CN116644987B - 一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水资源评价技术领域，具体涉及一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法及装置，包括：对待测流域进行子流域划分，生成子流域划分结果；划分水文响应单元，根据水文响应单元及水资源相关数据，构建SWAT模型；根据运行SWAT模型得到的水文水质模拟结果及水环境质量标准，得到逐日水质类别判断结果及逐日水资源量，并计算不同水质类别的水资源总量；获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。本发明采取基于水功能区嵌套划分的河网划分思路，在水资源评价中能够识别不同的水功能区段及其水质标准，最终得出有效水资源量。

Description

一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法及装置
技术领域
本发明涉及水资源评价技术领域，具体涉及一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法及装置。
背景技术
水资源评价是指对流域/区域的水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件以及与经济社会发展的适应关系做出全面的分析评估，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作。水资源的稀缺性是推动水资源评价工作及其技术方法发展的主要动力。随着我国水资源稀缺性的日益突出以及新时期水资源开发利用与管理要求，水资源开发利用不仅越发要强调水资源的高效利用，而且还发展为有符合质量标准的水可用。这对水资源评价技术方法提出了新需求，其中包括了量质统一评价的技术方法。
水资源作为自然资源的一种，具有有效性特征。所谓有效性是指水资源对人类系统(包括社会系统和生态系统)是有用的，如改善人类生存环境、产生经济价值等。根据广义水资源的概念，有效水资源具有三个判断标准：①水分在循环过程中是否为人类生产生活活动所直接利用；②水分在循环过程中是否直接参与了经济量和生态量的生产过程；③水分在循环过程中是否为相关生态主体提供了有效的环境服务。
根据以上判断标准，水质对地表水资源的有效性影响很大，决定了地表水是否能直接用于人类生活和生产用水，参与经济量和生态量的生产过程。这也决定了水资源评价必须考虑水量和水质两个方面，在模式上实现水量和水质的统一评价。在自然环境中，由于下垫面条件变化，致使土壤组分中的营养物质大量进入地表水体，引起地表水水质浓度上升，造成地表水资源的有效性降低甚至丧失；在人类活动方面，随着人类污染排放的不断增加，人为污染会导致地表水不能为人类生产所直接利用，也无法直接为相关生态主体进行有效的生态环境服务，造成地表水资源的有效性降低甚至丧失。因此，需要评价因污染而导致的分等级水质的地表水通量，评价其有效性。
理论上，所有的地表水资源都可以被利用，也就是说所有的地表水资源都是有效的。然而，地表水资源在某些时候可能存在水质较差的部分，并不能供人类直接利用。比如，Ⅳ类水和劣Ⅳ类水不能直接用于生活用水，Ⅴ类和劣Ⅴ类水不能直接用于工业用水，劣Ⅴ类水不能直接用于农业灌溉用水。对于某一河段，若其水质不满足该河段所处水环境功能区水质目标的要求，则可认为该河段的有效地表水资源量为0。比如，某一饮用水源地的水质标准为Ⅱ类水，实际水质是Ⅳ类水，虽然可以用于工业用水和农业灌溉用水，但已经失去了水环境功能区划的意义，这类地表水资源对于该河段是无效的。
对于一个区域/流域，判断不同类型水质的水资源的水量，以及能否满足不同水环境功能区段的用水需求，是目前急需解决的问题。而目前的水资源评价多关注于水量的评价，缺少对水质的评价，无法反映水质对资源有效性的影响，给水质供水调控措施的实施带来了困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法及装置，以解决现有技术中的水资源评价多关注于水量的评价，缺少对水质的评价的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法，包括：
对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果；
根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；
获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。
优选的，所述对待测流域的天然单元信息和水功能区划采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果，包括：
获取待测流域的栅格DEM数据，根据所述栅格DEM数据得到天然单元信息，所述天然单元信息包括天然子流域和天然河道；
将水功能区中的河段GIS图与所述天然河道信息进行叠加，并将天然河道所在的天然子流域进行切割，生成人工子流域和人工河道作为子流域划分结果。
优选的，在生成人工子流域和人工河道之后，还包括：
将所述天然子流域和所述人工子流域进行编码；
按照所述编码进行河网拓扑关系修正，并将修正结果作为子流域划分结果。
