含量，USLE为土壤侵蚀量，a为入河系数；Rmonthly为月径流量；Rannals为年径流量。
S4、利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算
在步骤S4中，上述方程(指W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals)中，变量USLE是土壤流失方程的输出结果，变量Rmonthly和Rannals是WEP-L模型的输出结果，利用Fortran语言编写求解W的过程，即为S4。
S5、将Fortran程序运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化
在步骤S5中，利用GIS工具生成河网水系，利用河道拓扑关系进行计算单元编码，输入河道基本属性。按照与生成河段基本信息对应的Fortran运行结果(如：计算单元编码2134的土壤侵蚀量、土壤侵蚀污染物入河量)输入到GIS基本信息列表后作图。生成具有空间分布特征的河道水系图。
在本发明的实际应用过程中，包括以下具体步骤：
1、进入Fortran编辑界面，利用“土壤侵蚀量＝降雨侵蚀量×坡长×坡度×土壤可侵蚀因子×植被覆盖与管理因子×土壤保持措施因子×计算单元面积”编写土壤侵蚀量计算代码。利用“土壤侵蚀类面源污染物入河量＝土壤中污染物含量×土壤侵蚀量×入河系数×月径流量/年径流量”编写土壤侵蚀类面源污染物入河量计算代码，见图2和图3。
2、利用WEP-L模型输出计算单元地表径流过程，见图4。
3、将地表径流输出结果，作为Fortran程序的输入信息。
4、利用GIS软件完成计算单元的土壤侵蚀类面源污染物入河量赋值，并绘制土壤侵蚀类面源污染物入河量空间分布图，如图5。
一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算装置，如图6所示，包括：
土壤侵蚀量计算模块1，用于利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量；
径流模拟模块2，用于利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程；
关系建立模块3，用于建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系；
动态计算模块4，用于利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算；
分布图绘制模块5，用于将Fortran语言运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化；其中，
所述土壤侵蚀量计算模块1、径流模拟模块2、关系建立模块3、动态计算模块4以及分布图绘制模块5依次连接。
本发明的计算装置与上述实施例中的计算方法相对应，以上述方法中记载内容同样解释本实施例装置，在此不再赘述。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
1、适用于大流域尺度计算；
2、计算结果空间分布特征明显，直观易懂；
3、对实现土壤侵蚀面源污染物入河量的预测具有可行性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量；
S2、利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程；
S3、建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系；
S4、利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算；
S5、将Fortran程序运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化。
2.如权利要求1所述的土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法，其特征在于，在步骤S3中，所述线性关系用函数定义为：
W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals
式中：Quota为土壤中污染物含量，USLE为土壤侵蚀量，a为入河系数；Rmonthly为月径流量；Rannals为年径流量。
3.一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算装置，其特征在于，包括：
土壤侵蚀量计算模块，用于利用通用土壤流失方程计算土壤侵蚀量；
径流模拟模块，用于利用WEP-L模拟地表径流过程，包含月径流过程和年径流过程；
关系建立模块，用于建立空间尺度下土壤侵蚀量-径流过程的线性关系；
动态计算模块，用于利用Fortran语言进行编程，耦合土壤流失方程和WEP-L模型，对土壤侵蚀类面源污染物入河量进行动态计算；
分布图绘制模块，用于将Fortran语言运行结果导入GIS工具中，完成土壤侵蚀类面源污染物入河量的空间可视化；其中，
所述土壤侵蚀量计算模块、径流模拟模块、关系建立模块、动态计算模块以及分布图绘制模块依次连接。
4.如权利要求3所述的土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算装置，其特征在于，在关系建立模块中，所述线性关系用函数定义为：
W＝Quota×USLE×a×Rmonthly/Rannals
式中：Quota为土壤中污染物含量，USLE为土壤侵蚀量，a为入河系数；Rmonthly为月径流量；Rannals为年径流量。
CN201410354473.1A 2014-07-23 2014-07-23 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置 Pending CN104156570A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410354473.1A CN104156570A (zh) 2014-07-23 2014-07-23 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410354473.1A CN104156570A (zh) 2014-07-23 2014-07-23 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104156570A true CN104156570A (zh) 2014-11-19

