【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水資源承載力評(píng)估，具體涉及基于budyko假說(shuō)和swat模型的灰水足跡計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
1、在氣候變化日益嚴(yán)峻的背景下，人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的影響愈發(fā)顯著，這不僅威脅著人類的生活和生產(chǎn)。氣溫波動(dòng)和降雨模式的改變，作為氣候變化的直接后果，間接加劇了非點(diǎn)源污染問(wèn)題。人類活動(dòng)的直接影響，如土地利用類型的變遷，進(jìn)一步強(qiáng)化了這種聯(lián)系，它通過(guò)重塑下墊面特性和流域的水文過(guò)程，使得水環(huán)境的污染問(wèn)題更加復(fù)雜化。氣候變化的劇烈變化促使土地利用格局發(fā)生轉(zhuǎn)變，而下墊面性質(zhì)的多樣性又導(dǎo)致氣候因素如降雨和氣溫的差異化，這些因素共同作用，使得整個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)峻性更加凸顯；2002年arjenhoekstra教授提出水足跡概念，以揭示人類對(duì)水資源的占用壓力，成為水資源和水環(huán)境領(lǐng)域評(píng)估的重要技術(shù)方法。灰水足跡則表示將人類活動(dòng)排放的污染物稀釋到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所需要的凈化水量，能夠用于量化由人類活動(dòng)引起的水污染負(fù)荷。雖然目前提出了一些灰水足跡量化方法，但未能考慮污染物的自然本底濃度對(duì)水質(zhì)負(fù)荷量化的影響，通常將河流水質(zhì)參數(shù)中的自然本底濃度考慮為零，這種做法忽略了水體在自然狀態(tài)下可能存在的微弱污染，導(dǎo)致對(duì)實(shí)際污染負(fù)荷的低估，也無(wú)法全面評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)水質(zhì)惡化的影響，明晰水質(zhì)參數(shù)的自然本底濃度，對(duì)于準(zhǔn)確計(jì)算農(nóng)業(yè)面源污染物的灰水足跡具有顯著影響。因此，迫切需要提出一種需要考慮水體中污染物自然本底濃度的灰水足跡計(jì)算方法，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)水質(zhì)的影響，并制定更有效的水質(zhì)保護(hù)策略。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)
2、本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是，基于budyko假設(shè)和swat模型的灰水足跡計(jì)算方法，具體步驟如下：
3、s1.獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建swat模型，基于水文站所在子流域歷年水文數(shù)據(jù)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面歷年水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)swat模型進(jìn)行校驗(yàn)，得到最優(yōu)swat模型；
4、s2.利用最優(yōu)swat模型輸出水文站所在子流域月徑流量，并計(jì)算子流域年徑流量，利用mann-kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)對(duì)子流域年徑流量進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，并繪制趨勢(shì)圖；
5、s3.利用pettit突變法確定趨勢(shì)圖中的年徑流量突變年份，根據(jù)突變年份計(jì)算人類活動(dòng)對(duì)子流域年徑流量變化的貢獻(xiàn)率；
6、s4.基于貢獻(xiàn)率判斷人類活動(dòng)對(duì)年徑流量變化影響最小的水文站所在流域，并計(jì)算水文站所在子流域污染物自然本底濃度；
7、s5.基于水文站所在子流域污染物自然本底濃度，計(jì)算水文站所在子流域污染物的灰水足跡。
8、本專利技術(shù)的特點(diǎn)還在于，
9、步驟s1中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)為dem高程數(shù)據(jù)、土壤和土地利用空間分布數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)為氣象數(shù)據(jù)、土壤和土地利用類型數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù)。
10、步驟s1中swat模型包括產(chǎn)匯流子模塊、水文過(guò)程子模塊、污染負(fù)荷子模塊；對(duì)swat模型進(jìn)行校驗(yàn)分為水文校驗(yàn)和水質(zhì)校驗(yàn)。
11、步驟s1中基于水文站所在子流域歷年水文數(shù)據(jù)對(duì)swat模型進(jìn)行校驗(yàn)具體操作為：
12、通過(guò)將swat模型輸出結(jié)果直接與swat-cup率定工具連接，首先利用徑流的敏感參數(shù)對(duì)swat模型輸出參數(shù)中的徑流量參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)與驗(yàn)證，依次從上游至下游進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)r2與納什系數(shù)ens的計(jì)算公式計(jì)算swat模型的校準(zhǔn)期與驗(yàn)證期；
13、先利用水文站所在子流域歷年水文數(shù)據(jù)對(duì)swat模型的水文過(guò)程進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，swat模型在校核與驗(yàn)證期間均滿足，相關(guān)系數(shù)r2不小于0.6且納什系數(shù)ens不低于0.5時(shí)；
14、再利用水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面歷年水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)swat模型的水質(zhì)過(guò)程進(jìn)行校準(zhǔn)與驗(yàn)證，swat模型在校核與驗(yàn)證期間均滿足，相關(guān)系數(shù)r2不小于0.6且納什系數(shù)ens不小于0.5時(shí)，得到最優(yōu)swat模型；
