一种内陆河上游地区的土地利用规划方法及规划系统技术方案

本发明专利技术提供了一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，包括驱动验证步骤：通过模型驱动数据和模型验证数据，驱动并验证Eagleson生态水文模型；产流量影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟得到的数据，通过植被控制实验量化分析植被动态变化对产流的影响；生态系统影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟的生态最优植被盖度，分析植被动态变化对内陆河上游地区生态系统的影响；土地利用规划步骤：对比产流量影响分析步骤和生态系统影响分析步骤的分析结果，制定土地利用规划方案。本发明专利技术方法，应用了年尺度动态变化的土地利用遥感数据与Eagleson生态水文模型结合，首次将Eagleson生态水文模型应用于内陆河上游地区，提出针对内陆河上游产流和生态的土地利用规划方法。

【技术实现步骤摘要】
一种内陆河上游地区的土地利用规划方法及规划系统
本专利技术涉及生态环境土地规划
，具体地，涉及一种应用于内陆河水塔地区的土地利用规划方法及规划系统。
技术介绍
在干旱和半干旱地区，上游对整个内陆河流域的社会经济发展和维持生态可持续起着至关重要的作用。尤其是在中国西北地区，内陆河流域上游一般位于山区，大量的降水和冰川、积雪的融水提供了可以满足中下游用水需求的水资源。来自上游的径流通常用来维持绿洲并供应给绿洲社会经济用水，如果农业发展造成的人工绿洲的扩张，使中游的用水量急剧增加，那么可用于维持下游生态系统的水量就会减少，从而导致自然绿洲退化、荒漠化和终端湖泊萎缩等问题。总之，缺水是根本原因。然而，未来人口增长、社会经济发展和气候变化将进一步增加水供应压力。因此，对于内河上游流域，除了维持生态平衡，还需要考虑如何保证产流量，植被通过改变下垫面水热条件来调节产流，是生态系统的关键要素。近年来，植被动态受到大规模生态恢复的显著影响，尤其是内陆河地区，然而，植被动态对上游生态稳定与水量平衡的影响程度尚不清楚，部分原因是可以用来量化区域植被动态的监测数据稀缺。为了保证产流，必须首先明确植被动态对产流量的影响。可以定量评价植被动态对产流量影响的模型有两类。一类是基于Budyko水平衡框架的经验模型，其结构相对简单，所需输入变量较少，易于应用和调试，然而，该模型没有充分考虑物理模型的不确定性。Budyko框架一般将下垫面条件处理为单个参数，该参数仅与研究流域有关，缺乏将框架推广到其他区域的物理机制。与此类模型相比，SWAT和Noah-MP等模型具有更详细的模型结构来表示物理机制，但是，这类模型需要校准和验证，由于对物理机制的了解有限，经常会产生不确定性。以上描述的所有模型都可以用来量化植被动态对产流量变化的影响，但由于缺乏理论依据都无法评估植被动态对生态系统的影响。也就是说，现有的应用于内陆河上游的模型不能同时评价植被动态对产流变化和生态系统变化的影响，也不能探索如何同时保持上游产流和生态稳定。因此，必须发展一个能够同时满足这两个目标的模型。经过对现有技术的检索，申请公布号为CN107944636A专利技术专利公开了一种流域生态干旱评估与预报方法，基于流域栅格单元的垂向混合产流模型模拟的月流量过程，采用P-III型分布函数拟合理论概率分布，将偏态分布转化为标准正态分布，得到流域生态干旱指数值，依据Tennant法计算河道生态需水量，并将不同等级所需生态径流量值标准化，确定流域生态干旱指数的干旱等级划分标准。该方法无法获得可以兼顾产流和生态稳定的土地利用方案，所以无法为内陆河上游地区提供精确的生态修复方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种内陆河上游地区的土地利用规划方法及规划系统。本专利技术的目的是通过以下方案实现的：本专利技术的第一方面提供一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，包括以下步骤：驱动验证步骤：通过模型驱动数据和模型验证数据，驱动并验证Eagleson生态水文模型所述模型驱动数据包括气象数据、土壤数据和植被数据(包括土地利用类型、归一化植被指数以及植被属性等模型所需参数，植被属性参数指表1植被数据中非计算获得的部分)；所述气象数据来源为中国气象驱动数据集和GLASS数据集；所述植被数据来源为MODIS数据集、AVHRR数据集、欧洲太空总署的土地利用数据以及来自寒区旱区数据中心的植被属性统计数据；所述土壤数据来源为土壤水力参数数据集；所述模型验证数据来源为GLEAM蒸散发数据集，内陆河上游地区水文站点实测径流数据以及内陆河上游地区土壤水实测数据；产流量影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟得到的数据，通过植被控制实验量化分析植被动态变化对生长季产流量的影响；植被控制实验为将驱动验证步骤的植被数据中的植被参数及受植被影响的潜在蒸散发Eps(在本专利技术中Eps参照水文学手册，使用中国气象驱动数据集和GLASS数据集中的数据直接计算完成)控制在某一年的水平；量化方法为，用年季动态变化的植被参数计算得到生长季产流量，用控制在某一年水平的植被参数计算得到相应的生长季产流量，二者之差即为在自然演化和生态修复共同作用下的植被动态变化对生长季产流量的影响，差值越小，证明植被动态变化对产流的影响越小；生态系统影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟的生态最优植被盖度，分析植被动态变化对内陆河上游地区生态系统的影响；根据生态最优植被盖度Meq和实际植被盖度M之间的差值，判断植被动态变化是否让植被向生态最优方向发展；如果实际植被盖度低于生态最优植被盖度，植被会继续向最优状态生长，如果实际植被盖度超过生态最优植被盖度，当地植物会因缺水而死亡(如果生态最优植被盖度Meq和实际植被盖度M之差的绝对值大于0.05就视为有差异，有差异就意味着对生态系统有影响)。生态最优植被盖度Meq通过调试Eagleson生态水文模型得到，方法是：向模型中输入0-1(步长为0.01)的植被盖度M，结合表1中的其他数据，会得到每一个M值对应的土壤含水量s0，当土壤含水量最大时对应的M值为生态最优植被盖度Meq；土地利用规划步骤：对比产流量影响分析步骤和生态系统影响分析步骤的分析结果，统计植被动态向着偏离生态平衡方向变化并且导致生长季产流量减少的区域占比，从而判断增加内陆河上游生长季产流量的植被动态变化和维持生态稳定(维持生态稳定就是让实际植被盖度M接近生态最优植被盖度Meq)是否矛盾，在维持生态稳定的前提下探究可以增加内陆河上游产流的土地利用方案。所述土地利用方案包括放牧、保持原有植被状态或种植树木等。进一步地，所述驱动验证步骤具体包括：S11、一方面，本专利技术中数据需要处理到同样大小的网格中，输入到模型进行计算，由于土壤数据存在较大的空间异质性，因此将所有数据插值到与土壤数据相同的0.008°×0.008°的网格上；另一方面，本专利技术中部分气象数据(包括平均暴雨深度、平均降雨历时、平均降雨间隔期、平均次降水强度，气象数据来自中国气象驱动数据集)和植被输入数据(植被盖度M)需要进行计算得到，计算方法如下：平均暴雨深度mh：mh＝κ0/λ0(2)公式(1)中Γ()和Υ()分别代表完全和不完全Gamma分布，h代表次暴雨深[cm]，κ0和λ0分别代表形状参数和尺度参数，通过拟合得到。平均降雨历时mtr：mtr＝1/δ(4)公式(3)和(4)中tr代表降雨历时[days]，δ为参数，通过拟合得到。平均降雨间隔期：mtb＝1/υ(6)公式(5)和(6)中，tb代表降雨间隔期[days]，u为参数，通过拟合得到。平均次降水强度：f(i)＝τe-τi(7)mi＝1/τ(8)公式(7)和(8)中，i代表降雨强度[cm/day]，τ为参数，通过拟合得到。植被盖度M计算方法如下：当叶面积指数Lt＞3时：M＝(NDVI-NDVImin)/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n驱动验证步骤：通过模型驱动数据和模型验证数据，驱动并验证Eagleson生态水文模型，所述模型驱动数据包括气象数据、土壤数据和植被数据；/n产流量影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟得到的数据，通过植被控制实验量化分析植被动态变化对生长季产流量的影响；/n生态系统影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟的生态最优植被盖度，分析植被动态变化对内陆河上游地区生态系统的影响；/n土地利用规划步骤：对比产流量影响分析步骤和生态系统影响分析步骤的分析结果，制定土地利用规划方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱动验证步骤：通过模型驱动数据和模型验证数据，驱动并验证Eagleson生态水文模型，所述模型驱动数据包括气象数据、土壤数据和植被数据；
产流量影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟得到的数据，通过植被控制实验量化分析植被动态变化对生长季产流量的影响；
生态系统影响分析步骤：根据Eagleson生态水文模型模拟的生态最优植被盖度，分析植被动态变化对内陆河上游地区生态系统的影响；
土地利用规划步骤：对比产流量影响分析步骤和生态系统影响分析步骤的分析结果，制定土地利用规划方案。


