一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，本方法采用生态系统减轻水环境非点源污染服务物质量评估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶质及泥沙共轭运移理论，模拟集水区范围，明确服务的提供者和服务对象；根据水文敏感系数，结合各种土地利用方式的某种污染物的输出系数识别出关键污染源区；最后沿汇流路径，结合每个栅格像元上不同土地利用方式对该种污染物质的过滤能力系数得到被植被移除的该污染物质量。价值量模型结合集水区出口断面的期望水质标准与净化该污染物的边际成本进行计算。
【专利说明】一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生态系统对水环境影响的评估范畴,具体属于一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法。
【背景技术】
[0002]生态系统结构与生态系统服务及生态过程的关联性以成为未来生态系统服务的研究的重点课题之一。传统的生态内容不能满足生态系统服务的综合评估的需求。通过研究集水区(水体的地表水和地下水的补给区域)的土地使用规划，利用模型模拟。选择使该项生态系统服务价值最大化作为控制非点源污染的最优化土地利用格局，从而对该地区生态系统综合管理决策提供更有利支撑。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，解决了生态系统减轻水环境非点源污染服务价值计算的问题。通过研究集水区的土地使用规划，利用计算公式 HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) }和 ValueFilte-1oads I=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模拟，择使该项生态系统服务价值最大化作为控制非点源污染的最优化土地利用格局，从而对该地区生态系统综合管理决策提供更有利支撑，达到期望值。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，采用生态系统减轻水环境非点源污染服务物质量评估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶质及泥沙共轭运移理论。模拟集水区范围，明确服务的提供者和服务对象；根据水文敏感系数，结合各种土地利用方式的某种污染物的输出系数识别出关键污染源区；最后沿汇流路径，结合每个栅格像元上不同土地利用方式对该种污染物质的过滤能力系数得到被植被移除的该污染物质量。价值量模型结合集水区出口断面的期望水质标准与净化该污染物的边际成本进行计算。
[0005]所述的减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务物质量模型与ArcGIS9.2结合以便于大量空间数据的处理和模型结果的直观显示。以ArcGIS9.2作为界面和控制平台，采用栅格数据形式，进行模型的构建。
[0006]所述的在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充汇Fill工具对DEM数据(90m分辨率)中洼地进行填充，以修正DEM数据；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向数据,进而根据向像元贡献水流的山坡像元的记录派生出汇流量数据；然后根据检测地的位置点和汇流量数据，采用Snap Pour Point工具调整检测地的位置点，使其精确的捕捉到最近的汇流量最高的像元上；再根据调整后的检测地的注入点和流向数据，采用Watershed工具创建集水区。
[0007]所述的水文敏感系数由汇流量数据，土壤参数和坡度数据确定。采用此模型计算公式为=HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) } IHSCi 表示栅格 i 标准化前的水文敏感系数，flow_aCCi是栅格i上DEM数据派生出的汇流量数据，Ksati是栅格i上土壤渗透性数据，SOi^depthi是栅格i上土壤深度数据(mm)，Slopei是栅格i上DEM数据派生出的坡度数据(° )。
[0008]所述的计算得到的水文敏感系数栅格图层在数值上进行O~I的标准化处理，得到表征集水区检测元素迁移扩散能力的系数图层，即为水文敏感区指数(HSA)。基于土地利用/覆被分布数据及每种土地利用/覆被类型的检测元素输出系数得到的检测元素输出潜力图层与水文敏感区指数图层在ArcGIS9.2中进行栅格相乘，即可得到集水区内检测元素污染关键源区的空间变异特征。其计算公式为:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi为栅格i的关键污染源区指数(kg.km—2.a—1)，Loadsi为栅格i的检测元素年输出系数，即检测元素的年污染负荷(kg.km—2.a—1)，HSAi为栅格i的水文敏感区指数(无量纲)。
[0009]所述的集水区内每个栅格减轻集水区出口受纳水体检测元素非点源污染服务价值量的评估模型计算公式为:Value Fiite-1oads I=MCXmax(O, Filte_loadS1-EWQ/CN) ；ValuePilte-1oadsi为集水区内栅格i该项生态系统服务的价值(元)，MC为清除单位重量检测元素的费用(元/kg), Max (X，y)函数取x与y的较大值，FilteJoadsi为栅格i年过滤移除检测元素量，EffQ为集水区出口断面的期望输出水质标准，CN为总栅格数。
[0010]所述的输出像元大小统一设为IkmX lkm , EffQ/CN单位为kg.km_2.a_\ Max (x, y)函数中，在此函 数中可能出现的负值调为0，EWQ总检测元素(以磷素计)含量不得超过
0.01mg/Lo
[0011]所述的排污费收取标准按照14元/kg进行相关计算处理。
[0012]与已有技术相比，本发明的有益效果如下:
