一種水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法及系統(tǒng)和岸邊帶建設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)與遙感領(lǐng)域，尤其涉及一種水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法及系 統(tǒng)和岸邊帶建設(shè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水環(huán)境是指自然界中水的形成、分布和轉(zhuǎn)化所處空間的環(huán)境。下墊面是指地球表 面，包括海洋、陸地、陸地上的高原、山地、平原、森林、草原以及城市等。下墊面各部分溫度、 水分以及表面形狀等參數(shù)均有較大差異，從而下墊面具有非均一性。
[0003] 現(xiàn)有的飲用水環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法中，主要采用定期定點(diǎn)水體采樣分析，或應(yīng)用遙感 技術(shù)進(jìn)行直接獲取水體中葉綠素、黃色物質(zhì)、懸浮物等含量，或者通過(guò)估算TP、TN、C0D等化 學(xué)指標(biāo)或元素進(jìn)入水體量進(jìn)行監(jiān)測(cè)或預(yù)警，因此缺乏綜合考慮水體和陸地兩方面因素的相 關(guān)模型和方法；岸邊緩沖帶作為水環(huán)境治理的重要措施，既起到凈化水質(zhì)的作用又能有效 維持陸地生態(tài)安全。目前水環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法中，多單純考慮水質(zhì)變化而忽視陸地生態(tài)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)與評(píng)估，也缺乏綜合考慮岸邊帶對(duì)水質(zhì)改善和生態(tài)安全維持的模擬分析，以致很難綜 合有效的對(duì)飲用水源地集水區(qū)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，很難為水環(huán)境規(guī)劃提供有力支撐。
[0004] 現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法由于缺乏多時(shí)相定量的空間數(shù)據(jù)支持，很難探明復(fù)雜流域 下墊面生態(tài)環(huán)境過(guò)程的復(fù)雜性，以致大多數(shù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)由于缺乏過(guò)程-機(jī)理分析，停留在定 性分析上，缺乏可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法單純考慮水質(zhì)變化而忽視 陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，造成的水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一方面提出了一種水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法，該 水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法包括：
[0007] 建立非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型和陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型；
[0008] 獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù) 建立地表飲用水源集水區(qū)水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0009] 根據(jù)所述非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型、陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型和所述水環(huán)境數(shù)據(jù) 庫(kù)對(duì)所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬；
[0010] 根據(jù)所述數(shù)值模擬的結(jié)果確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的水環(huán)境敏感區(qū)。
[0011] 可選地，所述建立非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型，包括：
[0012] 利用非點(diǎn)源污染估算模型獲取所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的各類污染物的污染負(fù)荷總量，計(jì) 算各類污染物的污染負(fù)荷變化速率，建立非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型。
[0013] 可選地，所述建立陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型，包括：
[0014] 建立陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)的指標(biāo)體系，分別從生態(tài)系統(tǒng)的壓力、生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和 人類響應(yīng)三個(gè)方面建立對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層；
[0015] 利用層次分析法確定所述指標(biāo)中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重因子；
[0016] 建立陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型；
[0017] 其中，所述生態(tài)系統(tǒng)的壓力指標(biāo)層包括干擾強(qiáng)度和干擾強(qiáng)度變化速率；所述生態(tài) 系統(tǒng)的狀態(tài)指標(biāo)層包括活力、破碎度指數(shù)、綜合彈性、水土保持指數(shù)、岸邊緩沖帶污染控制 指數(shù)；所述人類響應(yīng)指標(biāo)層包括保護(hù)指數(shù)。
[0018] 可選地，所述根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境敏感區(qū)，包括：
[0019] 利用非點(diǎn)源敏感區(qū)識(shí)別模型獲取各類污染物的污染負(fù)荷變化速率，根據(jù)所述非點(diǎn) 源污染負(fù)荷和各類污染物的污染變化速率確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的非點(diǎn)源污染敏感區(qū)；
[0020] 利用陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型獲取所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的陸地生態(tài)安全變化速率，根據(jù) 所述陸地生態(tài)安全變化速率確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的生態(tài)安全敏感區(qū)；
[0021] 根據(jù)所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的非點(diǎn)源污染敏感區(qū)和生態(tài)安全敏感區(qū)確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū) 域的水環(huán)境的敏感區(qū)。
[0022] 可選地，所述壓力指標(biāo)層中的干擾強(qiáng)度EP和干擾強(qiáng)度變化速率ΔEP通過(guò)以下公 式計(jì)算：
[0023] EPI=aJ·EP+α2·ΔEP,
[0024]
[0025]
