一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，本方法采用生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論，模擬集水區(qū)范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據(jù)水文敏感系數(shù)，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數(shù)識別出關鍵污染源區(qū)；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數(shù)得到被植被移除的該污染物質量。價值量模型結合集水區(qū)出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
【專利說明】一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生態(tài)系統(tǒng)對水環(huán)境影響的評估范疇,具體屬于一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法。
【背景技術】
[0002]生態(tài)系統(tǒng)結構與生態(tài)系統(tǒng)服務及生態(tài)過程的關聯(lián)性以成為未來生態(tài)系統(tǒng)服務的研究的重點課題之一。傳統(tǒng)的生態(tài)內容不能滿足生態(tài)系統(tǒng)服務的綜合評估的需求。通過研究集水區(qū)(水體的地表水和地下水的補給區(qū)域)的土地使用規(guī)劃，利用模型模擬。選擇使該項生態(tài)系統(tǒng)服務價值最大化作為控制非點源污染的最優(yōu)化土地利用格局，從而對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合管理決策提供更有利支撐。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，解決了生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值計算的問題。通過研究集水區(qū)的土地使用規(guī)劃，利用計算公式 HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) }和 ValueFilte-1oads I=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模擬，擇使該項生態(tài)系統(tǒng)服務價值最大化作為控制非點源污染的最優(yōu)化土地利用格局，從而對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合管理決策提供更有利支撐，達到期望值。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，采用生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論。模擬集水區(qū)范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據(jù)水文敏感系數(shù)，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數(shù)識別出關鍵污染源區(qū)；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數(shù)得到被植被移除的該污染物質量。價值量模型結合集水區(qū)出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
[0005]所述的減輕集水區(qū)出口受納水體非點源污染服務物質量模型與ArcGIS9.2結合以便于大量空間數(shù)據(jù)的處理和模型結果的直觀顯示。以ArcGIS9.2作為界面和控制平臺，采用柵格數(shù)據(jù)形式，進行模型的構建。
[0006]所述的在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充匯Fill工具對DEM數(shù)據(jù)(90m分辨率)中洼地進行填充，以修正DEM數(shù)據(jù)；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向數(shù)據(jù),進而根據(jù)向像元貢獻水流的山坡像元的記錄派生出匯流量數(shù)據(jù)；然后根據(jù)檢測地的位置點和匯流量數(shù)據(jù)，采用Snap Pour Point工具調整檢測地的位置點，使其精確的捕捉到最近的匯流量最高的像元上；再根據(jù)調整后的檢測地的注入點和流向數(shù)據(jù)，采用Watershed工具創(chuàng)建集水區(qū)。
[0007]所述的水文敏感系數(shù)由匯流量數(shù)據(jù)，土壤參數(shù)和坡度數(shù)據(jù)確定。采用此模型計算公式為=HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) } IHSCi 表示柵格 i 標準化前的水文敏感系數(shù)，flow_aCCi是柵格i上DEM數(shù)據(jù)派生出的匯流量數(shù)據(jù)，Ksati是柵格i上土壤滲透性數(shù)據(jù)，SOi^depthi是柵格i上土壤深度數(shù)據(jù)(mm)，Slopei是柵格i上DEM數(shù)據(jù)派生出的坡度數(shù)據(jù)(° )。
[0008]所述的計算得到的水文敏感系數(shù)柵格圖層在數(shù)值上進行O~I的標準化處理，得到表征集水區(qū)檢測元素遷移擴散能力的系數(shù)圖層，即為水文敏感區(qū)指數(shù)(HSA)。基于土地利用/覆被分布數(shù)據(jù)及每種土地利用/覆被類型的檢測元素輸出系數(shù)得到的檢測元素輸出潛力圖層與水文敏感區(qū)指數(shù)圖層在ArcGIS9.2中進行柵格相乘，即可得到集水區(qū)內檢測元素污染關鍵源區(qū)的空間變異特征。其計算公式為:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi為柵格i的關鍵污染源區(qū)指數(shù)(kg.km—2.a—1)，Loadsi為柵格i的檢測元素年輸出系數(shù)，即檢測元素的年污染負荷(kg.km—2.a—1)，HSAi為柵格i的水文敏感區(qū)指數(shù)(無量綱)。
[0009]所述的集水區(qū)內每個柵格減輕集水區(qū)出口受納水體檢測元素非點源污染服務價值量的評估模型計算公式為:Value Fiite-1oads I=MCXmax(O, Filte_loadS1-EWQ/CN) ；ValuePilte-1oadsi為集水區(qū)內柵格i該項生態(tài)系統(tǒng)服務的價值(元)，MC為清除單位重量檢測元素的費用(元/kg), Max (X，y)函數(shù)取x與y的較大值，F(xiàn)ilteJoadsi為柵格i年過濾移除檢測元素量，EffQ為集水區(qū)出口斷面的期望輸出水質標準，CN為總柵格數(shù)。
[0010]所述的輸出像元大小統(tǒng)一設為IkmX lkm , EffQ/CN單位為kg.km_2.a_\ Max (x, y)函數(shù)中，在此函 數(shù)中可能出現(xiàn)的負值調為0，EWQ總檢測元素(以磷素計)含量不得超過
0.01mg/Lo
[0011]所述的排污費收取標準按照14元/kg進行相關計算處理。
