CN106446281B - 一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法，包括基于影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异并结合所述二级分区图层进行三级分区划分，以生成三级分区图层；根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合；根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图。解决了现有技术中集水区陆地特征与水生态系统特征的空间匹配问题，从而实现了通过管理陆地空间结构保护水生态系统的有益效果。

Description

一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法
技术领域
本发明涉及计算机图形图像处理领域，尤其涉及对于流域水生态功能相关数据的处理方法，特别涉及一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法。
背景技术
流域水生态系统的特征由自然因素和人文因素共同作用而形成，其中人类活动的影响深远而强烈。对流域水生态系统形成的自然与人文基础条件进行分析，是开展流域水生态功能分区以及流域水生态环境综合管理的基础。社会经济的发展和人口的急剧增加，给区域水资源造成了巨大的压力，区域水资源供需矛盾加剧，河流水体质量恶化，造成区域一定程度的水质型缺水。水功能区划是通过对水资源和水生态环境现状的分析，根据国民经济发展规划与江河流域综合规划的要求，将江河湖库划分为不同使用目的的水功能区，并提出保护水功能区的水质目标。水功能区划采用两级体系，即一级区划和二级区划。一级功能区分4类，即保护区、保留区、开发利用区和缓冲区；二级功能区划是在一级功能区中的开发利用区进行，分7类，包括饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区。
虽然目前已有大量有关流域的研究，但很少从社会、经济、生态各个层面全面、统筹地进行综合分析，对于流域水环境基准技术的制定也少有探索，流域水生态功能与水环境质量的分区、分类管理与保护不足。因此，需要引入国内外先进的水生态管理技术和最新的水生态研究科技成果，在充分认识流域水生态系统特征空间分异的基础上，通过水生态功能分区，为流域水生态功能保护、水环境治理及流域管理提供科技支撑，并将其经验用于指导和推动其它类似地区的水生态保护工作。
鉴于此，作为本申请引证文献的专利号为ZL201510500790.4的发明专利就公开了一种基于水生态功能的流域分区方法，其中针对如何进行一级分区和二级分区提出了新的方案。虽然该专利解决了无法体现陆地对水体的生态服务功能差异的技术问题，但是由于其仅仅涉及影响流域水量和水质两个陆域因素，因此最终得到的流域水生态功能分区图并尽不完善。虽然通过影响水量的陆域因素进行一级分区，并通过影响水质的陆域因素进行二级分区，能够为流域水生态功能保护、水环境治理及流域管理提供科技支撑，但是其精准度、可靠性方面存在明显不足。
发明内容
为了解决前述的流域水生态功能分区技术中存在的不够精确和可靠的技术问题，本发明提出了一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法，包括基于影响所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异对所述流域进行一级分区划分和二级分区划分以生成二级分区图层，所述方法还包括：基于影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异并结合所述二级分区图层进行三级分区划分，以生成三级分区图层；根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合；根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图。
优选地，所述影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素至少包括基本土地利用类型。
