基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法

1.本发明涉及农业环境保护技术领域，特别是涉及一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法。


背景技术：

2.农田面源污染是当前水环境污染的主要来源之一，尤其是在利于农业生产的平原河网地区更为突出。同时，受分散种植为主的经营因素、降水等自然因素、施肥管理等人为因素的多重影响，使得农田面源污染排放具有明显的不确定性、随机性和空间异质性等特点，为防控和治理带来了较大难度。农田面源污染的防控是以粮食安全为前提，农田保护红线不容逾越，造成环境保护与农业生产间的矛盾较为突出。因此，农田面源污染应采用顺应农业生产、顺应自然的生态方法为主进行防控，以平衡生产、生态、效率、成本和可持续间的关系。
3.近年来，中国从农田面源污染的源头减量、过程阻控、末端净化等角度，开展了大量的研究与工程应用。其中的源头减量在中国现有农业生产模式下，无法进行大规模推广，需要完善的政策保障和激励机制。因此面源污染物的过程阻控与末端净化是必要和有效的技术手段，在当前工程中普遍采用。其基本原理是利用农田内部沟渠、水塘、支浜等空间，利用人工与自然结合的方式进行多级生态拦截与净化，包括生态沟渠的过程阻控、生态塘和仿自然湿地的末端净化技术等，其中的末端净化技术在中国农田面源污染控制中发挥了较大作用，但如何在可利用的有限空间内实现生态拦截净化效率的最大化？如何区分有限空间在不同田块间的差异化利用？当前一般的做法并未考虑有限空间在不同田块间的差异，仅从末端空间自身角度构建生态塘、湿地系统，工程建设的设计依据不充分，针对性不强。并且在面源污染生态拦截工程建设过程中大多依靠经验，无法保证拦截净化的高效与稳定。


