CN112528516B - 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法 - Google Patents

一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112528516B
CN112528516B CN202011543929.0A CN202011543929A CN112528516B CN 112528516 B CN112528516 B CN 112528516B CN 202011543929 A CN202011543929 A CN 202011543929A CN 112528516 B CN112528516 B CN 112528516B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrologic
future
model
land use
watershed
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.)
Active
Application number
CN202011543929.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112528516A (zh
Inventor
帅建英
樊敏
刘云峰
杜奇林
谌书
肖宇婷
赵丽
刘静
陈雯
王莹
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.)
Chengdu Tuojiang River Basin Investment Development Group Co ltd
Southwest University of Science and Technology
Original Assignee
Chengdu Tuojiang River Basin Investment Development Group Co ltd
Southwest University of Science and Technology
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 Chengdu Tuojiang River Basin Investment Development Group Co ltd, Southwest University of Science and Technology filed Critical Chengdu Tuojiang River Basin Investment Development Group Co ltd
Priority to CN202011543929.0A priority Critical patent/CN112528516B/zh
Publication of CN112528516A publication Critical patent/CN112528516A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112528516B publication Critical patent/CN112528516B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/08—Probabilistic or stochastic CAD
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供了一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，该方法基于土地利用预测模型、全球气候预测模型、流域水文模型、系统保护规划模型和空间分析技术，以流域为研究区，以水循环和营养物质循环为研究对象，选择总产水量、水土保持和水质净化，构建流域水文生态系统服务空间保护区，使得流域水环境功能得到逐步改善和提升。该发明实现了流域水文生态系统服务保护区在不同土地利用类型变化和气象条件下的定量表达，提出了土地利用类型变化和气候变化下的流域水文生态系统服务管理新模式，为流域水环境管理与规划提供一种新方法。

Description

一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法
技术领域
本发明涉及水环境管理领域，特别涉及一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法。
背景技术
水资源作为人类社会赖以延续发展的重要要素之一，给人类社会经济发展提供了十分重要的生态系统服务功能，尤其是在土地利用类型变化和全球气候变化的背景下，健康的流域及其完善的生态系统过程是适应土地利用类型变化和气候变化的重要基础，也是人类赖以生存和发展的必要条件。
近年来人类活动及全球气候变化的加剧，影响了水文循环和营养物质循环的时空分布特征，引发了水资源时空分布不均的问题，加之水土流失严重导致水体含沙量高，多种类繁多的土壤营养物质具有显著的吸附作用。多重问题的叠加，急需在土地利用类型变化和气候变化影响下的流域水文生态系统服务管理的相关方法和技术上有所突破。
传统的流域水文生态系统服务管理方法多采用简单的生态系统服务模型模拟土地利用类型变化和气候变化对水文生态系统服务的影响，未能以“格局-过程-功能-分区”为主线考虑生态水文过程对生态系统服务本身及其保护区的影响。
针对以上问题，本次发明主要解决的问题有：(1)采用何种方法确定土地利用类型变化和气候变化对流域水文生态系统服务的空间分布的影响；(2)如何构建水文生态系统服务保护区缓解土地利用类型变化和气候变化对水文生态系统服务的负面影响；(3)如何将流域水文模型与系统保护规划模型进行耦合，构建水文生态系统服务保护区。
目前，我国流域水文生态系统服务管理主要以量化土地利用变化和气候变化对流域水文生态系统服务的影响为主，现有的水文生态系统服务保护方法在实际应用过程中，通常是以人类自身的需求为中心，忽略甚至破坏了原有生态系统的固有服务功能，对环境造成了不可逆的损伤，未考虑如何构建水文生态系统服务保护区，解决水资源开发与生态环境保护间的矛盾。
发明内容