优选地，采用图层叠置法生成所述三级分区图层，具体包括：将所述流域的基本水系结构分区图层与所述流域的基本地貌背景分区图层进行叠加，所述流域的基本地貌背景分区图层中包括所述流域的平原背景区和所述流域的山地背景区；进一步叠加所述流域的基本土地利用图层，以在所述流域的平原背景区内部划分土地利用边界；叠加所述二级分区图层，划分出三级分区边界；定性分析三级分区初步边界与各类陆域水生态功能评估结果格局的匹配性，以确定三级分区最终边界，从而形成所述三级分区图层。
优选地，所述根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合具体包括：基于所述流域的单独水体因素对所述流域的基本河段单元进行初步河段类型划分，所述单独水体因素至少包括水体类型因子、温度因子、盐度因子、流速因子、汇流尺度因子；基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合。
优选地，所述基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合具体包括：按所属类型将所述初步河段单元分为河道大组和湖库沼泽大组；基于温度、盐度、流速和汇流尺度指标对属于河道大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S11、S12、……、S1n，其中n为大于2的整数；基于温度指标对属于湖库沼泽大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S21、S22、……、S2m，其中m为大于2的整数；将这两次类型划分所得到的所有河段类型子集进行合并得到所述河段主类型集合。
优选地，所述根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图具体包括：在所述三级分区图层中的每一个三级分区内，基于所述河段主类型集合将所有主类型相同的河段单元的对应汇水单元进行合并，形成一个独立的四级分区，从而生成具有四级分区的流域水生态功能分区图。
优选地，同一个四级分区中允许存在多个空间上不相邻的斑块，只要这些斑块属于同一河段主类型即可。
优选地，所述方法还包括针对三级分区与四级分区进行不同的合理性校验步骤。
优选地，针对三级分区的合理性校验步骤包括：基于藻类的分区结果合理性验证，基于鱼类的分区结果合理性验证；如果流域浮游藻类群落结构特征及样点空间分异特征能够反映三级分区的基本河段类型、并且鱼类物种群落结构特征及样点空间分异特征也能够反映三级分区的基本河段类型，则校验结果为具有合理性。
优选地，四级分区的合理性校验步骤具体包括：对所述流域进行数据采样；利用所述流域的采样数据进行基于单因子的特征物种定量筛选；如果可以筛选出满足给定条件的特征物种，则判定为验证通过，即基于特定单因子的河段分类具有合理性；如果所有单因子的河段分类都具有合理性，则基于这些单因子分类进行排列组合而获得的河段分类也判定为具有合理性。
本发明提出的一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法，通过在二级分区基础上进一步引入对影响流域水量和水质的调节因素从而实现三级分区，使得在流域分区时引入影响流域水生态环境的全部主要陆域因素，尤其是引入基本土地利用因素，特别是将人类活动所产生的影响考虑进来，使得基于陆域影响因子的分区划分更为精确。
本申请还通过引入影响所述流域水生生物生态环境的水体因素进行河段主类型划分，进一步对三级分区进行调整，所生成的四级分区更加完善可靠，能够为当前流域管理领域所关注的防灾减灾、资源分配和污染防治等提供更为有利的技术支撑。
通过本发明所提出的技术方案，解决了现有技术中集水区陆地特征与水生态系统特征的空间匹配问题，从而实现了通过管理陆地空间结构保护水生态系统的有益效果。
附图说明
图1示出了根据本发明优选实施例的一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法的总体流程图。
图2示出了本发明中关于采用图层迭置法生成所述三级分区图层的具体流程。
图3示出了本发明中关于基于初步河段类型采用树状层次分类方式构建河段主类型集合的具体流程。
图4示出本发明中关于三级分区的合理性校验方法的具体流程。
图5示出本发明中关于四级分区的合理性校验方法的具体流程。
具体实施方式
