一种基于水循环的农田面源污染测算方法及装置制造方法及图纸

技术编号:10806696 阅读:165 留言:0更新日期:2014-12-24 13:10
本发明专利技术提供一种基于水循环的农田面源污染测算方法及装置,涉及农业非点源污染负荷量计算领域。该方法包括:获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。本发明专利技术的方案,解决了现有的非点源污染的负荷估算方法采用经验统计法,缺乏污染的具体过程与机理,得到的结果准确性较低,实验费用昂贵的问题,结合农田水循环结构更科学、准确地计算农田面源污染负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水循环的农田面源污染测算方法及装置
本专利技术涉及农业非点源污染负荷量计算领域,特别是指一种基于水循环的农田面源污染测算方法及装置。
技术介绍
近年来,随着农业的发展和人类生活水平的提高,水体污染等现象日益严重,而伴随点源污染控制能力的提高,非点源环境污染逐渐得到各国环境保护部门的重视。农业非点源污染严重性逐渐显示,农田地表径流中所包含的氮磷等营养物加剧了流域水体富营养化现象,其造成的影响不容忽视。目前,国内外对非点源污染的负荷计算方法主要为经验统计估算法,虽然经验统计数据要求低,仅涉及其输入与输出关系,但是缺乏污染的具体过程与机理,得到的结果准确性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于水循环的农田面源污染测算方法及装置,结合农田水循环结构更科学、准确地计算农田区面源污染负荷。为达到上述目的,本专利技术的实施例提供一种基于水循环的农田面源污染测算方法,包括:获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。其中,所述获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量,具体为:基于农田水循环对农田面源污染的影响分析,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量。其中,所述根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型,具体包括:根据获取的农田水循环各要素通量和水量平衡算式构建农田尺度上的水量平衡模型;根据获取的农田水循环各要素通量中所含污染物量和污染物平衡算式构建农田尺度上的污染物平衡模型。其中,所述根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量,具体包括:根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及实验小区的监测数据,获得待测农田区的农田面源污染测算机理参数;根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及所述机理参数,获得待测农田区的农田面源污染负荷量。其中,所述根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及实验小区的监测数据,获得待测农田区的农田面源污染测算机理参数,具体包括:根据实验小区的监测数据,通过污染物平衡算式获得下渗水量;根据实验小区的监测数据和所述下渗水量,通过水量平衡算式获得蒸发量;其中获得的所述待测农田区的农田面源污染测算机理参数包括:所述实验小区的监测数据、所述下渗水量和所述蒸发量。其中,所述根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及所述机理参数,获得待测农田区的农田面源污染负荷量,具体包括:根据所述机理参数,并结合所述待测农田区的农田面积和灌溉流量,通过水量平衡算式获得所述待测农田区的灌溉退水流量;根据所述机理参数,并结合所述待测农田区的灌溉退水流量、灌溉入流污染物浓度、农田面积、灌溉流量、施肥量对污染物贡献量和植物吸收污染物量,通过污染物平衡算式获得农田面源污染物的浓度及农田面源污染物负荷量。其中,所述水量平衡算式为:其中ΔV为时段蓄水量增量;Δt为时段长度;QI为时段平均灌溉流量;QO为时段平均退水流量;Ph为时段降雨强度;S为农田面积;E为时段蒸发强度;L为时段平均下渗水量;E=KEPE0,E0为时段水面蒸发强度,KEP为折算系数;所述污染物平衡算式为:其中ΔCP为污染物浓度的增量;V为时段蓄水量;Δt为时段长度;CI为灌溉污染物浓度;QI为时段平均灌溉流量;CO为退水污染物浓度;QO为时段平均退水流量;RP为降雨水质污染物质浓度;Ph为时段降雨强度;S为农田面积;kI为污染物下渗损耗系数;CP为下渗污染物浓度;L为时段平均下渗水量;F为施肥量对污染物贡献量;F=KCS,KC为肥料施用系数;GP为单位面积作物生长吸收污染物的总量;GP=GfPer,Gf为时段粮食产量,Per为粮食中污染物含量。其中,所述农田水循环各要素通量包括:降雨量、灌溉量、田间水深、渗漏量、蒸散发量和径流/排水量中的一个或多个。为达到上述目的,本专利技术的实施例中还提供了一种基于水循环的农田面源污染测算装置,包括:获取模块,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;模型构建模块,根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;处理模块,根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。其中,所述获取模块包括:获取子模块,用于基于农田水循环对农田面源污染的影响分析,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量。其中,所述模型构建模块包括:农田水量平衡模型构建子模块,用于根据获取的农田水循环各要素通量和水量平衡算式构建农田尺度上的水量平衡模型;农田污染物平衡模型构建子模块,用于根据获取的农田水循环各要素通量中所含污染物量和污染物平衡算式构建农田尺度上的污染物平衡模型。其中,所述处理模块包括:第一处理子模块,用于根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及实验小区的监测数据,获得待测农田区的农田面源污染测算的机理参数;第二处理子模块,用于根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及所述机理参数,获得待测农田区的农田面源污染负荷量。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下:本专利技术实施例的基于水循环的农田面源污染测算方法,基于农田灌溉不可或缺的水循环一侧,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;然后根据这些量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;再根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。本方法涉及到农田尺度上的水量平衡和污染物平衡过程,在测算中具有更高的准确性和科学性。附图说明图1表示本专利技术实施例的基于水循环的农田面源污染测算方法的步骤示意图;图2表示灌溉农田的水循环结构示意图;图3表示农田水循环过程中的农田面源污染示意图;图4表示农田水循环过程中的水质平衡要素与水量平衡要素示意图;图5表示田间渗漏采集装置示意图;图6表示本专利技术实施例的基于水循环的农田面源污染测算方法的步骤131的具体示意图;图7表示本专利技术实施例的基于水循环的农田面源污染测算方法的步骤132的具体示意图;图8表示本专利技术实施例的基于水循环的农田面源污染测算装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的非点源污染的负荷估算方法采用经验统计估算法,缺乏污染的具体过程与机理,得到的结果准确性较低的问题,提供一种基于水循环的农田面源污染测算方法,结合农田水循环结构更科学、准确地计算农田区面源污染负荷。如图1所示,本专利技术实施例的一种基于水循环的农田面源污染测算方法,包括:步骤11,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;步骤12,根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;步骤13,根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。应该了解的是,灌溉农田的水循环结构如图2所示,由于受到人类土地利用和直接引提水的影响,形成了自然降水和人类活动双重影响下的水循环结构。为了满足农业生产水资源的需求,人们从地表和地下水源取水,通过渠首及其附属建筑物向农田供水,经由田间工程进行农田灌水,形成包括取水、输配水、用水和排水的四大环节,并参与到农田区大气水、地表水、土壤水和地下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水循环的农田面源污染测算方法,其特征在于,包括:获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量。