技术实现要素：

4.为解决或至少缓解上述问题，本发明提出一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，能够在工程尺度上建立工程不同田块空间与可利用的有限空间之间的关系，为不同地块末端净化工程的差异化改造提供最直接的参数依据，进而提高有限空间的拦截净化效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，包括：
7.获取工程区域地图，并基于所述工程区域地图进行分区划分，得到工程区域内的各个分区；
8.识别所述各个分区内的可利用有限空间；所述可利用有限空间包括支浜水体空间和其它有限空间；所述其它有限空间包括废弃塘、低洼地、河浜浜头；
9.分类统计所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度；所述可利用有
限空间的面积包括支浜水体空间面积和其它有限空间面积；所述可利用有限空间的陆水边界长度包括支浜陆水边界实际长度、支浜直线长度、其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度；
10.根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率；所述有限空间占比包括支浜水体空间占比和其它有限空间占比；所述陆水边界曲率包括支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率；
11.根据所述各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。
12.可选地，所述根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率，包括：
13.根据所述支浜水体空间面积，采用公式计算各个分区的支浜水体空间占比；其中r
bi
为第i个分区的支浜水体空间占比；s
bi
为第i个分区的支浜水体空间面积；ai为第i个分区的分区面积。
14.可选地，所述根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率，还包括：
15.根据所述其它有限空间面积，采用公式计算各个分区的其它有限空间占比；其中r
ci
为第i个分区的其它有限空间占比；s
ci
为第i个分区的其它有限空间面积。
16.可选地，所述根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率，还包括：
17.根据所述支浜陆水边界实际长度和支浜直线长度，采用公式计算各个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；其中k
bi
为第i个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；l
bi
为第i个分区的支浜陆水边界实际长度；l
bsi
为第i个分区的支浜直线长度；n为工程区域内的分区数量。
18.可选地，所述根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率，还包括：
19.根据所述其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度，采用公式计算各个分区的其它有限空间陆水边界曲率；其中k
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界曲率；l
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界实际长度；l
csi
为第i个分区的其它有限空间最大直线长度。
20.一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程改造系统，包括：
21.分区划分模块，用于获取工程区域地图，并基于所述工程区域地图进行分区划分，得到工程区域内的各个分区；
22.有限空间识别模块，用于识别所述各个分区内的可利用有限空间；所述可利用有限空间包括支浜水体空间和其它有限空间；所述其它有限空间包括废弃塘、低洼地、河浜浜头；
23.有限空间分类统计模块，用于分类统计所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度；所述可利用有限空间的面积包括支浜水体空间面积和其它有限空间面积；所述可利用有限空间的陆水边界长度包括支浜陆水边界实际长度、支浜直线长度、其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度；
24.有限空间占比和陆水边界曲率计算模块，用于根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率；所述有限空间占比包括支浜水体空间占比和其它有限空间占比；所述陆水边界曲率包括支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率；
25.工程差异化改造模块，用于根据所述各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。
26.可选地，所述有限空间占比和陆水边界曲率计算模块包括：
27.支浜水体空间占比计算单元，用于根据所述支浜水体空间面积，采用公式计算各个分区的支浜水体空间占比；其中r
bi
为第i个分区的支浜水体空间占比；s
bi
为第i个分区的支浜水体空间面积；ai为第i个分区的分区面积。
28.可选地，所述有限空间占比和陆水边界曲率计算模块还包括：
29.其它有限空间占比计算单元，用于根据所述其它有限空间面积，采用公式计算各个分区的其它有限空间占比；其中r
ci
为第i个分区的其它有限空间占比；s
ci
为第i个分区的其它有限空间面积。
30.可选地，所述有限空间占比和陆水边界曲率计算模块还包括：
31.支浜水体空间陆水边界曲率计算单元，用于根据所述支浜陆水边界实际长度和支浜直线长度，采用公式计算各个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；其中k
bi
为第i个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；l
bi
为第i个分区的支浜陆水边界实际长度；l
bsi
为第i个分区的支浜直线长度；n为工程区域内的分区数量。
32.可选地，所述有限空间占比和陆水边界曲率计算模块还包括：
33.其它有限空间陆水边界曲率计算单元，用于根据所述其它有限空间陆水边界实际
长度和其它有限空间最大直线长度，采用公式计算各个分区的其它有限空间陆水边界曲率；其中k
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界曲率；l
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界实际长度；l
csi
为第i个分区的其它有限空间最大直线长度。
34.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