下文将结合本发明的附图一起提供对本发明优选实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。
图1示出了根据本发明优选实施例的一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法的流程图。如图1所示，本发明提出的分区方法包括四级分区。其中，一级分区揭示影响水生态系统水量的流域主要自然因素的区域分异，二级分区揭示影响水生态系统水质的流域主要自然因素的区域分异，三级分区揭示影响调节水生态系统水量、水质主要流域要素的区域分异，四级分区揭示影响水生生物生境的主要河段要素的区域分异。由此，本发明的实施例包括对流域进行四级分区。流域水生态功能分区的4个层级，均各有其定位：一级分区定位于反映流域生态系统宏观自然背景格局；二级分区定位于反映一级区下流域生态系统宏观自然背景亚格局；三级分区定位于反映二级区下河流综合特征及陆域的主体水生态功能定位；四级分区定位于反映河段类型特征及水体的主体水生态功能定位。
其中一级分区和二级分区是基于影响所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异对所述流域进行一级分区划分和二级分区划分，并由此生成二级分区图层。更具体地包括：基于影响所述流域水生态系统水量的陆域因素的区域分异对所述流域进行一级分区划分，并生成一级分区图层；在所述一级分区图层的基础上，基于影响所述流域水生态系统水质的陆域因素的区域分异对所述流域进行二级分区划分，并生成二级分区图层。通过以上描述可以看到，在通过利用影响流域水生态系统的水量和水质的陆域因素进行一级和二级分区能够基本形成流域的水生态功能分区，其能够为流域水生态安全中的水量保障管理提供技术支撑，并且为流域水生态安全中的水质背景值管理提供技术支撑。
进一步地，本发明中为了能够更为精确地完善流域水生态功能分区，进一步引入了影响调节水生态系统水量和水质的陆域因素，由此完善了对流域产生影响的主要陆域影响因素，从而进一步明确陆域水生态功能管理规划和措施。本发明中在二级分区基础上进一步进行三级分区划分，所述三级分区划分具体包括：基于影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异并结合所述二级分区图层进行三级分区划分，以生成三级分区图层；并且通过将对流域水生态功能三级分区的空间尺度与数量作出具体限定，来保持分区层级的连续性和完整性，并保证同一层级的分区面积和分区数目达到相对平衡。其中，所述具体限定包括：1）限定分区的面积不小于预定面积，所述预定面积根据流域内主要河流的流域面积确定，例如，对于某一特定流域而言，其流域水生态功能一级区的面积范围在10000km2以上，实际分区面积范围10150～14080km2；二级区的面积范围在1000km2以上，实际分区面积范围1660～5800km2；依此递推，将三级区的面积范围限定为100km2以上，符合该级别面积尺度；2）限定同一个二级区下的三级区个数不大于预定数量，例如9个，其中，如果该二级分区内影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异在预定阈值以上则进行限定数量范围内的三级分区，例如如果同一个二级区内出现过多细碎斑块，导致潜在可划分的三级区数目超过9个，则认为分区过于细碎，从而将其合并至9个以内；如果该二级分区内影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异均在预定阈值以下则直接使用该二级区作为三级区，这时同一个二级区下的三级分区个数为1个。其中，将同一个二级区下的三级区个数限定在9个以内，也是为了尽量缩短分区编码长度。此外，为保证一级、二级、三级分区的层次性和延续性，三级分区边界将不会跨越二级区边界。
本发明的三级分区以保持陆域的水生态功能特征相对一致性为原则，以保持陆域人类活动影响方式相对一致性为原则。因此在对二级区陆域自然背景格局加以进一步细分的同时，加入对陆域人类活动影响格局的考虑，以进一步体现符合流域水生态管理实际需求的陆域综合背景格局特征。在能够反映陆域人类活动影响方式的各种可能的备选指标当中，与土地利用类型相关的指标是在目前技术条件下相对容易获取且直观性较强的一类指标。此外，土地利用类型也在一定程度上反映了陆域自然背景特征，例如，与山地对应的主导土地利用类型往往是林地，与平原宽谷对应的主导土地利用类型往往是农耕用地和建设用地。因此，本发明在三级分区中加入对陆域人类活动影响的考虑，使用与土地利用类型相关的指标。换句话说，保持陆域人类活动影响方式相对一致性，就是保持主导土地利用类型相对一致性。