2.根据权利要求1所述的一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，所述驱动验证步骤具体包括：
S11、处理待输入的部分气象数据和植被数据，然后将气象数据和植被数据插值到与土壤数据相同的0.008°×0.008°的网格上；
S12、模拟Eagleson生态水文模型
输入气象数据、土壤数据和植被数据，构建Eagleson生态水文模型，根据水量平衡原理得到土壤含水量s0，同时通过土壤含水量s0和输入参数计算得到模拟的蒸散发量和生长季产流量；
S13、验证Eagleson生态水文模型
使用选定的内陆河上游地区观测点的生长季径流数据、土壤水分观测值和蒸散发遥感观测值对步骤S12中Eagleson生态水文模型模拟的生长季产流量、模拟的土壤含水量s0和模拟的蒸散发量进行验证，用相关系数R、均方根误差RMSE和相对偏差BIAS表征验证结果。


3.根据权利要求2所述的一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，步骤S11中，需要处理的数据包括：平均暴雨深度、平均降雨历时、平均降雨间隔期、平均次降水强度和植被盖度。


4.根据权利要求2所述的一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，步骤S12中，Eagleson生态水文模型的水量平衡公式为mh＝Ei+Ev+Es+Rs+Rd-Rg-ΔS，其中，mh为平均暴雨深度、Ei为截留蒸发、Ev为植被蒸腾、Es为土壤蒸发、Rs为地表径流、Rd为深层渗漏、Rg毛管上升水和ΔS为土壤含水量变化，其中，土壤含水量变化ΔS为0。


5.根据权利要求2所述的一种内陆河上游地区的土地利用规划方法，其特征在于，步骤S13中，内陆河上游地区观测点的生长季径流数据对Eagleson生态水文模型模拟的生长季产流量进行验证后，若相关系数R为0.5-1，相对偏差BIAS小于0，RMSE小于上游地区观测点的生长季径流数据最低值，即认为模拟结果有效；
内陆河上游地区观测点的土壤水分观测值对Eagleson生态水文模型模拟的模拟土壤水分进行验证后，若相关系数R为0.5-1，R...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝庆，苏同宣，龙彪，李垚，邵蕊，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62