[0026] 其中，EPI為壓力指數(shù)指標(biāo)；aα2分別為干擾強(qiáng)度和干擾強(qiáng)度變化速率的權(quán) 重，αι+α2= 1，α > 〇,α > 〇;Ai為待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)干擾類型i的面積，εi為干擾類型i的權(quán)重，A為待監(jiān)測(cè)區(qū)域中監(jiān)測(cè)單元的面積，EPt為時(shí)間t年的干擾強(qiáng)度，EP。為參考時(shí)間的 干擾強(qiáng)度，AEP_S各待監(jiān)測(cè)區(qū)域最大的干擾強(qiáng)度變化速率，N為統(tǒng)計(jì)的年數(shù)。
[0027] 可選地，所述狀態(tài)指標(biāo)層中的活力NPP、破碎度指數(shù)CI、綜合彈性E、水土保持指數(shù) SEI、岸邊緩沖帶污染控制指數(shù)PCI通過(guò)以下公式計(jì)算：
[0028] NPP=GPP-Ra,
[0029] GPP=εXAPRAXf^T)Xf2(0 ),
[0030]
[0031] 其中，GPP為總第一性生產(chǎn)力，1^代表生態(tài)系統(tǒng)的呼吸，ε為植被將所吸收的光合 有效輻射轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率;APRA為光合有效輻射量；fiCT)為溫度對(duì)光合作用的影 響函數(shù)，是溫度!；的函數(shù)；?·2(β)為水分對(duì)光合作用的影響函數(shù)，β為蒸發(fā)比；
[0032]
[0033] η
[0034] 其中，C為景觀的破碎度，Σ&為各景觀中所有景觀類型的斑塊總數(shù)，η為彡1的 ;=1, 整數(shù)，叫為特定景觀類型的斑塊總數(shù)，A為景觀的總面積，CI為破碎度指數(shù)，C_為各待監(jiān)測(cè) 區(qū)域的最大景觀破碎度；
[0035]
[0036] 其中，Cl分別為監(jiān)測(cè)單元內(nèi)各土地利用類型的面積，fi分別為各土地利用類型的 權(quán)重，A為待監(jiān)測(cè)區(qū)域中監(jiān)測(cè)單元的面積；
[0037]
[0038]
[0039] 其中，SE為待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)單位面積水土保持量，SE_為各待監(jiān)測(cè)區(qū)域最大的單位 面積水土保持量，VSE為待監(jiān)測(cè)區(qū)域中單位面積土壤侵蝕量，NSE為假設(shè)待監(jiān)測(cè)區(qū)域中沒(méi)有 植被覆蓋，單仿而和的十壤停蝕量；
[0040]
[0041] -rin-rout,
[0042] 其中，PC為待監(jiān)測(cè)區(qū)域的岸邊緩沖帶污染控制量，PC_為同樣規(guī)格的岸邊緩沖帶 最大控制量；PCin為進(jìn)入岸邊帶的污染物量；PC_為流出岸邊帶污染物量。
[0043] 可選地，所述人類響應(yīng)指標(biāo)層中的保護(hù)指數(shù)PTI通過(guò)以下公式計(jì)算：
[0044]
[0045] 其中，PTa為待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的保護(hù)區(qū)面積，A為待監(jiān)測(cè)區(qū)域中監(jiān)測(cè)單元的面積。
[0046] 可選地，所述方法還包括：
[0047] 根據(jù)土壤硝化反硝化作用和植被吸收過(guò)程建立岸邊緩沖帶模型，利用所述岸邊緩 沖帶模型獲取岸邊緩沖帶污染控制量PC。
[0048] 另一方面，本發(fā)明提出了一種利用上述水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法的岸邊帶建設(shè) 方法，包括在所述水環(huán)境敏感區(qū)建設(shè)岸邊帶。
[0049] 本發(fā)明還提出了一種水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別系統(tǒng)，該水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別系統(tǒng) 包括：
[0050] 模型建立單元，用于建立非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型和陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型；
[0051] 數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)所述衛(wèi)星 遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)建立地表飲用水源集水區(qū)水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0052] 水環(huán)境敏感區(qū)確定單元，用于根據(jù)所述非點(diǎn)源污染敏感區(qū)模型和陸地生態(tài)安全監(jiān) 測(cè)模型和所述水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)所述數(shù)值模擬 的結(jié)果確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的水環(huán)境敏感區(qū)。
[0053] 本發(fā)明提供水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法及系統(tǒng)和岸邊帶建設(shè)方法，綜合考慮水體 和陸地因素，提高了水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性及水環(huán)境敏感區(qū)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性，并根據(jù) 水環(huán)境敏感區(qū)的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行岸邊帶的建設(shè)。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0055] 圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法的示意圖；
[0056] 圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖3示出了本發(fā)明的水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法的原理圖；
[0058] 圖4示出了本發(fā)明的層次分析法的示意圖；
[0059] 圖5示出了本發(fā)明層次分析中的典型層次結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0061] 圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法的示意圖。如圖1所 示，該水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法包括：
[0062] S1 :建立非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型和陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型；
[0063] S2:獲取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象 數(shù)據(jù)建立地表飲用水源集水區(qū)水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0064] S3:根據(jù)所述非點(diǎn)源污染敏感區(qū)識(shí)別模型、陸地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)模型和所述水環(huán)境 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬；
[0065]S4:根據(jù)所述數(shù)值模擬的結(jié)果確定所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的水環(huán)境敏感區(qū)。
[0066] 本實(shí)施例的水環(huán)境敏感區(qū)遙感識(shí)別方法，綜合考慮水體和陸地因素，提高了水環(huán) 境監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性及水環(huán)境敏感區(qū)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲得的水環(huán)境 參數(shù)有效的反映空間的異構(gòu)性，解決