优选的，所述根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，包括：
将所述子流域划分结果中包含人工子流域和人工河道的文件导入原始SWAT模型，按土地利用类型、土壤类型和坡度类型划分水文响应单元。
优选的，所述预先获取的建模相关数据，包括：
气象数据、点源数据、水库数据和农田管理数据。
优选的，所述得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量，包括：
第m类水质的水资源总量的计算公式为：
其中，I表示流域水功能区个数；J表示水功能区内的河段数；K表示该河段的水质类别判断结果达到所述水质目标的天数；Wm表示流域第m类水质的水资源总量；LW(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质的水资源量，表达式为：
LW(i,j,k,m)＝sub_wyld(i,j,k,m)·sub_ha(j)·10
其中，sub_wyld(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质时所属子流域的入河径流深；sub_ha(j)表示第j个河段所在子流域的面积。
优选的，所述对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，包括：
第m类水质的有效水资源量计算公式为：
其中，LWa(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段、第k天、第m类水质的有效水资源量，表达式为：LWa(i,j,k,m)＝LW(i,j,k,m)。
优选的，所述的方法，还包括：
根据每类水质类别的有效水资源量和每类水质类别的水资源总量，得出每类水质类别的无效水资源量，计算公式为：
Wum＝Wm-Wam
其中，Wum表示第m类水质的无效水资源量。
优选的，在构建SWAT模型之后，还包括：
运行所述SWAT模型，得到水文水质模拟结果，所述水文水质模拟结果包括关键河道监测断面的径流和水质过程模拟结果；
基于预先获取的实测径流和水质数据，选取相关系数和Nash-Sutcliffe效率系数评价所述水文水质模拟结果，生成评价结果；
根据所述评价结果对所述SWAT模型进行校验。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于水功能区的地表水资源分质评价装置，包括：
子流域划分模块，用于对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果；
模型构建模块，用于根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
水质类别判断模块，用于根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
计算模块，用于分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；
有效水资源量计算模块，用于获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
可以理解的是，本发明示出的技术方案，通过对待测流域进行子流域划分，生成子流域划分结果；划分水文响应单元，根据水文响应单元及建模相关数据，构建SWAT模型；根据运行SWAT模型得到的水文水质模拟结果及水环境质量标准，得到逐日水质类别判断结果及逐日水资源量，并对逐日水资源量按照不同水质类别进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源量；获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。本发明提供的技术方案，采用基于水文模拟的分布式动态水资源评价模式，采取基于水环境功能区嵌套划分的河网划分思路，在水资源评价中能够识别不同的水功能区段及其水质标准。这种方法能够评价每个河段逐日的水资源情况，详细区分不同水质类别的水资源量，并判断其有效性，拓宽了水资源评价口径。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法的步骤示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的水资源量计算流程图；
图3是根据一示例性实施例示出的主要水文站点的实测与模拟月径流过程示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的汉江流域主要测站水质模拟结果示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的汉江流域各月的不同水质类别的地表水资源结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的汉江流域I～IV水质类别的地表水资源量空间分布示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的汉江流域V和劣V水质类别的地表水资源量空间分布示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的汉江流域各月的不同水质类别的有效水资源结构示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的汉江流域不同水质类别的有效和无效水资源量空间分布示意图；