本发明提供一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，针对一种非点源污染物质磷素作为典型污染物进行模型的运用。可以反应出生态系统对受纳水体水质污染状况的服务能力。结合植被覆盖、利用程度等进行生态系统类型的进一步系统细致划分，适当调整参数，以获得更加准确模拟结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的案列雅砻江二滩水库2000年计算出的参数表。
【具体实施方式】
[0014]以雅砻江二滩水库为案例，通过计算公式HSCi= Ig { ( flow_acCi)/ (KsatiX soil_ClepthiXslopei) }和 Value Filte_loads J=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模拟计算 2000 年5种生态系统过滤一处磷素的量，亦即减轻集水区出口受纳水体磷素非点源服务的物质量和该项服务的价值量。结果表明:
1)集水区内各类生态系统平均水文敏感区指数变化范围为0.46~0.62 ;
2)各类生态系统平均关键污染源区指数变化范围为7.05~55.46kg.km_2.a—1 ；
3)农田、森林和草地生态系统该项服务平均物质量范围为8.46~9.63 Kg.Km_2.a'
[0015]从单位面积服务价值来看，林地的平均单位面积服务价值最高，达到134.8IYuan.Κπ 2.a_\亦即林地服务价值贡献率最高。2000年集水区生态系统对于减轻其 出口受纳水体磷素非点源污染服务的总价值达到1370.18万元。
【权利要求】
1.一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，采用生态系统减轻水环境非点源污染服务物质量评估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶质及泥沙共轭运移理论；模拟集水区范围，明确服务的提供者和服务对象；根据水文敏感系数，结合各种土地利用方式的某种污染物的输出系数识别出关键污染源区；最后沿汇流路径，结合每个栅格像元上不同土地利用方式对该种污染物质的过滤能力系数得到被植被移除的该污染物质量；价值量模型结合集水区出口断面的期望水质标准与净化该污染物的边际成本进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:将减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务物质量模型与ArcGIS9.2结合以便于大量空间数据的处理和模型结果的直观显示；以ArcGIS9.2作为界面和控制平台，采用栅格数据形式，进行模型的构建。
3.根据权利要求1或2所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充汇Fill工具对DEM数据(90m分辨率)中洼地进行填充，以修正DEM数据；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向数据,进而根据向像元贡献水流的山坡像元的记录派生出汇流量数据；然后根据检测地的位置点和汇流量数据，采用Snap Pour Point工具调整检测地的位置点，使其精确的捕捉到最近的汇流量最高的像元上；再根据调整后的检测地的注入点和流向数据，采用Watershed工具创建集水区。
4.根据权利要求1所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:水文敏感系数由汇流量数据，土壤参数和坡度数据确定；采用此模型计算公式为=HSCi= Ig { ( f low_acCi) / (KsatiX SoildepthiXslopei) I5HSCi 表示栅格 i 标准化前的水文敏感系数，flow_ aCCi是栅格i上DEM数据派生出的汇流量数据，Ksati是栅格i上土壤渗透性数据，SOi^depthi是栅格i上土壤深度数据(mm)，Slopei是栅格i上DEM数据派生出的坡度数据(° )。
5.根据权利要求1或4所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:计算得到的水文敏感系数栅格图层在数值上进行O~I的标准化处理，得到表征集水区检测元素迁移扩散能力的系数图层，即为水文敏感区指数(HSA);基于土地利用/覆被分布数据及每种土地利用/覆被类型的检测元素输出系数得到的检测元素输出潜力图层与水文敏感区指数图层在ArcGIS9.2中进行栅格相乘，即可得到集水区内检测元素污染关键源区的空间变异特征；其计算公式为:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi为栅格i的关键污染源区指数(kg.km—2.a—1)，Loadsi为栅格i的检测元素年输出系数，即检测元素的年污染负荷(kg.km_2.a-1), HSAi为栅格i的水文敏感区指数(无量纲)。
6.根据权利要求1所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:集水区内每个栅格减轻集水区出口受纳水体检测元素非点源污染服务价值量的评估模型计算公式为:Value Fiite-1oads I=MCXmax (O, Filte_loads1-EWQ/CN) ；Value Filte_lMds i为集水区内栅格i该项生态系统服务的价值(元)，MC为清除单位重量检测元素的费用(元Ag), Max (X，y)函数取x与y的较大值，FilteJoadsi为栅格i年过滤移除检测元素量，EffQ为集水区出口断面的期望输出水质标准，CN为总栅格数。
7.根据权利要求1或6所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:输出像元大小统一设为IkmX lkm, EWQ/CN单位为kg*km_2.a-1, Max (x, y)函数中，在此函数中可能出现的负值调为0，EWQ总检测元素(以磷素计)含量不得超过.0.01mg/Lo
8.根据权利要求1所述的一种生态系统减轻水环境非点源污染服务价值评估方法，其特征在于:排污费收取标准按照14元/kg 进行相关计算处理。
【文档编号】G06F19/00GK104036145SQ201410293561
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】吴楠, 高吉喜, 方降龙, 何方, 周晓铁, 葛菁, 德里斯 申请人:安徽省环境科学研究院