【技术特征摘要】
1.一种基于水循环的农田面源污染测算方法,其特征在于,包括:获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量;根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型;根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量;其中,所述根据获取的农田水循环各要素通量及其中所含污染物量构建农田尺度上的水量平衡模型和污染物平衡模型,包括:根据获取的农田水循环各要素通量和水量平衡算式构建农田尺度上的水量平衡模型;根据获取的农田水循环各要素通量中所含污染物量和污染物平衡算式构建农田尺度上的污染物平衡模型;所述根据水量平衡模型和污染物平衡模型获得农田面源污染负荷量,包括:根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及实验小区的监测数据,获得待测农田区的农田面源污染测算机理参数;根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及所述机理参数,获得待测农田区的农田面源污染负荷量;所述水量平衡算式为:其中ΔV为时段蓄水量增量;Δt为时段长度;QI为时段平均灌溉流量;QO为时段平均退水流量;Ph为时段降雨强度;S为农田面积;E为时段蒸发强度;L为时段平均下渗水量;E=KEPE0,E0为时段水面蒸发强度,KEP为折算系数;所述污染物平衡算式为:其中ΔCP为污染物浓度的增量;V为时段蓄水量;Δt为时段长度;CI为灌溉污染物浓度;QI为时段平均灌溉流量;CO为退水污染物浓度;QO为时段平均退水流量;RP为降雨水质污染物质浓度;Ph为时段降雨强度;S为农田面积;kI为污染物下渗损耗系数;CP为下渗污染物浓度;L为时段平均下渗水量;F为施肥量对污染物贡献量;F=KCS,KC为肥料施用系数;GP为单位面积作物生长吸收污染物的总量;GP=GfPer,Gf为时段粮食产量,Per为粮食中污染物含量。2.根据权利要求1所述的基于水循环的农田面源污染测算方法,其特征在于,所述获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量,具体为:基于农田水循环对农田面源污染的影响分析,获取农田水循环各要素通量及其中所含污染物量。3.根据权利要求1所述的基于水循环的农田面源污染测算方法,其特征在于,所述根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及实验小区的监测数据,获得待测农田区的农田面源污染测算机理参数,具体包括:根据实验小区的监测数据,通过污染物平衡算式获得下渗水量;根据实验小区的监测数据和所述下渗水量,通过水量平衡算式获得蒸发量;其中获得的所述待测农田区的农田面源污染测算机理参数包括:所述实验小区的监测数据、所述下渗水量和所述蒸发量。4.根据权利要求3所述的基于水循环的农田面源污染测算方法,其特征在于,所述根据所述水量平衡模型和污染物平衡模型以及所述机...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖伟华郝彩莲张海涛杨贵羽石敏鲁帆
申请(专利权)人:中国水利水电科学研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

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