图10是根据一示例性实施例示出的一种基于水功能区的地表水资源分质评价装置的示意框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法的步骤示意图，参见图1，提供一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法，包括：
步骤S11、对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果；
步骤S12、根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
步骤S13、根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
步骤S14、分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；
步骤S15、获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。
可以理解的是，本实施例示出的技术方案，通过对待测流域进行子流域划分，生成子流域划分结果；划分水文响应单元，根据水文响应单元及建模相关数据，构建SWAT模型；根据运行SWAT模型得到的水文水质模拟结果及水环境质量标准，得到逐日水质类别判断结果及逐日水资源量，并对逐日水资源量按照不同水质类别进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源量；获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。本实施例提供的技术方案，采用基于水文模拟的分布式动态水资源评价模式，采取基于水环境功能区嵌套划分的河网划分思路，在水资源评价中能够识别不同的水功能区段及其水质标准。这种方法能够评价每个河段逐日的水资源情况，详细区分不同水质类别的水资源量，并判断其有效性，拓宽了水资源评价口径。
图2是根据一示例性实施例示出的水资源量计算流程图，在图2中，首先进行水量水质过程模拟，按照地表水环境质量标准GB3838-2002进行水质分类，例如，当氨氮浓度小于等于0.15毫克每升时，定为I类水资源；当氨氮浓度在0.15毫克每升至0.5毫克每升时，定为II类水资源；当氨氮浓度在0.5毫克每升至1.0毫克每升时，定为III类水资源；当氨氮浓度在1.0毫克每升至1.5毫克每升时，定为IV类水资源；当氨氮浓度在1.5毫克每升至2.0毫克每升时，定为V类水资源；当氨氮浓度大于2.0毫克每升时，定为V类水资源。进一步的对不同水质类别进行逐日水量叠加，再根据水功能区代码、指示污染物、水功能区属性确定水质目标，进而根据当日是否达标来叠加计算有效水资源量或者无效水资源量，具体如下：
需要说明的是，在步骤S11中，所述对待测流域的天然单元信息和水功能区划采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果，包括：
获取待测流域的栅格DEM数据，根据所述栅格DEM数据得到天然单元信息，所述天然单元信息包括天然子流域和天然河道；
将水功能区中的河段GIS图与所述天然河道信息进行叠加，并将天然河道所在的天然子流域进行切割，生成人工子流域和人工河道作为子流域划分结果。
需要说明的是，在生成人工子流域和人工河道之后，还包括：
将所述天然子流域和所述人工子流域进行编码；
按照所述编码进行河网拓扑关系修正，并将修正结果作为子流域划分结果。
在具体实践中，考虑水功能区划的子流域划分主要包括以下步骤：天然子流域的划分和天然河道的提取；叠加水功能区；人工河段和人工子流域编码；修正河网拓扑关系。具体为：
一、将预先获取的栅格DEM数据输入ArcGIS(地理信息系统平台)，设定的生成天然子流域临界集水面积阈值，勾画出天然子流域边界，对天然子流域从1至M进行编码，生成M个天然子流域，完成天然子流域的划分和天然河道的提取；
二、将水功能区河段GIS图直接叠加到上一步所划分的天然河道上，并将该天然河道所在的天然子流域进行切割，最终新增出N个人工子流域和N个人工河段；
三、采用ArcGIS的“Editor Toolbar”功能，将划分后的人工子流域从天然子流域总数值开始顺序编码，也即是依照M+1到N的顺序进行重新编码；
四、修改人工河段的汇入子流域属性代码、河道汇入点代码以及出流点代码。这样的处理方式即保障了人工河段与人工子流域一一对应，又修正了河网的拓扑关系。
需要说明的是，在步骤S12中，所述根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，包括：
将所述子流域划分结果中包含人工子流域和人工河道的文件导入原始SWAT模型，按土地利用类型、土壤类型和坡度类型划分水文响应单元。
所述预先获取的建模相关数据，包括：
气象数据、点源数据、水库数据和农田管理数据。
在具体实践中，气象数据，包括降水、气温等主要站点的气象数据；点源数据，包括污水排放量、主要污染物排放量；水库数据，包括水库库容、出库流量等；农田管理数据，包括：作物种植类型、灌溉量、施肥量等。
需要说明的是，在构建SWAT模型之后，还包括：
运行所述SWAT模型，得到水文水质模拟结果，所述水文水质模拟结果包括关键河道监测断面的径流和水质过程模拟结果；