为解决上述问题，本发明从构建水文生态系统服务的保护区探讨了如何缓解土地利用类型变化和气候变化对水环境的负面影响，以期为其它流域的水环境保护提供一种思路，完善我国的水环境保护体系，促进我国水资源的合理开发和生态环境的有效保护，提出了一种耦合土地利用类型变化和气候变化的流域水文生态系统服务管理方法。
本发明采用的技术方案如下：一种耦合土地利用类型变化和气候变化的流域水文生态系统服务管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据当前流域地形、气象、土地利用、土壤基础信息，采用流域水文模型模拟水文循环过程和营养物质循环过程，将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正，得到总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，分别得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；其中，水土保持为泥沙含量之差，水质净化为有机和无机营养物质含量之差；
S2、基于历史土地利用类型空间分布图层和历史气象数据，采用，采用土地利用类型预测模型和全球气候预测模型，模拟得到未来土地利用类型空间分布图层和气象变化趋势，并将不同未来土地利用类型和气象条件进行组合；
S3、基于不同未来土地利用类型和气象条件的情景组合，通过率定和校正后的流域水文模型模拟该情景条件下的水文循环过程和营养物质循环过程，得到总产水量空间分布图层；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到该情景条件下的水土保持和水质净化，进而得到水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；
S4、基于土地利用类型变化和气象条件变化下的水文生态系统服务情景模拟结果，采用系统保护规划模型，构建水文生态系统服务在不同土地利用类型和气象条件下的多目标保护区。
进一步的，所述S1中，通过流域水文模型将整个研究流域划分成多个次流域，然后将每一个子流域再划为多个水文响应单元HRU，得到各HRU的空间分布矢量图；模型在每个HRU上模拟域水文循环过程和营养物质循环过程，将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正，得到各HRU内的总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化，并将总产水量、水土保持和水质净化视为流域水文生态系统服务；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到各水文生态系统服务空间分布图层。
进一步的，所述S2中采用土地利用类型预测模型获取未来土地利用类型空间分布图层的具体步骤为：
S21、基于流域内历史土地利用类型空间分布图层，统计各土地利用类型总面积的变化趋势，预测未来各土地利用类型的总面积，获得未来各土地利用类型需求；
S22、采用二分类的回归模型基于当前土地利用类型数据与多种驱动因子建立土地利用空间分布与驱动力之间的关系，得到各土地利用类型的适宜性概率，从而得到土地利用的驱动和限制因子，用于建立未来土地利用类型空间分布图层。
S23、确定允许转换的土地利用单元并计算每一个栅格单元对每一种土地利用类型的转换可能性，形成最初的土地利用分配图；根据土地利用分配图与土地利用类型需求相匹配进行土地利用面积的空间分配，建立未来土地利用类型空间分布图层。
进一步的，所述S21中，采用多元统计方法或系统动力学方法预测未来各土地利用类型的总面积。
进一步的，所述S23中，允许转换的土地利用单元判定方法为：自然保护区和农田保护区的土地为不允许被转换单元，其余为允许转换土地利用单元；所述转换可能性由转换系数确定，所述转换系数为适宜性概率，大小介于0到1之间，在0和1之间的数值不同表明转换可能性的大小，数值越大，转换可能性越大。
进一步的，所述S2中气象变化趋势的获取过程为：基于流域内气温和降水的历史数据，采用全球气候预测模型，计算得到未来月尺度的气温和降水数据，并将其输入到流域水文模型中的天气发生器中，生成时间步长为天的气象数据。
所述未来月尺度的气温和降水数据计算方法为：
未来气温计算：
μ'mT＝μmT+(μmT,future-μmT,current)
其中，μmT和μ'mT分别为当前和未来的月平均气温；μmT,current和μmT,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均气温；
未来降水量计算：
μ'mP＝μmP*(μmP,future/μmP,current)
其中，μmP和μ'mP分别为当前和未来的月平均降水量；μmP,current和μmP,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均降水量。
进一步的，所述S3的具体过程为：基于不同未来土地利用类型和气象组合条件，进行流域水文生态系统服务的模拟，在不改变其他输入数据的条件下，分别将未来土地利用类型空间分布图层和气象条件输入到率定和校正后的流域水文模型中，得到各HRU内的总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到不同未来土地利用类型和气象条件情景组合下的各水文生态系统服务空间分布图层。
进一步的，所述S4的具体过程为：
S41、采用空间分析将基于流域水文模型模拟的水文生态系统服务空间分布图层转化为栅格格式，生成覆盖整个研究流域的正六边形格网矢量图层；并利用分区统计工具，得到每个正六边形内的水文生态系统服务，并将其作为系统保护规划模型的生态特征输入数据；
S42、输入的生态特征数据包括多种水文生态系统服务空间分布图层；在系统保护规划模型中，根据各空间分布图层的保护重要性赋予各水文生态系统服务不同权重；
S43、针对每一保护生态系统服务在规划流域范围内所设定的量化保护程度指标，包括数量和分布范围指数，设定需要保护的各种水文生态系统服务为其服务功能总量的10％—90％；
S44、选取生态系统服务分布的规划计算单元面积为保护成本代价，并通过对边缘效应权重的调整来改变规划单元的聚集性；
