一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法，该方法中使用判别分析法计算流域泥沙来源与泥沙的距离和距离权重，利用距离与贡献率的反比关系计算流域尺度次降雨泥沙来源的相对贡献率。此方法比传统的混合模型更可靠，受泥沙来源个数的影响更小，可以研究次降雨空间产沙规律，计算不同降雨强度泥沙来源贡献率，可以解决混合模型受泥沙来源个数的限制，避免了混合模型计算结果出现虚假数值解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流域泥沙来源判断
，尤其涉及一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法。
技术介绍
水土流失已成为我国严重的环境问题之一。水土流失不仅会降低土地生产力，泥沙进入河道也会破坏河流生态环境和堵塞河道；同时，污染物通常附着在泥沙表面，随泥沙进入河流从而造成地表水的污染。准确的判断泥沙来源及其贡献可以为做好水土保持和水资源管理提供重要的依据。常用的指纹识别法可以弥补目前土壤侵蚀模型和土壤侵蚀测量方法在大流域尺度预测和切沟侵蚀预测中的不足。二十世纪七十年代，指纹识别法开始被应用到确定流域泥沙来源及其空间分布的研究。目前，此方法已被广泛应用在流域尺度的泥沙来源研究中。使用指纹识别法，首先需要划分泥沙来源，其次要确定示踪因子，再次使用模型计算泥沙来源相对贡献率。通常指纹识别法采用混合模型计算泥沙来源的相对贡献率。但混合模型存在的问题是当泥沙来源数增加时，其预测结果准确率明显下降。Lees等(1997)研究了混合模型的预测结果随泥沙来源数的变化，他们发现当泥沙来源数从2个增加到6个时，模型预测成功率从75％下降到0。Small等(2002)提出，当泥沙来源数增加时，混合模型会预测某些泥沙来源无贡献或仅给出虚假的数值解。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法，该方法可靠性较高，受泥沙来源个数的影响更小，可以研究次降雨空间产沙规律，计算不同降雨强度泥沙来源贡献率，对于水土保持时间和空间的规划具有指导意义。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法，该方法包括：将研究区划分为M个泥沙来源区，并采集每一泥沙来源区的表层土壤样品；在次降雨径流过程中采集流域出口泥沙样品；将所述每一泥沙来源区的土壤样品与泥沙样品分别进行预处理后，进行全元素测量；基于判别分析法，从所有土壤样品的测量结果中筛选出能够区分泥沙来源区的化学元素，并建立对应的判别方程，再计算判别方程分类泥沙样品来源的正确比例；根据判别方程中所包含的化学元素种类，将每一泥沙来源区的土壤样品以及泥沙样品对应化学元素及相应的浓度分别代入判别方程中，从而计算出每一泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置；根据每一泥沙来源区的中心位置、采集泥沙样品的位置以及判别方程分类泥沙样品来源的正确比例，计算每一泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离，从而确定每一泥沙来源区对泥沙样品的相对贡献。进一步的，所述将所述每一泥沙来源区的土壤样品与泥沙样品分别进行预处理后，进行全元素测量包括：使用去离子水分别将土壤样品与泥沙样品过湿筛，保留小于预定尺寸的泥沙颗粒；将过湿筛的土壤样品与泥沙样品在预定温度下烘干后，使用电感耦合等离子体质谱仪进行全元素测量，获得每一土壤样品与泥沙样品所包含的化学元素种类及对应的浓度。进一步的，所述基于判别分析法，从所有土壤样品的测量结果中筛选出能够区分泥沙来源区的化学元素，并建立对应的判别方程包括：对比所有土壤样品的测量结果，筛选浓度含量不同的化学元素；将浓度含量不同的化学元素在不同泥沙来源区的差别进行量化，筛选出量化结果大于预定值的化学元素，并建立对应的判别方程。进一步的，所述根据判别方程中所包含的化学元素种类，将每一泥沙来源区的土壤样品以及泥沙样品对应化学元素及相应的浓度分别代入判别方程中，从而计算出每一泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置包括：当仅有一个判别方程时，将则将每一土壤样品以及泥沙样品分别代入判别方程中，获得的数值则为对应泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置；当有两个判别方程时，则将每一土壤样品以及泥沙样品分别代入这两个判别方程中，获得两个数值；将这两个数值分别作为二维坐标系中的x值和y值，从而计算出每一泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置。进一步的，所述根据每一泥沙来源区的中心位置、采集泥沙样品的位置以及判别方程分类泥沙样品来源的正确比例，计算每一泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离包括：若判别方程的数量为n个，则第m个泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离Dm计算公式为： D m = Σ i = 1 n ρ i 100 | F i ( source m ) - F i ( sediment ) | , m ∈ [ 1 , M ] ; ]]>其中，ρi表示第i个判别方程分类泥沙样品来源的正确比例，Fi(sourcem)与Fi(sediment)分别为第i个判别方程计算到的第m个泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置。