基于预先获取的实测径流和水质数据，选取相关系数和Nash-Sutcliffe效率系数评价所述水文水质模拟结果，生成评价结果；
根据所述评价结果对所述SWAT模型进行校验。
在具体实践中，在模型构建完成之后，还能够对模型进行校验，首先运行SWAT模型，输出关键河道监测断面的径流和水质过程模拟结果，基于实测径流和水质数据，选取相关系数和Nash-Sutcliffe效率系数评价模拟效果，对模型进行校验调优。
在步骤S13中，根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果，包括：SWAT模型会根据电源数据中指示污染物数量，得到水文水质模拟结果，根据指示污染物的水文水质模拟结果，参照《地表水环境质量标准》
(GB3838-2002)中的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水体划分标准，以不同指示污染物的最高浓度准则，判别各河段每日的水质类别，划分不同水质类别的水资源，生成逐日水质类别判断结果。
需要说明的是，在步骤S14中，第m类水质的水资源量的计算公式为：
其中，I表示流域水功能区个数；J表示水功能区内的河段数；K表示该河段的水质类别判断结果达到所述水质目标的天数；Wm表示流域第m类水质的水资源总量；LW(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质的水资源量，表达式为：
LW(i,j,k,m)＝sub_wyld(i,j,k,m)·sub_ha(j)·10
其中，sub_wyld(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质时所属子流域的入河径流深；sub_ha(j)表示第j个河段所在子流域的面积。
需要说明的是，在步骤S15中，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量，包括：
第m类水质的有效水资源量计算公式为：
其中，LWa(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段、第k天、第m类水质的有效水资源量，表达式为：
LWa(i,j,k,m)＝LW(i,j,k,m)
在具体实践中，获取水功能区对应的水质目标，包括：根据输入的水功能区代码，识别各河段的水功能区属性，明确其水质目标。
在实际应用中，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算为，判别其水体水质的污染浓度是否超过其水环境质量目标浓度，若不超标，该日的地表径流入河量即为有效水资源量，通过累加相应水质类别的水资源量获得流域有效水资源量。
需要说明的是，所述的方法，还包括：
根据每类水质类别的有效水资源量和每类水质类别的水资源总量，得出每类水质类别的无效水资源量，计算公式为：
Wum＝Wm-Wam
其中，Wum表示第m类水质的无效水资源量。
结合具体的模型应用实例对本实施例进行说明：
一、研究区概况：本次以汉江流域为案例进行说明。
二、基础数据输入：包括：模型构建所需要的气象观测数据、DEM数据、土地利用数据、土壤类型数据、经济社会用水资料、水利工程基本信息、污染排放数据等资料。
气象观测数据：来源于中国气象数据网，包括汉江流域内及邻近的29个气象站的1981～2016年气象数据，包括日降水量、日最高及最低气温、相对湿度、日照时数风速等气象要素；
遥感数据：DEM采用90m网格数据，用于提取河道长度、河网等信息；土地利用数据和土壤类型数据由资源环境科学与数据中心提供，根据USGS LU/LC System分类关系进行重分类之后共获得18种土地利用类型；通过查询中国土壤数据库获取土壤厚度、粒径组成、有机质含量等主要参数，应用SPAW模型计算并获得土壤容重、饱和水力传导度、有效持水量等土壤参数；
实测径流数据：通过查询长江流域水文年鉴，获取包括白河、皇庄、新店铺、郭滩等水文站1983～2016年的逐月径流数据，用于模型的率定和验证；
水利工程基本信息数据：主要包括水库位置、死库容、总库容等数据，灌溉渠道过水能力、电机井日提水能力等数据；
污染排放数据：通过查询湖北省统计年鉴、河南省统计年鉴和陕西省统计年鉴获取。包括氨氮、总磷排放量、重要断面污染物浓度数据。
三、水文水质过程校验：
模型模拟期为1983-2017年，以1981-1982年为模型预热期，1983-2002年参数率定期，2003-2016年为模型验证期。采用汉江流域境内关键控制断面的径流过程、水质过程作为评价指标，选取相关系数R2和纳什效率系数Ens(Nash-Suttcliffe)等性能指标来进行模拟适应性评价。
通过对模型参数的调整，模型的径流模拟与实测径流过程对比结果参见图3。在率定期，白河站月径流模拟值与实测值的相关系数为0.859，纳什效率系数为0.807；襄阳站月径流模拟值与实测值的相关系数为0.891，纳什效率系数为0.823。在验证期(2003—2016年)，白河站月径流模拟值与实测值的相关系数为0.824，纳什效率系数为0.773；襄阳站月径流模拟值与实测值的相关系数为0.774，纳什效率系数为0.668。可以看出，新店铺和郭滩水文站的月径流模拟值与实测值流量过程线拟合程度较好，模型的径流模拟精度达到了要求值。基于襄阳市断面、钟祥市断面、武汉市断面等汉江流域主要水质断面。采用SWAT模型模拟的汉江流域2001～2016年水质状况参见图4，显示水质模拟结果良好。