本发明结合陆域自然背景特征、陆域人类活动影响方式等因子来构建三级分区指标体系，并将水系结构、水体生态特征、水（环境）功能区、自然保护区、行政区等因素考虑进分区过程中。具体到每一方面因子，将选取坡度以反映陆域自然背景特征的区域分异；选取基本土地利用类型以反映陆域人类活动影响方式的区域分异；选取基本水系结构以反映水流关系的区域差异；选取基本河段（组合）类型以反映水体生态特征的区域分异，这些因子都是影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素。
采用图层叠置法以确定三级分区初步边界，然后经对比陆域水生态功能评估结果格局和开展专家商讨以确定最终边界，从而生成所述三级分区图层。分区是一种建立在客观分析基础上的主观活动，完全依赖技术手段的划分往往达不到分区目的，而完全依赖主观认识的划分则往往缺乏说服力。流域水生态功能三级分区具有明显的综合性和复杂性，单纯依靠定量方法或单纯依靠定性手段都难以实现，故宜采用二者结合，先定量、后定性的划分方法。就基本划分方法的过程而言，分区可分为“自上而下”的分割法和“自下而上”的合并法。流域水生态功能三级分区具有明显的过渡性，宜采用二者结合的方法。确定三级分区边界所涉及的基本图层有：二级水生态功能分区图层、基本水系结构分区图层、基本地貌分区图层、土地利用分区图层（仅涉及平原宽谷背景区）、特色水生态类型区图层（仅涉及部分水生态特征鲜明的河段类型所对应的区域）；涉及的辅助图层有：县级行政区划图层、最小集水单元图层等。图2示出了本发明中关于采用图层迭置法生成所述三级分区图层的具体流程。确定三级分区边界的基本流程如下：
第一步，将所述流域的基本水系结构分区图层与所述流域的基本地貌背景分区图层进行叠加。其中基本地貌背景边界将流域划分为平原背景区和山地背景区。
第二步，叠加所述流域的基本土地利用图层，以在所述流域的平原背景区内部划分土地利用边界。土地利用边界将平原背景区划分为城市主导区、城乡混合区、农田主导区、农林混合区、森林主导区等类型区。
第三步，可选地，叠加特色水生态类型区图层，划分出特色水生态类型区。从确定的例如9种基本河段（组合）类型中，除去与前两步所用图层有明显边界重叠的类型，重点提取出4种类型区：大型水库库区、大型淡水湿地流域、河口三角洲网河区和城市周边库塘山溪区。
第四步，叠加二级分区边界图层，划分出三级分区初步边界。
第五步，定性分析三级分区初步边界与各类陆域水生态功能评估结果格局的匹配性，以确定三级分区最终边界，从而形成所述三级分区图层。本发明除引入对流域水生态系统产生影响的主要陆域影响因素进行三级分区之外，还引入影响所述流域水生生物生态环境的水体因素进行四级分区划分。所述四级分区划分具体包括：根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合；根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图。通过四级分区可辨识河段水体生态类型，揭示不同河段水体生态类型的生态功能特征，明确河段管理目标。为了进一步提高了精细性、可实现性和管理适用性，对流域水生态功能四级分区的空间尺度与数量作如下原则性限定：1）限定最小河段划分长度不短于预定长度，所述预定长度根据行政区域因素确定。例如某流域，行政村相互之间的距离一般大于2km，而镇与镇之间的距离一般大于5km，将最小河段划分长度界定在1km，即可满足技术需要和管理需求。2）参与分区计算的河段其汇水面积不小于预定面积。在进行河段划分前，必须有一个界定河段起始位置的标准，因为河流（尤其在山区）是个分形系统，随汇水面积缩小，河段数量呈指数增长，不可能也没必要将所有细小源头段包括进来。本发明按汇水面积标准来界定河段起始位置。经抽样统计，例如某流域，当河段汇水面积在约20km2尺度时，平均河道水面宽度约为5m，基本属于源头型浅水河溪，河段分类无需再往源头上溯。