S45、运行系统保护规划模型得到单一水文生态系统服务和多种水文生态系统服务的空间保护分布图层。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：通过耦合土地利用类型变化和气候变化的流域水文生态系统服务管理方法，利用流域水文模型分析土地利用类型变化与气候变化对流域水文生态系统服务空间分布的影响及相对重要性，并结合系统保护优化模型构建了水文生态系统服务保护区域，缓解了土地利用类型变化和气候变化对水环境质量的影响，为流域水环境管理提供了理论支撑。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明流域土地利用类型未来土地利用类型预测空间分布图层。
图3为本发明流域气候条件(温度和降水)变化图。
图4为本发明流域水文生态系统服务在未来土地利用类型变化和气候变化下的空间分布图层。
图5为本发明流域水文生态系统服务在未来土地利用类型变化和气候变化下的保护区空间分布图层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明提出了一种耦合土地利用类型变化和气候变化的流域水文生态系统服务管理方法，基于土地利用类型预测模型、全球气候预测模型、流域水文模型、系统保护规划模型，包括以下步骤：
S1、根据当前流域地形、气象、土地利用、土壤基础信息，采用流域水文模型模拟水文循环过程和营养物质循环过程，将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正，得到总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，分别得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，并将总产水量、水土保持(泥沙含量之差)和水质净化(有机和无机营养物质含量之差)视为流域水文生态系统服务，得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；
S2、基于历史土地利用类型空间分布图层和历史气象数据，采用，采用土地利用类型预测模型和全球气候预测模型，模拟得到未来土地利用类型空间分布图层和气象变化趋势，并将不同未来土地利用类型和气象条件进行组合；
S3、基于不同未来土地利用类型和气象条件的情景组合，通过率定和校正后的流域水文模型模拟该情景条件下的水文循环过程和营养物质循环过程，得到总产水量空间分布图层；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到该情景条件下的水土保持和水质净化，进而得到水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；
S4、基于土地利用类型变化和气象条件变化下的水文生态系统服务情景模拟结果，采用系统保护规划模型，构建水文生态系统服务在不同土地利用类型和气象条件下的多目标保护区。
实施例2
在实施例1的基础上，所述S1中，通过流域水文模型将整个研究流域划分成多个次流域，然后将每一个子流域再划为多个水文响应单元(Hydrologic Response Units,HRU)，空间分布矢量HRU是子流域的最基本单元，也是流域水文模型的基本计算单元，它表征同一子流域内有着相同的地表覆盖、土壤类型和管理方式图；模型在每个HRU上模拟域水文循环过程和营养物质循环过程，得到各HRU内的总产水量(包括：地表径流、壤中流和地下径流)；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化，并将总产水量、水土保持和水质净化视为流域水文生态系统服务；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到各水文生态系统服务空间分布图层。
在模拟水文循环过程和营养物质循环过程中，需将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正。
实施例3
在实施例2的基础上，如图2所示，所述S2中采用土地利用类型预测模型获取未来土地利用类型空间分布图层的具体步骤为：
S21、基于流域内历史土地利用类型空间分布图层，统计各土地利用类型总面积的变化趋势，采用多元统计方法或系统动力学方法预测未来各土地利用类型的总面积，获得未来各土地利用类型需求；
S22、采用二分类的回归模型基于当前土地利用类型数据与多种驱动因子(包括气温、降水、土壤、地形、交通、区位、政策等方面)建立土地利用空间分布与驱动力之间的关系，得到各土地利用类型的适宜性概率，从而得到土地利用的驱动和限制因子，用于建立未来土地利用类型空间分布图层。
S23、确定允许转换的土地利用单元并计算每一个栅格单元对每一种土地利用类型的转换可能性，形成最初的土地利用分配图；根据土地利用分配图与土地利用类型需求相匹配进行土地利用面积的空间分配，建立未来土地利用类型空间分布图层。在本实施例中地利用类型的变化主要发生在水田和旱地两种类型，其它土地利用类型基本保持不变。
实施例4
在实施例3的基础上，所述S23中，允许转换的土地利用单元判定方法为：自然保护区和农田保护区的土地为不允许被转换单元，其余为允许转换土地利用单元；所述转换可能性由转换系数确定，所述转换系数为适宜性概率，大小介于0到1之间，在0和1之间的数值不同表明转换可能性的大小，数值越大，转换可能性越大。
实施例5
在实施例4的基础上，如图3所示，所述S2中气象变化趋势的获取过程为：全球气候模型为预测流域未来气候变化提供了可行的方法，联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)提供的评估报告里面包含了一系列全球气候模型对未来气温和降水变化量的的模拟结果，时间尺度为月；基于流域内气温和降水的历史数据，计算得到未来月尺度的气温和降水数据，并将其输入到流域水文模型中的天气发生器中，生成时间步长为天的气象数据。
实施例6
在实施例5的基础上，所述未来月尺度的气温和降水数据计算方法为：
未来气温计算：
μ'mT＝μmT+(μmT,future-μmT,current)
其中，μmT和μ'mT分别为当前和未来的月平均气温；μmT,current和μmT,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均气温；
未来降水量计算：
μ'mP＝μmP*(μmP,future/μmP,current)