Family

ID=51882068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410354473.1A Pending CN104156570A (zh) 2014-07-23 2014-07-23 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104156570A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107526880A (zh) * 2017-08-03 2017-12-29 中国科学院南京地理与湖泊研究所 一种基于河流水质观测推算上游入河污染通量的方法
CN109682952A (zh) * 2019-02-21 2019-04-26 生态环境部南京环境科学研究所 面源污染测定系统
CN110879286A (zh) * 2019-11-26 2020-03-13 暨南大学 一种土壤重金属浓度随时间变化的估算方法
CN111310327A (zh) * 2020-02-10 2020-06-19 科盛环保科技股份有限公司 一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法
CN112215504A (zh) * 2020-10-19 2021-01-12 生态环境部华南环境科学研究所 一种闸控重污染小流域污染物通量观测方法
CN113139354A (zh) * 2021-05-12 2021-07-20 中国水利水电科学研究院 一种大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109471A (zh) * 2010-11-30 2011-06-29 浙江大学 农作物冠层覆盖度与土壤面源污染物输出强度关系的定量评估方法
CN102567635A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 中国水利水电科学研究院 一种定量区分水循环演变过程中不同因素贡献的方法
CN102867120A (zh) * 2012-09-05 2013-01-09 环境保护部卫星环境应用中心 一种基于遥感像元的非点源污染计算方法
CN103218485A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 郑州大学 一种gis技术支持下的小流域环境容量计算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109471A (zh) * 2010-11-30 2011-06-29 浙江大学 农作物冠层覆盖度与土壤面源污染物输出强度关系的定量评估方法
CN102567635A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 中国水利水电科学研究院 一种定量区分水循环演变过程中不同因素贡献的方法
CN102867120A (zh) * 2012-09-05 2013-01-09 环境保护部卫星环境应用中心 一种基于遥感像元的非点源污染计算方法
CN103218485A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 郑州大学 一种gis技术支持下的小流域环境容量计算方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HE HUAXIANG等: "The Spatial Distribution Law of Non-point Pollution by Livestock and Its Application in Songhua River", 《PROCEDIA ENVIRONMENTAL SCIENCES》 *
刘海涛: "基于WebGIS的土壤侵蚀模型的研究及应用", 《水土保持学报》 *
贺华翔等: "基于二元水循环的流域分布式水质模型构建与应用", 《水利学报》 *
黄诗峰等: "基于GIS的流域土壤侵蚀量估算指标模型方法", 《水土保持学报》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107526880A (zh) * 2017-08-03 2017-12-29 中国科学院南京地理与湖泊研究所 一种基于河流水质观测推算上游入河污染通量的方法
CN107526880B (zh) * 2017-08-03 2021-02-23 中国科学院南京地理与湖泊研究所 一种基于河流水质观测推算上游入河污染通量的方法
CN109682952A (zh) * 2019-02-21 2019-04-26 生态环境部南京环境科学研究所 面源污染测定系统
CN110879286A (zh) * 2019-11-26 2020-03-13 暨南大学 一种土壤重金属浓度随时间变化的估算方法
CN111310327A (zh) * 2020-02-10 2020-06-19 科盛环保科技股份有限公司 一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法
CN112215504A (zh) * 2020-10-19 2021-01-12 生态环境部华南环境科学研究所 一种闸控重污染小流域污染物通量观测方法
CN112215504B (zh) * 2020-10-19 2023-06-16 生态环境部华南环境科学研究所 一种闸控重污染小流域污染物通量观测方法
CN113139354A (zh) * 2021-05-12 2021-07-20 中国水利水电科学研究院 一种大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法
CN113139354B (zh) * 2021-05-12 2021-12-07 中国水利水电科学研究院 一种大流域尺度水氮迁移耦合模拟方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Johnston et al. Water resource models in the Mekong Basin: a review
CN104156570A (zh) 一种土壤侵蚀类面源污染物入河量的计算方法及装置
Wijesekara et al. A comprehensive land-use/hydrological modeling system for scenario simulations in the Elbow River watershed, Alberta, Canada
Wen et al. From hydrodynamic to hydrological modelling: Investigating long-term hydrological regimes of key wetlands in the Macquarie Marshes, a semi-arid lowland floodplain in Australia
Schütze et al. Integrated modelling of a megacity water system–The application of a transdisciplinary approach to the Lima metropolitan area
Gassman et al. IJABE SWAT Special Issue: Innovative modeling solutions for water resource problems
Volk et al. SWAT: Agricultural water and nonpoint source pollution management at a watershed scale
CN104143048B (zh) 一种农田面源污染物入河量的计算方法及装置
Mitter et al. The participation of agricultural stakeholders in assessing regional vulnerability of cropland to soil water erosion in Austria
Hybel et al. Selection of spatial scale for assessing impacts of groundwater-based water supply on freshwater resources
Joseph et al. Assessment of environmental flow requirements using a coupled surface water-groundwater model and a flow health tool: A case study of Son river in the Ganga basin
Momblanch et al. Improved modelling of the freshwater provisioning ecosystem service in water scarce river basins
Szépszó et al. Impact of climate change on hydrological conditions of Rhine and Upper Danube rivers based on the results of regional climate and hydrological models
Martínez-Paz et al. Appraisal of the water footprint of irrigated agriculture in a semi-arid area: The Segura River Basin
Yasarer et al. Characterizing ponds in a watershed simulation and evaluating their influence on streamflow in a Mississippi watershed
Sinha et al. Impact of urbanization on surface runoff characteristics at catchment scale
Xu et al. Remote Sensing and Hydrologic-Hydrodynamic Modeling Integrated Approach for Rainfall-Runoff Simulation in Farm Dam Dominated Basin
Pacheco-Guerrero et al. Flooding in ephemeral streams: incorporating transmission losses
CN102880753B (zh) 基于分形维数的土地利用空间特征尺度转换方法
Turner et al. A water accounting system for strategic water management
Karamouz et al. Dynamics of water allocation: Tradeoffs between allocator’s and farmers’ benefits of irrigation practices
CN103870699A (zh) 基于双层异步迭代策略的水动力学洪水演进模拟方法
Bhagwat et al. Development of HydroClimatic Conceptual Streamflow (HCCS) model for tropical river basin
Aredo et al. Numerical groundwater modelling under changing water abstraction in Weyib watershed, Ethiopia
Kim et al. Impact assessment of climate change on the near and the far future streamflow in the Bocheongcheon Basin of Geumgang river, South Korea

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20141119

RJ01 Rejection of invention patent application after publication