在流域水生态功能4个层级分区体系中，四级分区既是唯一面向河段水体进行划分的层级，也是直接面向水体管理目标制定的层级，还是最细的末端层级。一级至三级分区均是对陆域进行划分，选取的是具有水生态关联的陆地性分区指标，即面状指标；而四级分区是对河段进行划分，将直接选取河道性分区指标，即线状和点状指标。四级分区直接面向河段管理目标制定，将着重考虑河段生态类型特征及水体的主体水生态功能。四级分区采用“自下而上”的分区策略，它既是空间分区，也是河段分类，更多地偏向于分类。四级分区的划分尺度比三级分区更小，区内河段水体类型生态特征将更趋于近似。四级分区在考虑河段本身及其周边影响的同时，还将考虑与三级分区所反映的陆域综合背景格局特征进行衔接。
本发明结合水体类型、温度、盐度、流速、汇流尺度等主导因子来构建四级分区指标体系，并将压力、河道弯曲度、水（环境）功能区、自然保护区、行政区划等因素考虑进分区划分过程中。具体而言，选取水体类型指标来反映不同河段之间在水体类型特征上的差异，选取越冬条件指标来反映不同河段之间在温度特征上的差异；选取盐度类型指标来反映不同河段之间在盐度特征上的差异；选取河道比降指标来反映不同河段之间在流速特征上的差异；选取河段汇流面积指标来反映不同河段之间在汇流尺度特征上的差异。其他方面的指标主要用于辅助河段分类，以及参与三级、四级分区之间的衔接，还有与现有各类区划进行衔接等用途。
河段是进行水生态功能四级分区的基本分析和归类单元，在进行四级分区之前，首先需要进行基本河段单元划分。基本河段单元既可用线状的河段表示，也可用面状的与其对应的汇水单元表示，还可用与河段对应的点（例如河段中点）来表示，这三种表示形式在本发明中均代表基本河段单元。基本河段单元及其对应汇水单元的划分过程如下：1）通过水文分析，提取汇水面积大预定面积（例如20km2）的河段。2）进行河道特征转折点（如河道宽度突变点、陆域土地利用类型变化点等）识别，并利用河道特征转折点进一步分割河段，使分割出的河段在生态特征上尽量接近内部均质性。3）利用三级分区边界对河段进行进一步切割，使河段划分结果能与三级分区相衔接。4）利用ArcToolbox工具箱中的Watershed工具初步划分各河段的对应汇水单元。5）对细小河段进行删除或合并处理，并调整对应的汇水单元边界，其中删除处理包括删除汇水面积大于所述预定面积（例如20km2）但河长小于预定长度（例如1km）的源头型细小河段，并将其相应汇水区并入更高级别河段汇水区；所述合并处理包括将河长小于预定长度（例如1km）且出、入口均无支流汇入的河段并入相邻的上游或下游河长相对较长的河段中。另外还包括以下处理，即自动调整交汇口位置消除不在源头的河长过短的河段，但是当调整后交汇点位置严重偏离实际时（例如偏离200m以上）则仍保留这类过短河段。经过以上步骤，最终获得用于四级分区的基本河段单元。
本发明的四级分区过程中根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合，具体包括：基于所述流域的单独水体因素对所述流域的基本河段单元进行初步河段类型划分，所述单独水体因素至少包括水体类型因子、温度因子、盐度因子、流速因子、汇流尺度因子；基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合。其中，基于水体类型因子划分出湖库沼泽、河道共2个大组。将流域内的大水库以及湿地直接界定为湖库沼泽大组，其他类型水体归入河道大组。基于温度因子划分出冬温型、冬暖型共2种河段类型。按河道平均冬季背景气温进行排序，以12℃为界，当河道平均冬季背景气温小于等于该值时界定为冬温型河段，否则界定为冬暖型河段。选择12℃作为冬温型河段与冬暖型河段的分界，是结合水生态功能一级分区界线、典型热带鱼类越冬界线等信息加以综合判定的结果。基于盐度因子划分出淡水型、淡咸水型共2种河段类型。基于流速因子划分出急流型、缓流型共2种河段类型。按河道比降进行排序，以5°为界，当河道比降大于该值时界定为急流型河段，否则界定为缓流型河段。选择5°作为急流型河段与缓流型河段的分界，是结合山地与平原分界、实测比降等信息加以综合判定的结果。基于汇流尺度因子划分出河溪型、中小河型、大河型共3种河段类型。按河段汇流面积进行排序，分别以50km2、1000km2为界，当汇流面积小于等于50km2时界定为河溪，该值大于1000km2时界定为大河，而该值介于二者之间时界定为中小河。此外，从压力角度将流域河段分为轻压力、中压力、重压力共3种类型；从河道弯曲的角度将流域河段分为低弯曲、中弯曲和高弯曲共3种类型；按水（环境）功能区类型，将流域河段分为保护区、保留区、缓冲区、开发利用区、未确定区共5个类型；按自然保护区类型，将流域河段分为流经自然保护区、未流经自然保护区共2个类型。其中，在划分压力类型时，按综合土地利用压力进行排序，分别以0.1、0.5为界，当综合土地利用压力小于等于0.1时界定为轻压力，介于0.1-0.5时为中压力，大于0.5时为重压力。压力指标分界的确定，是参考土地利用压力指标取值分布与主导土地利用类型对应情况而加以综合判定的结果。