其中，μmP和μ'mP分别为当前和未来的月平均降水量；μmP,current和μmP,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均降水量。
实施例7
在实施例3的基础上，如图4所示，所述S3的具体过程为：基于不同未来土地利用类型和气象组合条件，进行流域水文生态系统服务的模拟，在不改变其他输入数据的条件下，分别将未来土地利用类型空间分布图层和气象条件输入到率定和校正后的流域水文模型中，得到各HRU内的总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到不同未来土地利用类型和气象条件情景组合下的各水文生态系统服务空间分布图层。
实施例8
如图5所示，在实施例7的基础上，所述S4的具体过程为：
S41、采用空间分析将基于流域水文模型模拟的水文生态系统服务空间分布图层转化为栅格格式，生成覆盖整个研究流域的正六边形格网矢量图层；并利用分区统计工具，得到每个正六边形内的水文生态系统服务，并将其作为系统保护规划模型的生态特征输入数据；
S42、输入的生态特征数据包括多种水文生态系统服务空间分布图层，且每个空间分布图层的保护重要性不一样，这就需要设计保护战略时根据每种水文生态系统服务的保护价值对所有水文生态系统服务进行有区别性的考虑；在系统保护规划模型中，根据各空间分布图层的保护重要性赋予各水文生态系统服务不同权重；其中，权重可根据需求进行调整。
S43、针对每一保护生态系统服务在规划流域范围内所设定的量化保护程度指标，包括数量和分布范围指数(一般为10％—90％)，主要是通过保持一定的保护水文生态系统服务对象的数量和分布范围，以期维持保护对象的可持续性，达到保护的效果；在实施例中设定需要保护的各种水文生态系统服务为其服务功能总量的10％—90％；
S44、系统保护规划模型在确定优先保护的规划单元时，不仅能实现达成水文生态系统服务保护的目标，而且会对选取保护该规划单元的经济成本进行分析，以选取成本低而能实现目标的单元格；受实际数据限制，在实际操作和研究中很难获取到保护成本的直接数据，在本实施例中选取生态系统服务分布的规划计算单元面积为保护成本代价，并通过对边缘效应权重的调整来改变规划单元的聚集性；
S45、运行系统保护规划模型得到单一水文生态系统服务和多种水文生态系统服务的空间保护分布图层。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (6)

1.一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据当前流域地形、气象、土地利用、土壤基础信息，采用流域水文模型模拟水文循环过程和营养物质循环过程，将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正，得到总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，分别得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；其中，水土保持为泥沙含量之差，水质净化为有机和无机营养物质含量之差；
S2、基于历史土地利用类型空间分布图层和历史气象数据，采用土地利用类型预测模型和全球气候预测模型，模拟得到未来土地利用类型空间分布图层和气象变化趋势，并将不同未来土地利用类型和气象条件进行组合；
S3、基于不同未来土地利用类型和气象条件的情景组合，通过率定和校正后的流域水文模型模拟该情景条件下的水文循环过程和营养物质循环过程，得到总产水量空间分布图层；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到该情景条件下的水土保持和水质净化，进而得到水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层；
S4、基于土地利用类型变化和气象条件变化下的水文生态系统服务情景模拟结果，采用系统保护规划模型，构建水文生态系统服务在不同土地利用类型和气象条件下的多目标保护区；
所述S2中采用土地利用类型预测模型获取未来土地利用类型空间分布图层的具体步骤为：
S21、基于流域内历史土地利用类型空间分布图层，统计各土地利用类型总面积的变化趋势，预测未来各土地利用类型的总面积，获得未来各土地利用类型需求；
S22、采用二分类的回归模型基于当前土地利用类型数据与多种驱动因子建立土地利用空间分布与驱动力之间的关系，得到各土地利用类型的适宜性概率，从而得到土地利用的驱动和限制因子，用于建立未来土地利用类型空间分布图层；多种驱动因子包括：气温、降水、土壤、地形、交通、区位、政策；
S23、确定允许转换的土地利用单元并计算每一个栅格单元对每一种土地利用类型的转换可能性，形成最初的土地利用分配图；根据土地利用分配图与土地利用类型需求相匹配进行土地利用面积的空间分配，建立未来土地利用类型空间分布图层；
所述S2中气象变化趋势的获取过程为：根据一系列全球气候模型对未来气温和降水变化量的模拟结果，同时基于流域内气温和降水的历史数据，计算得到未来月尺度的气温和降水数据，并将其输入到流域水文模型中的天气发生器中，生成时间步长为天的气象数据；
所述S4的具体过程为：
S41、采用空间分析将基于流域水文模型模拟的水文生态系统服务空间分布图层转化为栅格格式，生成覆盖整个研究流域的正六边形格网矢量图层；并利用分区统计工具，得到每个正六边形内的水文生态系统服务，并将其作为系统保护规划模型的生态特征输入数据；
S42、输入的生态特征数据包括多种水文生态系统服务空间分布图层；在系统保护规划模型中，根据各空间分布图层的保护重要性赋予各水文生态系统服务不同权重；
S43、针对每一保护生态系统服务在规划流域范围内所设定的量化保护程度指标，设定需要保护的各种水文生态系统服务为其服务功能总量的10％—90％；
S44、选取生态系统服务分布的规划计算单元面积为保护成本代价，并通过对边缘效应权重的调整来改变规划单元的聚集性；
S45、运行系统保护规划模型得到单一水文生态系统服务和多种水文生态系统服务的空间保护分布图层。