[0012]與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明提供一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，針對一種非點源污染物質磷素作為典型污染物進行模型的運用。可以反應出生態(tài)系統(tǒng)對受納水體水質污染狀況的服務能力。結合植被覆蓋、利用程度等進行生態(tài)系統(tǒng)類型的進一步系統(tǒng)細致劃分，適當調整參數(shù)，以獲得更加準確模擬結果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的案列雅礱江二灘水庫2000年計算出的參數(shù)表。
【具體實施方式】
[0014]以雅礱江二灘水庫為案例，通過計算公式HSCi= Ig { ( flow_acCi)/ (KsatiX soil_ClepthiXslopei) }和 Value Filte_loads J=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模擬計算 2000 年5種生態(tài)系統(tǒng)過濾一處磷素的量，亦即減輕集水區(qū)出口受納水體磷素非點源服務的物質量和該項服務的價值量。結果表明:
1)集水區(qū)內各類生態(tài)系統(tǒng)平均水文敏感區(qū)指數(shù)變化范圍為0.46~0.62 ;
2)各類生態(tài)系統(tǒng)平均關鍵污染源區(qū)指數(shù)變化范圍為7.05~55.46kg.km_2.a—1 ；
3)農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng)該項服務平均物質量范圍為8.46~9.63 Kg.Km_2.a'
[0015]從單位面積服務價值來看，林地的平均單位面積服務價值最高，達到134.8IYuan.Κπ 2.a_\亦即林地服務價值貢獻率最高。2000年集水區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對于減輕其 出口受納水體磷素非點源污染服務的總價值達到1370.18萬元。
【權利要求】
1.一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，采用生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論；模擬集水區(qū)范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據(jù)水文敏感系數(shù)，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數(shù)識別出關鍵污染源區(qū)；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數(shù)得到被植被移除的該污染物質量；價值量模型結合集水區(qū)出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:將減輕集水區(qū)出口受納水體非點源污染服務物質量模型與ArcGIS9.2結合以便于大量空間數(shù)據(jù)的處理和模型結果的直觀顯示；以ArcGIS9.2作為界面和控制平臺，采用柵格數(shù)據(jù)形式，進行模型的構建。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充匯Fill工具對DEM數(shù)據(jù)(90m分辨率)中洼地進行填充，以修正DEM數(shù)據(jù)；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向數(shù)據(jù),進而根據(jù)向像元貢獻水流的山坡像元的記錄派生出匯流量數(shù)據(jù)；然后根據(jù)檢測地的位置點和匯流量數(shù)據(jù)，采用Snap Pour Point工具調整檢測地的位置點，使其精確的捕捉到最近的匯流量最高的像元上；再根據(jù)調整后的檢測地的注入點和流向數(shù)據(jù)，采用Watershed工具創(chuàng)建集水區(qū)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:水文敏感系數(shù)由匯流量數(shù)據(jù)，土壤參數(shù)和坡度數(shù)據(jù)確定；采用此模型計算公式為=HSCi= Ig { ( f low_acCi) / (KsatiX SoildepthiXslopei) I5HSCi 表示柵格 i 標準化前的水文敏感系數(shù)，flow_ aCCi是柵格i上DEM數(shù)據(jù)派生出的匯流量數(shù)據(jù)，Ksati是柵格i上土壤滲透性數(shù)據(jù)，SOi^depthi是柵格i上土壤深度數(shù)據(jù)(mm)，Slopei是柵格i上DEM數(shù)據(jù)派生出的坡度數(shù)據(jù)(° )。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:計算得到的水文敏感系數(shù)柵格圖層在數(shù)值上進行O~I的標準化處理，得到表征集水區(qū)檢測元素遷移擴散能力的系數(shù)圖層，即為水文敏感區(qū)指數(shù)(HSA);基于土地利用/覆被分布數(shù)據(jù)及每種土地利用/覆被類型的檢測元素輸出系數(shù)得到的檢測元素輸出潛力圖層與水文敏感區(qū)指數(shù)圖層在ArcGIS9.2中進行柵格相乘，即可得到集水區(qū)內檢測元素污染關鍵源區(qū)的空間變異特征；其計算公式為:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi為柵格i的關鍵污染源區(qū)指數(shù)(kg.km—2.a—1)，Loadsi為柵格i的檢測元素年輸出系數(shù)，即檢測元素的年污染負荷(kg.km_2.a-1), HSAi為柵格i的水文敏感區(qū)指數(shù)(無量綱)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:集水區(qū)內每個柵格減輕集水區(qū)出口受納水體檢測元素非點源污染服務價值量的評估模型計算公式為:Value Fiite-1oads I=MCXmax (O, Filte_loads1-EWQ/CN) ；Value Filte_lMds i為集水區(qū)內柵格i該項生態(tài)系統(tǒng)服務的價值(元)，MC為清除單位重量檢測元素的費用(元Ag), Max (X，y)函數(shù)取x與y的較大值，F(xiàn)ilteJoadsi為柵格i年過濾移除檢測元素量，EffQ為集水區(qū)出口斷面的期望輸出水質標準，CN為總柵格數(shù)。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:輸出像元大小統(tǒng)一設為IkmX lkm, EWQ/CN單位為kg*km_2.a-1, Max (x, y)函數(shù)中，在此函數(shù)中可能出現(xiàn)的負值調為0，EWQ總檢測元素(以磷素計)含量不得超過.0.01mg/Lo
8.根據(jù)權利要求1所述的一種生態(tài)系統(tǒng)減輕水環(huán)境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:排污費收取標準按照14元/kg 進行相關計算處理。
【文檔編號】G06F19/00GK104036145SQ201410293561
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】吳楠, 高吉喜, 方降龍, 何方, 周曉鐵, 葛菁, 德里斯 申請人:安徽省環(huán)境科學研究院