图3示出了本发明中关于基于初步河段类型采用树状层次分类方式构建河段主类型集合的具体流程。本发明中基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合具体包括：按所属类型将所述初步河段单元分为河道大组和湖库沼泽大组。基于温度、盐度、流速和汇流尺度指标对属于河道大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S11、S12、……、S1n，其中n为大于2的整数；基于温度指标对属于湖库沼泽大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S21、S22、……、S2m，其中m为大于2的整数；将这两次类型划分所得到的所有河段类型子集进行合并得到所述河段主类型集合。所述根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图具体包括：在所述三级分区图层中的每一个三级分区内，基于所述河段主类型集合将所有主类型相同的河段单元的对应汇水单元进行合并，形成一个独立的四级分区，从而生成具有四级分区的流域水生态功能分区图。其中，同一个四级分区中允许存在多个空间上不相邻的斑块，只要这些斑块属于同一河段主类型即可。
本发明还包括三级分区和四级分区的合理性校验步骤，图4示出本发明中关于三级分区的合理性校验方法的具体流程。其中三级分区的合理性校验步骤包括：1）基于藻类的分区结果合理性验证，具体为：选取对流域水生态系统区域差异特征有一定敏感性的浮游藻类特征作为校验指标，对三级分区的结果进行校验。具体校验过程中选取实际采样所得到的确定数量的样点浮游藻类物种数据，浮游藻类物种数据表示为各样点各属的相对细胞密度。借助于TWINSPAN分类方法和DCA排序的方法，对流域浮游藻类物种进行分类，基于物种相似性特征再对样点进行分类，并将样点组的生境特征与三级区基本河段类型进行对比分析，以此作为三级分区结果校验的依据。2）基于鱼类的分区结果合理性验证，具体为：选取对流域水生态系统区域差异特征较为敏感的鱼类特征作为校验指标，对三级分区结果进行校验。具体校验过程中选取实际采样所得到的确定数量的样点鱼类物种的组合特征作为校验三级分区的结果进行校验，鱼类物种组合是利用二值数据表示每种鱼在每个样点是否被发现来表示。研究中借助DCA排序方法，分析流域鱼类物种空间分异特征以及进行样点分类，并将样点组空间分布与九类基本河段类型分布进行对比分析，以此作为三级分区结果校验的依据。如果流域浮游藻类群落结构特征及样点空间分异特征能够反映三级分区的基本河段类型、并且鱼类物种群落结构特征及样点空间分异特征也能够反映三级分区的基本河段类型，则校验结果为具有合理性。由于在三级分区合理性校验中同时将藻类特征和鱼类特征作为校验指标，并且基于藻类特征和鱼类特征的差异分别使用不同的分类和排序方法，使得校验结果更趋完善和准确。
图5示出本发明中关于四级分区的合理性校验方法的具体流程。四级分区的合理性校验步骤具体包括：对所述流域进行数据采样；利用所述流域的采样数据进行基于单因子的特征物种定量筛选；如果可以筛选出满足给定条件的特征物种，则判定为验证通过，即基于特定单因子的河段分类具有合理性；如果所有单因子的河段分类都具有合理性，则基于这些单因子分类进行排列组合而获得的河段分类也判定为具有合理性。其中，所述给定条件包括：特征物种属于在采样数据中出现概率≥5%的物种分类单元，并且特征物种的归一化出现概率≥1.2倍平均出现概率。其中，第一个条件用于降低偶见种及随机因素的干扰，第二个条件用于辅助判别物种的单因子生境偏好。本发明通过针对三级和四级分区的特点进行差异性校验，使得校验结果更合理、更有利于准确判断各级分区的合理性。