2.根据权利要求1所述的耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，所述S1中，通过流域水文模型将整个研究流域划分成多个次流域，然后将每一个子流域再划为多个水文响应单元HRU，得到各HRU的空间分布矢量图；模型在每个HRU上模拟域水文循环过程和营养物质循环过程，将模拟的流量值和水质值与已知监测断面的实测流量值和水质值进行对比分析，并对模型进行率定和校正，得到各HRU内的总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化，并将总产水量、水土保持和水质净化视为流域水文生态系统服务；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到各水文生态系统服务空间分布图层。
3.根据权利要求1所述的耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，所述S21中，采用多元统计方法或系统动力学方法预测未来各土地利用类型的总面积。
4.根据权利要求3所述的耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，所述S23中，允许转换的土地利用单元判定方法为：自然保护区和农田保护区的土地为不允许被转换单元，其余为允许转换土地利用单元；所述转换可能性由转换系数确定，所述转换系数为适宜性概率，大小介于0到1之间，在0和1之间的数值不同表明转换可能性的大小，数值越大，转换可能性越大。
5.根据权利要求4所述的耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，所述未来月尺度的气温和降水数据计算方法为：
未来气温计算：
μ'mT＝μmT+(μmT,future-μmT,current)
其中，μmT和μ'mT分别为当前和未来的月平均气温；μmT,current和μmT,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均气温；
未来降水量计算：
μ′mP＝μmP*(μmP，future/μmP，current)
其中，μmP和μ'mP分别为当前和未来的月平均降水量；μmP,current和μmP,future为别为当前和未来气象情景下的模拟月平均降水量。
6.根据权利要求5所述的耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法，其特征在于，所述S3的具体过程为：基于不同未来土地利用类型和气象组合条件，进行流域水文生态系统服务的模拟，在不改变其他输入数据的条件下，分别将未来土地利用类型空间分布图层和气象条件输入到率定和校正后的流域水文模型中，得到各HRU内的总产水量；设定土壤截留和植被吸收参数为0、植被管理和植被覆盖参数为1，再次运转模型，将两次模型运转得到的各HRU内的泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量相减，得到各HRU内的水土保持和水质净化；采用空间分析软件，将各HRU内的水文生态系统服务制成属性表，连接到HRUs空间分布矢量图层，进而得到不同未来土地利用类型和气象条件情景组合下的各水文生态系统服务空间分布图层。
CN202011543929.0A 2020-12-24 2020-12-24 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法 Active CN112528516B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011543929.0A CN112528516B (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011543929.0A CN112528516B (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112528516A CN112528516A (zh) 2021-03-19
CN112528516B true CN112528516B (zh) 2023-06-27

Family

ID=74976003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011543929.0A Active CN112528516B (zh) 2020-12-24 2020-12-24 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112528516B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113654943B (zh) * 2021-04-13 2022-04-22 北京师范大学 环境系统模拟中化学物质的土壤行为模拟方法
CN113222556A (zh) * 2021-05-30 2021-08-06 国家基础地理信息中心 一种生态系统服务间权衡与协同空间关系识别方法
CN115983522B (zh) * 2022-11-10 2023-10-13 东南大学 一种乡村生境质量评估及预测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112016247A (zh) * 2020-08-31 2020-12-01 华东师范大学 基于土地利用变化的高精度未来水文过程耦合模型及构建方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105893770A (zh) * 2016-04-15 2016-08-24 山东省水利科学研究院 一种气候变化和人类活动对流域水资源影响的量化方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112016247A (zh) * 2020-08-31 2020-12-01 华东师范大学 基于土地利用变化的高精度未来水文过程耦合模型及构建方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112528516A (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112528516B (zh) 一种耦合土地利用类型和气候变化的流域水环境管理方法