15、相關(guān)系數(shù)和納什系數(shù)計(jì)算方法如下：
16、
17、式中：qot和qst分別是第t個(gè)徑流實(shí)測(cè)值和模擬值，和分別為模擬時(shí)間段的徑流實(shí)測(cè)平均值和模擬平均值。
18、步驟s2中子流域年徑流量，計(jì)算方法如下：
19、
20、式中：q是水文站流域月均流量；δt為時(shí)間；f為水文站流域的流域面積。
21、步驟s3具體為：
22、s301：利用世界糧農(nóng)組織修正的penman-monteith公式，計(jì)算水文站所在子流域的長(zhǎng)時(shí)間尺度潛在蒸散發(fā)量，計(jì)算方法如下：
23、
24、式中：et0為水文站所在子流域的長(zhǎng)時(shí)間尺度潛在蒸散發(fā)量，單位為mm/d，δ為飽和水汽壓曲線斜率，單位為kpa/℃，rn為太陽(yáng)凈輻射，單位為mj?m-2d-1，g為土壤熱通量，單位為mj?m-2d-1，γ為干濕常數(shù)，單位為kpa/℃，u2為2m高處的風(fēng)速，單位為m/s，t為平均氣溫，單位為℃，es為平均飽和水汽壓，單位為kpa，ea為實(shí)際水汽壓，單位為kpa，(es-ea)為飽和水汽壓差，單位為kpa；
25、s302：利用水文站所在子流域的長(zhǎng)時(shí)間尺度潛在蒸散發(fā)量與水熱耦合平衡方程，計(jì)算水文站所在子流域下墊面參數(shù)，計(jì)算方法如下：
26、
27、式中：r為徑流深，單位為mm，p為降雨量，單位為mm，et為實(shí)際蒸散發(fā)量，單位為mm，ω為水文站所在子流域下墊面參數(shù)；
28、s303：利用水文站所在子流域的長(zhǎng)時(shí)間尺度潛在蒸散發(fā)量與水文站所在子流域下墊面參數(shù)，計(jì)算水文站所在子流域下墊面參數(shù)彈性系數(shù)εω，計(jì)算方法如下：
29、
30、s304：利用水文站所在子流域下墊面參數(shù)和水文站所在子流域下墊面參數(shù)彈性系數(shù)計(jì)算，計(jì)算人類活動(dòng)影響下水文站所在子流域的年徑流量的變化，計(jì)算方法如下：
31、
32、式中：δrω為人類活動(dòng)影響下年徑流量的變化，δω為水文站所在子流域下墊面參數(shù)變化；
33、s305：利用人類活動(dòng)影響下水文站所在子流域年徑流量的變化與徑流深變化計(jì)算人類活動(dòng)對(duì)年徑流量變化的貢獻(xiàn)率，計(jì)算方法如下：
34、
35、步驟s4具體為：
36、將步驟s3獲取的多個(gè)貢獻(xiàn)率進(jìn)行比較，選擇貢獻(xiàn)率最低的水文站所在子流域，基于步驟s1得到的最優(yōu)swat模型輸出人類活動(dòng)對(duì)年徑流量影響最小的水文站所在子流域的氨氮負(fù)荷，利用人類活動(dòng)對(duì)年徑流量影響最小的水文站所在子流域氨氮負(fù)荷與水文站所在子流域?qū)嶋H徑流計(jì)算水文站所在子流域水體中污染物的自然本底濃度，計(jì)算方法如下：
37、
38、式中：lmin,i是人類活動(dòng)對(duì)徑流量影響最小子流域的污染物負(fù)荷，qact,i是子流域?qū)嶋H徑流，cnat，i是子流域污染物的自然本底濃度。
39、步驟s5具體為：
40、根據(jù)人類活動(dòng)對(duì)年徑流量影響最小的水文站所在子流域水體中污本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，步驟S1中所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，所述空間數(shù)據(jù)為DEM高程數(shù)據(jù)、土壤和土地利用空間分布數(shù)據(jù)，所述屬性數(shù)據(jù)為氣象數(shù)據(jù)、土壤和土地利用類型數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，步驟S1中所述SWAT模型包括產(chǎn)匯流子模塊、水文過(guò)程子模塊、污染負(fù)荷子模塊；所述對(duì)SWAT模型進(jìn)行校驗(yàn)分為水文校驗(yàn)和水質(zhì)校驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡估算方法，其特征在于，步驟S1中所述基于水文站所在子流域歷年水文數(shù)據(jù)對(duì)SWAT模型進(jìn)行校驗(yàn)具體操作為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡估算方法，其特征在于，步驟S2中所述子流域年徑流量，計(jì)算方法如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于Budyko假設(shè)和SWAT模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于Budyko假說(shuō)和SWAT模型的灰水足跡估算方法，其特征在于，所述步驟S5具體為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于budyko假設(shè)和swat模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于budyko假設(shè)和swat模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，步驟s1中所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，所述空間數(shù)據(jù)為dem高程數(shù)據(jù)、土壤和土地利用空間分布數(shù)據(jù)，所述屬性數(shù)據(jù)為氣象數(shù)據(jù)、土壤和土地利用類型數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于budyko假設(shè)和swat模型的灰水足跡計(jì)算方法，其特征在于，步驟s1中所述swat模型包括產(chǎn)匯流子模塊、水文過(guò)程子模塊、污染負(fù)荷子模塊；所述對(duì)swat模型進(jìn)行校驗(yàn)分為水文校驗(yàn)和水質(zhì)校驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于budyko...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：諶霞，袁旭年，孫世坤，王凱，卿登科，李小龍，劉曉雁，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西北農(nóng)林科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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