本发明提出的一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法通过水陆一体化分区原则：建立水陆特征关系、建立水体与陆地集水区对应关系；以水定陆，以陆管水。解决了现有技术中分区不精确，使用不可靠的技术问题。为流域水生态功能保护、水环境治理及流域管理提供科技支撑，并将其经验用于指导和推动其它类似地区的水生态保护工作，从而实现了对于流域水生态功能根据差异进行针对性的分区保护的有益效果；并且解决了现有技术中集水区陆地特征与水生态系统特征的空间匹配问题，从而实现了通过管理陆地空间结构保护水生态系统的有益效果。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种结合陆域因素和水体因素进行流域四级分区的方法，包括基于影响所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异对所述流域进行一级分区划分和二级分区划分以生成二级分区图层，其特征在于，所述方法还包括：
基于影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素的区域分异并结合所述二级分区图层进行三级分区划分，以生成三级分区图层；
根据影响所述流域水生生物生态环境的水体因素的区域分异对所述流域进行河段主类型划分，并生成河段主类型集合，具体包括：基于所述流域的单独水体因素对所述流域的基本河段单元进行初步河段类型划分，所述单独水体因素至少包括水体类型因子、温度因子、盐度因子、流速因子、汇流尺度因子；基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合；
根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述影响调节所述流域水生态系统的水量和水质的陆域因素至少包括基本土地利用类型。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用图层叠置法生成所述三级分区图层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用图层迭置法生成所述三级分区图层包括：
将所述流域的基本水系结构分区图层与所述流域的基本地貌背景分区图层进行叠加，所述流域的基本地貌背景分区图层中包括所述流域的平原背景区和所述流域的山地背景区；
进一步叠加所述流域的基本土地利用图层，以在所述流域的平原背景区内部划分土地利用边界；
叠加所述二级分区图层，划分出三级分区边界；
定性分析三级分区初步边界与各类陆域水生态功能评估结果格局的匹配性，以确定三级分区最终边界，从而形成所述三级分区图层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述初步河段类型采用树状层次分类方式构建所述河段主类型集合具体包括：按所属类型将所述初步河段单元分为河道大组和湖库沼泽大组。
基于温度、盐度、流速和汇流尺度指标对属于河道大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S11、S12、……、S1n，其中n为大于2的整数；
基于温度指标对属于湖库沼泽大组的初步河段单元进行类型划分，并生成具有不同类型的多个河段类型子集S21、S22、……、S2m，其中m为大于2的整数；
将这两次类型划分所得到的所有河段类型子集进行合并得到所述河段主类型集合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三级分区图层和所述河段主类型集合生成所述流域的水生态功能分区图具体包括：
在所述三级分区图层中的每一个三级分区内，基于所述河段主类型集合将所有主类型相同的河段单元的对应汇水单元进行合并，形成一个独立的四级分区，从而生成具有四级分区的流域水生态功能分区图。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，同一个四级分区中允许存在多个空间上不相邻的斑块，只要这些斑块属于同一河段主类型即可。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括针对三级分区与四级分区进行不同的合理性校验步骤。
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