通过上述过程和分析，确定模型的主要参数值。主要包括SCS径流曲线数(CN)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、土壤有效含水量(SOL_AWC)、20℃的水体氨氮转化速率(BC1)、20℃时的水体有机磷转化速率(BC4)等。
四、分质水资源量评价结果：
不同水质类别的地表水资源量年内分布情况如图5所示。在枯水季，汉江流域地表水资源量仅占全年地表水资源总量的18.7％(149.0亿m3)，以Ⅰ类水和Ⅱ类水为主。其中，Ⅰ类水在1月、2月、3月、4月、11月和12月的水资源量占比分别为68.1％、43.4％、43.3％、30.0％、66.2％和61.0％，Ⅱ类水在1月、2月、3月、10月、11月和12月的水资源量占比分别为22.3％、36.0％、38.6％、35.0％、25.0％和21.1％。在丰水季，汉江流域地表水资源量占全年地表水资源总量的81.3％(649.3亿m3)，以Ⅴ类水和劣Ⅴ类水的占比明显上升，其中，5月份的劣Ⅴ类水占比最高(6.2％)，其次分别是4月份(6.1％)、8月份(4.5％)和6月份(3.4％)。
参见图6和图7，图6和图7显示了多年平均降水条件下汉江流域不同水质类别的地表水资源量空间分布情况。Ⅰ类地表水资源主要分布在汉江流域各支流上游区域，尤其汉江上游较为集中。其中，胥水河的Ⅰ类地表水资源量最大(8.9亿m3)，其次是褒河(5.3亿m3)。Ⅱ类地表水资源在汉江流域干支流均有分布，主要集中在汉江下游地区。其中，汉江荆门-汉川段最大(9.3亿m3)。Ⅲ类地表水资源在汉江流域干支流也均有分布，主要集中在汉江下游地区。其中，汉江荆门-汉川段最大(11.5亿m3)。Ⅳ类地表水资源较为分散，主要分布在汉江下游区以及唐白河、丹江、汉川河、富水河等主要支流中。其中，汉川河上游段的Ⅳ类地表水资源量最大(3.9亿m3)。Ⅴ类地表水资源主要分布在汉江中下游、唐白河以及上游部分段。其中，汉江中游的清河段最大(3.7亿m3)。劣Ⅴ类地表水资源主要分布在汉江中游地区，以清河段(3.5亿m3)、白河中游段(0.9亿m3)较为突出。
五、有效水资源量评价结果：
参见图8，根据有效蓝水资源划分方法，依据所划分的不同水质类别的蓝水资源量分布，以及各水环境功能区的水质目标要求，计算出汉江流域有效蓝水资源量为613.0亿m3，占流域全部蓝水资源量的76.8％。其中，Ⅰ类有效蓝水资源量为253.6亿m3，占汉江流域Ⅰ类蓝水资源总量的100％；Ⅱ类有效蓝水资源量为187.4亿m3，占Ⅱ类蓝水资源总量的95.4％；Ⅲ类有效蓝水资源量为121.7亿m3，占Ⅲ类蓝水资源总量的78.1％；Ⅳ类有效蓝水资源量为34.8亿m3，占Ⅳ类蓝水资源总量的39.5％；Ⅴ类有效蓝水资源量为15.5亿m3，占Ⅴ类蓝水资源总量的36.1％；劣Ⅴ类有效蓝水资源量为0亿m3，占劣Ⅴ类蓝水资源总量的0％。
参见图9，图9显示了多年平均降水条件下汉江流域有效和无效水资源量空间分布情况。可以看出，有效水资源量主要分布在汉江流域各支流上游河段，以及汉江下游干流河段，水资源量在10.1-21.1亿m3范围。无效水资源量主要分布在汉江上游安康段，中游皇庄以下区段，分别在5.0-10.1亿m3范围。
实施例二
图10是根据一示例性实施例示出的一种基于水功能区的地表水资源分质评价装置的示意框图，参见图10，提供一种基于水功能区的地表水资源分质评价装置，包括：
子流域划分模块101，用于对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果；
模型构建模块102，用于根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
水质类别判断模块103，用于根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
计算模块104，用于分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；
有效水资源量计算模块105，用于获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。
可以理解的是，本实施例示出的技术方案，通过子流域划分模块101对待测流域进行子流域划分，生成子流域划分结果；通过模型构建模块102划分水文响应单元，根据水文响应单元及水资源相关数据，构建SWAT模型；通过水质类别判断模块103根据运行SWAT模型得到的水文水质模拟结果及水环境质量标准，得到逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；通过计算模块104对逐日水资源量按照不同水质类别进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；通过有效水资源量计算模块105获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。本实施例提供的技术方案，采取基于水功能区嵌套划分的河网划分思路，在水资源评价中能够识别不同的水功能区段及其水质标准，最终得出有效水资源量。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于水功能区的地表水资源分质评价方法，其特征在于，包括：