Zhang et al. Simulation and assessment of urbanization impacts on runoff metrics: insights from landuse changes
Lin et al. Impacts of land use change scenarios on hydrology and land use patterns in the Wu-Tu watershed in Northern Taiwan
Mohammady et al. Modeling and assessing the effects of land use changes on runoff generation with the CLUE-s and WetSpa models
Zhang et al. An interval multiobjective approach considering irrigation canal system conditions for managing irrigation water
Wu et al. Present and future of urban water balance in the rapidly urbanizing Heihe River Basin, Northwest China
CN109740562A (zh) 一种生态海绵型城市建设适宜区目标精准识别和功效测算系统及方法
Zhai et al. Water demand forecasting of Beijing using the time series forecasting method
Liu et al. Optimization of planning structure in irrigated district considering water footprint under uncertainty
Gong et al. Evaluating and predicting the effects of land use changes on water quality using SWAT and CA–Markov models
Pandey et al. Sediment yield modelling of an agricultural watershed using MUSLE, remote sensing and GIS
Collet et al. Integrated modelling to assess long-term water supply capacity of a meso-scale Mediterranean catchment
Theodossiou Assessing the impacts of climate change on the sustainability of groundwater aquifers. Application in Moudania aquifer in N. Greece
Kannan et al. Development of an automated procedure for estimation of the spatial variation of runoff in large river basins
Luo et al. Suitability of revision to MUSLE for estimating sediment yield in the Loess Plateau of China
Wang et al. Exploring interactions in water-related ecosystem services nexus in Loess Plateau
CN110543660B (zh) 一种低冲击开发模拟方法、系统及相关装置
Chen et al. Linking ecosystem service flow to water-related ecological security pattern: A methodological approach applied to a coastal province of China
Deng et al. Spatial matching and flow in supply and demand of water provision services: A case study in Xiangjiang River Basin
Ke et al. Coupled and collaborative optimization model of impervious surfaces and drainage systems from the flooding mitigation perspective for urban renewal
Sadeghi et al. Estimation of irrigation water demand for barley in Iran: The panel data evidence
Gammoh et al. Low impact development (LID) efficiency in mitigating urbanization and climate change impacts in Amman, Jordan
Poudel et al. Impact of Urbanization on Runoff and Infiltration in Walnut Gulch Experimental Watershed
Liu et al. Evapotranspiration management based on the application of SWAT for balancing water consumption: A case study in Guantao, China
Wang et al. Research on runoff simulation in Ningxia Section of the Yellow River Basin based on improved SWAT model.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant