一种水源涵养量的综合评价方法技术

本发明专利技术公开了一种水源涵养量的综合评价方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立水源涵养量评价方程；步骤2、基于分布式水文模型的来水评价；步骤3、年度水源涵养量的分功能评价；步骤4：水源涵养量综合评价。本发明专利技术所述方法紧密结合水循环的全过程，拓展了水源涵养功能评价的维度，综合考虑汛期时段的“调峰”、平水时段的“蓄滞”以及枯水时段“供水”等多种功能，丰富了水源涵养量评价方法体系。本发明专利技术将分布式水文模拟与通用水源涵养量分功能综合评价法相融合，发挥二者优势，在保障精度前提下，可灵活选取评价区域和评价时段，大幅度提升水源涵养量评价效率。升水源涵养量评价效率。升水源涵养量评价效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水源涵养量的综合评价方法


[0001]本专利技术属于水文生态保护
，尤其涉及一种水源涵养量的综合评价方法。

技术介绍

[0002]水资源是基础性的自然资源，是保障经济社会发展的基础。在生态系统为人类社会提供的多种服务功能中，水源涵养功能具有不可替代性。开展水源涵养量评价工作，是科学应对水资源压力、解决水问题的重要依据，对保障区域经济社会可持续发展与维系生态系统健康平衡具有重要意义。
[0003]当前水资源涵养能力评价方法大体可分为如下三类：一是关注森林蓄滞洪水功能，将森林冠层截留量作为水源涵养量；二是关注土壤层对生态系统供水功能，将土壤层对水分的调蓄量作为水源涵养量；三是关注自然系统对经济社会的供水功能，将全部来水量作为水源涵养量。总得来说，现有水源涵养量评价方法存在一些不足，其往往局限于单个维度，只关注对水循环局部过程和功能的调节，缺少综合考量与整体把握。
[0004]事实上，水源涵养沟通了水循环的截留、入渗、蒸发、产流和汇流等多个过程，涉及水土保持、调节洪峰、滋养生态系统、向下游供水等多维功能。不同的功能之间，有正相关的组合，如森林冠层、枯落层截留下来的水分既滋养了植被，又起到削减洪水的作用；也有负相关的组合，如植树造林可在水土流失防治和洪水调节方面发挥重要作用，但同时带来垂向水循环过程强化、耗水量增加、来水量减少等效应。因此，亟需一种基于不同涵养功能的水源涵养量综合评价方法，既能对防洪、供水、生态等分项水源涵养功能做出科学评估，又可实现对水循环全过程的整体考虑与一体化评价。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种水源涵养量的综合评价方法，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提出一种水源涵养量的综合评价方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、建立水源涵养量评价方程：根据研究区流域汛期时段的调峰功能、平水时段的滞水功能以及枯水时段的产水供水功能，建立通用水源涵养量评价方程为：
[0009][0010]式中，W
涵
为流域水源涵养量，m3；W
汛
为汛期时段的水源涵养量，m3；W
平
为平水时段的水源涵养量，m3；W
枯
为枯水时段的水源涵养量，m3；
[0011]以月为单位划分评价时段，将一年划分为汛期时段、平水时段与枯水时段：
[0012]N＝N
汛
+N
平
+N
枯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]式中，N＝12；N
汛
表示一年中汛期时段月数；N
平
表示一年中平水时段月数；N
枯
表示一年中枯水时段月数；
[0014]并据此得到年度水源涵养量评价方程：
[0015][0016]式中，为第j年的流域水源涵养量，m3；为第j年汛期时段的水源涵养量，m3；为第j年平水时段的水源涵养量，m3；为第j年枯水时段的水源涵养量，m3；
[0017]步骤2、基于分布式水文模型的来水评价：建立研究区的分布式水文模型并进行校准，使用校准好的模型对研究区来水情况进行月尺度评价，得到研究区逐月来水量评价结果；
[0018]步骤3、年度水源涵养量的分功能评价：对年度水源涵养量进行分功能评价，包括对平水时段的水源涵养量进行评价、对汛期时段的水源涵养量进行评价以及对枯水时段的水源涵养量进行评价；
[0019]步骤4、水源涵养量综合评价：对于研究区内任意指定区域，在指定的时间序列内，对该区域进行逐年水源涵养量的分功能评价，进而得到该区域水源涵养量综合评价结果。
[0020]进一步的是，步骤2中所述建立研究区的分布式水文模型并进行校准的具体过程为：
[0021]基于ArcGIS平台，调用水文分析工具箱，对DEM数据进行分析，提取出研究区的多级河流水系，将研究区划分为若干个子流域，将地理信息、气象信息、参数信息展布到子流域上，建立研究区的分布式水文模型，运行模型实现流域分布式水文模拟，输出指定水文断面的逐月模拟径流系列值，将模拟径流系列值与观测径流系列值进行对比，采用评估指标进行评估，并对模型参数进行调整。
[0022]进一步的是，所述评估指标包括纳什效率系数NSE和平均偏差系数PBIAS，纳什效率系数的计算公式为：
[0023][0024]平均偏差系数的计算公式为：
[0025][0026]式中，NSE的取值范围为(
‑
∞,1]；为观测径流系列值，m3/s；为模拟径流系列值，m3/s；为观测径流系列均值，m3/s；n为系列长度；
[0027]所述对模型参数进行调整的原则为：
[0028]NSE
→
max,PBIAS
→
min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0029]并保证NSE≥0.7，|PBIAS|≤10％。
[0030]进一步的是，步骤3中所述对平水时段的水源涵养量进行评价包括以下步骤：
[0031]1)计算研究区坡度栅格空间分布：在ArcGIS平台下，调用空间分析工具箱下的坡度分析工具，基于DEM数据计算得到研究区坡度栅格空间分布，并生成TIF文件；
[0032]2)计算涵养层厚度空间分布以及流速系数空间分布：在ArcGIS平台下，调用空间分析工具箱下的栅格计算器工具，根据土地利用类型的空间分布以及每种土地利用类型与涵养层厚度、流速系数之间的对应关系，逐栅格计算涵养层厚度空间分布以及流速系数空间分布，并生成TIF文件；
[0033]3)计算地形指数：输入研究区矢量地图，以及生成的坡度栅格文件、涵养层厚度与流速系数栅格文件，在ArcGIS平台下，调用空间分析工具箱下的分区统计工具，计算地形指数，计算公式为：
[0034][0035]式中，TI为地形指数；A为研究区范围内的栅格数量；S
d
为涵养层厚度，mm；S
P
为地形坡度，％；
[0036]4)计算平水时段的水源涵养量：
[0037]输入研究区矢量地图，在ArcGIS平台下调用空间分析工具箱下的分区统计工具，得到研究区涵养层饱和水力传导系数、流速系数，结合地形指数以及研究区逐月来水量评价结果，计算平水时段的水源涵养量，计算公式为：
[0038][0039]式中，为第j年平水时段的水源涵养量，m3；V为流速系数，无量纲；K为涵养层饱和水力传导系数，mm/d；TI为地形指数；R
i
为第i月的来水量，m3。
[0040]进一步的是，步骤3中所述对汛期时段的水源涵养量进行评价包括以下步骤：
[0041]1)参考下垫面的来水量评价：以裸地为参照下垫面，将此信息输入校准好的分布式水文模型中进行计算，得到相应来水量，记为数据W
参
；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水源涵养量的综合评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立水源涵养量评价方程：根据研究区流域汛期时段的调峰功能、平水时段的滞水功能以及枯水时段的产水供水功能，建立通用水源涵养量评价方程为：式中，W
涵
为流域水源涵养量，m3；W
汛
为汛期时段的水源涵养量，m3；W
平
为平水时段的水源涵养量，m3；W
枯
为枯水时段的水源涵养量，m3；以月为单位划分评价时段，将一年划分为汛期时段、平水时段与枯水时段：N＝N
汛
+N
平
+N
枯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，N＝12；N
汛
表示一年中汛期时段月数；N
平
表示一年中平水时段月数；N
枯
表示一年中枯水时段月数；并据此得到年度水源涵养量评价方程：式中，为第j年的流域水源涵养量，m3；为第j年汛期时段的水源涵养量，m3；为第j年平水时段的水源涵养量，m3；为第j年枯水时段的水源涵养量，m3；步骤2、基于分布式水文模型的来水评价：建立研究区的分布式水文模型并进行校准，使用校准好的模型对研究区来水情况进行月尺度评价，得到研究区逐月来水量评价结果；步骤3、年度水源涵养量的分功能评价：对年度水源涵养量进行分功能评价，包括对平水时段的水源涵养量进行评价、对汛期时段的水源涵养量进行评价以及对枯水时段的水源涵养量进行评价；步骤4、水源涵养量综合评价：对于研究区内任意指定区域，在指定的时间序列内，对该区域进行逐年水源涵养量的分功能评价，进而得到该区域水源涵养量综合评价结果。2.根据权利要求1所述的一种水源涵养量的综合评价方法，其特征在于，步骤2中所述建立研究区的分布式水文模型并进行校准的具体过程为：基于ArcGIS平台，调用水文分析工具箱，对DEM数据进行分析，提取出研究区的多级河流水系，将研究区划分为若干个子流域，将地理信息、气象信息、参数信息展布到子流域上，建立研究区的分布式水文模型，运行模型实现流域分布式水文模拟，输出指定水文断面的逐月模拟径流系列值，将模拟径流系列值与观测径流系列值进行对比，采用评估指标进行评估，并对模型参数进行调整。3.根据权利要求2所述的一种水源涵养量的综合评价方法，其特征在于，所述评估指标包括纳什效率系数NSE和平均偏差系数PBIAS，纳什效率系数的计算公式为：平均偏差系数的计算公式为：
式中，NSE的取值范围为(
‑
∞,1]；为观测径流系列值，m3/s；为模拟径流系列值，m3/s；为观测径流系列均值，m3/s；n为系列长度；所述对模型参数进行调整的原则为：NSE
→...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军凯，贾仰文，杨成刚，仇亚琴，姚岳来，王蓓卿，牛存稳，郝春沣，贾玲，刘海滢，何锡君，王贝，董颢，王嘉浩，蒋梦源，
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：