进一步的，确定每一泥沙来源区对泥沙样品的相对贡献包括：计算第m个泥沙来源区对泥沙样品相对贡献的权重Wm，其表示为： W m = 1 D m ; ]]>其中，Dm表示第m个泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离；计算所有泥沙来源区对泥沙样品相对贡献的权重之和W，其表示为： W = Σ i = 1 m 1 D m ; ]]>计算第m个泥沙来源区对泥沙样品的相对贡献Pm，其表示为： P m = W m W · 100 % . ]]>由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，使用判别分析法计算流域泥沙来源与泥沙的距离和距离权重，利用距离与贡献率的反比关系计算流域尺度次降雨泥沙来源的相对贡献率。此方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法，其特征在于，该方法包括：将研究区划分为M个泥沙来源区，并采集每一泥沙来源区的表层土壤样品；在次降雨径流过程中采集流域出口泥沙样品；将所述每一泥沙来源区的土壤样品与泥沙样品分别进行预处理后，进行全元素测量；基于判别分析法，从所有土壤样品的测量结果中筛选出能够区分泥沙来源区的化学元素，并建立对应的判别方程，再计算判别方程分类泥沙样品来源的正确比例；根据判别方程中所包含的化学元素种类，将每一泥沙来源区的土壤样品以及泥沙样品对应化学元素及相应的浓度分别代入判别方程中，从而计算出每一泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置；根据每一泥沙来源区的中心位置、采集泥沙样品的位置以及判别方程分类泥沙样品来源的正确比例，计算每一泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离，从而确定每一泥沙来源区对泥沙样品的相对贡献。

【技术特征摘要】
1.一种确定流域尺度次降雨泥沙来源的方法，其特征在于，该方法包括：
将研究区划分为M个泥沙来源区，并采集每一泥沙来源区的表层土壤样品；
在次降雨径流过程中采集流域出口泥沙样品；
将所述每一泥沙来源区的土壤样品与泥沙样品分别进行预处理后，进行全元素测
量；
基于判别分析法，从所有土壤样品的测量结果中筛选出能够区分泥沙来源区的化学
元素，并建立对应的判别方程，再计算判别方程分类泥沙样品来源的正确比例；
根据判别方程中所包含的化学元素种类，将每一泥沙来源区的土壤样品以及泥沙样
品对应化学元素及相应的浓度分别代入判别方程中，从而计算出每一泥沙来源区的中心
位置，以及采集泥沙样品的位置；
根据每一泥沙来源区的中心位置、采集泥沙样品的位置以及判别方程分类泥沙样品
来源的正确比例，计算每一泥沙来源区的中心位置与采集泥沙样品的位置之间的距离，
从而确定每一泥沙来源区对泥沙样品的相对贡献。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述每一泥沙来源区的土壤样
品与泥沙样品分别进行预处理后，进行全元素测量包括：
使用去离子水分别将土壤样品与泥沙样品过湿筛，保留小于预定尺寸的泥沙颗粒；
将过湿筛的土壤样品与泥沙样品在预定温度下烘干后，使用电感耦合等离子体质谱
仪进行全元素测量，获得每一土壤样品与泥沙样品所包含的化学元素种类及对应的浓
度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于判别分析法，从所有土壤样
品的测量结果中筛选出能够区分泥沙来源区的化学元素，并建立对应的判别方程包括：
对比所有土壤样品的测量结果，筛选浓度含量不同的化学元素；
将浓度含量不同的化学元素在不同泥沙来源区的差别进行量化，筛选出量化结果大
于预定值的化学元素，并建立对应的判别方程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判别方程中所包含的化学元
素种类，将每一泥沙来源区的土壤样品以及泥沙样品对应化学元素及相应的浓度分别代
入判别方程中，从而计算出每一泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置包
括：
当仅有一个判别方程时，将则将每一土壤样品以及泥沙样品分别代入判别方程中，
获得的数值则为对应泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置；
当有两个判别方程时，则将每一土壤样品以及泥沙样品分别代入这两个判别方程
中，获得两个数值；将这两个数值分别作为二维坐标系中的x值和y值，从而计算出每一
泥沙来源区的中心位置，以及采集泥沙样品的位置。
5.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰，曹文洪，解刚，王向东，成晨，赵阳，周利军，殷小琳，朱毕生，胡健，张晓明，杨涛，
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