对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果，包括：获取待测流域的栅格DEM数据，根据所述栅格DEM数据得到天然单元信息，所述天然单元信息包括天然子流域和天然河道；将水功能区中的河段GIS图与所述天然河道信息进行叠加，并将天然河道所在的天然子流域进行切割，生成人工子流域和人工河道作为子流域划分结果；
根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，包括：将所述子流域划分结果中包含人工子流域和人工河道的文件导入原始SWAT模型，按土地利用类型、土壤类型和坡度类型划分水文响应单元；根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量；
获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量；
所述得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量，包括：
第m类水质的水资源总量的计算公式为：
其中，I表示流域水功能区个数；J表示水功能区内的河段数；K表示该河段的水质类别判断结果达到所述水质目标的天数；W m表示流域第m类水质的水资源总量；LW(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质的水资源量，表达式为：
其中，sub_wyld(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质时所属子流域的入河径流深；sub_ha(j)表示第j个河段所在子流域的面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在生成人工子流域和人工河道之后，还包括：
将所述天然子流域和所述人工子流域进行编码；
按照所述编码进行河网拓扑关系修正，并将修正结果作为子流域划分结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预先获取的建模相关数据，包括：
气象数据、点源数据、水库数据和农田管理数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，包括：
第m类水质的有效水资源量计算公式为：
其中，LWa(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段、第k天、第m类水质的有效水资源量，表达式为：。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
根据每类水质类别的有效水资源量和每类水质类别的水资源总量，得出每类水质类别的无效水资源量，计算公式为：
其中，Wu m表示第m类水质的无效水资源量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在构建SWAT模型之后，还包括：
运行所述SWAT模型，得到水文水质模拟结果，所述水文水质模拟结果包括关键河道监测断面的径流和水质过程模拟结果；
基于预先获取的实测径流和水质数据，选取相关系数和Nash-Sutcliffe效率系数评价所述水文水质模拟结果，生成评价结果；
根据所述评价结果对所述SWAT模型进行校验。
7.一种基于水功能区的地表水资源分质评价装置，其特征在于，包括：
子流域划分模块，用于对待测流域的天然单元信息和水功能区采用叠加式方法进行子流域划分，生成子流域划分结果，包括：获取待测流域的栅格DEM数据，根据所述栅格DEM数据得到天然单元信息，所述天然单元信息包括天然子流域和天然河道；将水功能区中的河段GIS图与所述天然河道信息进行叠加，并将天然河道所在的天然子流域进行切割，生成人工子流域和人工河道作为子流域划分结果；
模型构建模块，用于根据所述子流域划分结果划分水文响应单元，包括：将所述子流域划分结果中包含人工子流域和人工河道的文件导入原始SWAT模型，按土地利用类型、土壤类型和坡度类型划分水文响应单元；根据所述水文响应单元及预先获取的建模相关数据，构建SWAT模型；
水质类别判断模块，用于根据运行所述SWAT模型得到的水文水质模拟结果及预设水环境质量标准，得到每个水功能区对应河段的逐日水质类别判断结果及逐日水资源量；
计算模块，用于分别对每类水质类别的逐日水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的不同水质类别的水资源总量，包括：
第m类水质的水资源总量的计算公式为：
其中，I表示流域水功能区个数；J表示水功能区内的河段数；K表示该河段的水质类别判断结果达到所述水质目标的天数；W m表示流域第m类水质的水资源总量；LW(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质的水资源量，表达式为：
其中，sub_wyld(i,j,k,m)表示第i个水功能区、第j个河段在第k天属于第m类水质时所属子流域的入河径流深；sub_ha(j)表示第j个河段所在子流域的面积；
有效水资源量计算模块，用于获取水功能区对应的水质目标，对所述逐日水质类别判断结果达到所述水质目标的水资源量进行累加计算，得到所述水功能区的有效水资源量。
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