35.本发明提供了一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法及系统，所述方法包括：获取工程区域地图，并基于所述工程区域地图进行分区划分，得到工程区域内的各个分区；识别所述各个分区内的可利用有限空间；所述可利用有限空间包括支浜水体空间和其它有限空间；所述其它有限空间包括废弃塘、低洼地、河浜浜头；分类统计所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度；所述可利用有限空间的面积包括支浜水体空间面积和其它有限空间面积；所述可利用有限空间的陆水边界长度包括支浜陆水边界实际长度、支浜直线长度、其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度；根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率；所述有限空间占比包括支浜水体空间占比和其它有限空间占比；所述陆水边界曲率包括支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率；根据所述各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。本发明方法提出了有限空间占比和陆水边界曲率的概念，能够在工程尺度上建立工程不同田块空间与可利用有限空间之间的关系；依据计算出的支浜水体空间占比、其它有限空间占比、支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率这四个指标对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造，为不同地块末端净化工程的差异化改造提供了最直接的参数依据，可有效弥补农田排水生态拦截工程中末端净化技术应用空间上针对性不强、构建方式上差异化不足的缺点，实现有限空间拦截净化效率的最大化。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法的流程图；
38.图2为本发明一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法的原理示意图；
39.图3为本发明实施例对工程区域进行分区划分的示意图；
40.图4为本发明实施例对工程区域各个分区进行平面调查的示意图；
41.图5为本发明实施例依据采用本发明方法计算出的四个指标进行分区比较与综合分析的示意图。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.本发明的目的是提供一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，能够在工程尺度上建立工程不同田块空间与可利用的有限空间之间的关系，为不同地块末端净化工程的差异化改造提供最直接的参数依据，进而提高有限空间拦截净化效率。
44.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
45.图2为本发明一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法的原理示意图。参见图2，本发明方法主要包括工程区域分区划分、有限空间的识别与调查、有限空间占比与陆水边界曲率计算、分区比较与综合研判等过程。本发明提供了一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，引入了可利用有限空间占比(统称有限空间占比)、陆水边界曲率等概念，经调查统计与计算分析后，为末端净化工程提供应用场景与差异化设计的依据，解决工程建设针对性不完善等问题。
46.图1为本发明一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法的流程图。参见图1，本发明一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，具体包括：
47.步骤1：获取工程区域地图，并基于所述工程区域地图进行分区划分，得到工程区域内的各个分区。
48.本发明获取的工程区域地图可以是工程区域的地形图或卫星地图、遥感地图等影像图。在实际应用中，可以依据水系、主要道路等对工程区域进行自然划分，也可以以象限进行人为划分，从而得到工程区域内的各个分区，例如图3所示，目的是为后续可利用有限空间各参数指标的比较提供依据。
49.具体地，在地块排水单元清晰的工程区域，可据此直接进行分区划分。但在平原河网区，田块排水方向多样、多变的情况下，可利用工程区域内的河流、支浜、主要道路等进行分区划分，外围边界即为工程区域边界，内部分隔的不规则区块即为划分好的分区。以河流或支浜为界线时，两侧分区排水可能都会汇入，同时左右岸线弯曲程度一般不同，因此本发明方法将与各分区衔接的岸线归为本分区所有，但河流或支浜水域为各涉及到的分区共有，即分区统计时重复计入。在农田生态拦截工程中，一般存在一条主干河流作为工程区域总排水的去向，如主要河流在工程区域范围内，则均不计入各分区中。分区划分后，共得到n个分区，利用autocad等软件绘制分区边界，并计算各分区面积a，以单位m2计。将第i个分区的分区面积记为ai。
50.步骤2：识别所述各个分区内的可利用有限空间。
51.步骤2是对步骤1各分区内可利用有限空间进行识别与调查，本发明中定义的可利用有限空间也简称为有限空间，是指在不占用农田等空间前提下，工程区域内可作为生态拦截末端净化的支浜、废弃塘、低洼地等空间场所；对于断头河浜，将河浜浜头单独计入。对于主要河流，由于其汇水为各支浜，且上下游空间关系复杂，农田排水生态拦截工程一般不将其用作直接的净化场所，因此本发明方法不将其作为有限空间。
52.在进行后续分类统计时，将支浜水体空间(可简称支浜)单独统计，将废弃塘、低洼地、断头河浜浜头等定义为其它有限空间进行统计。因此，本发明所述可利用有限空间包括支浜水体空间和其它有限空间；所述其它有限空间包括废弃塘、低洼地、河浜浜头。
53.本发明定义的有限空间是以不逾越耕地红线、不占用农民土地为前提，在农田区域内识别可用的拦截与治理空间，实现在这些“有限空间”内的治理效率最大化。因此，本发明提供的基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，可以改变农田面源生态拦截工程建设的盲目性，为工程设计提供更直接、针对性更强的设计依据，为支浜、废弃塘、低洼地、河浜浜头在不同分区内的差异化改造及技术的配置强度提供参考，这也是本发明的优点所在。
54.步骤3：分类统计所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度。
55.在步骤2对各个分区内河流、支浜、低洼地、水塘等进行识别、标记后，步骤3对上述各个分区内的有限空间进行统计计算。
56.统计可利用有限空间的面积：其中，支浜水体空间单独统计，面积标记为sb(单位m2)；废弃塘、低洼地、河浜浜头等定义为其它有限空间，面积标记为sc(单位m2)。即，可利用有限空间的面积包括支浜水体空间面积sb和其它有限空间面积sc。将第i个分区统计得到的支浜水体空间面积记为s
bi
；将第i个分区统计得到的其它有限空间面积记为s
ci
。
57.统计可利用有限空间陆水边界(岸线)长度：所述可利用有限空间的陆水边界长度包括支浜陆水边界实际长度、支浜直线长度、其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度。其中支浜陆水边界实际长度标记为lb(单位m)，支浜直线长度标记为l
bs
(单位m)，其它有限空间陆水边界实际长度标记为lc(单位m)，其它有限空间最大直线长度标记为l
cs
(单位m)。将第i个分区统计得到的支浜陆水边界实际长度记为l
bi
，其支浜直线长度记为l
bsi
。将第i个分区统计得到的其它有限空间陆水边界实际长度记为l
ci
，其它有限空间最大直线长度记为l
csi
。
58.将以上统计结果记录于excel或其它表格或数据库中，供后续步骤使用。
59.步骤4：根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率。
60.步骤4是在步骤3有限空间识别与调查的基础上，计算分析各个分区中有限空间占比与陆水边界曲率。其中所述有限空间占比包括支浜水体空间占比和其它有限空间占比；所述陆水边界曲率包括支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率。
61.本发明提出的有限空间占比r是指有限空间面积占分区面积的比例，其意义在于，能够通过各分区间比较，初步了解工程区域内有限空间的占比，进而为针对性和差异化布局面源污染生态拦截末端净化工程提供依据。
62.其中，支浜空间长宽比较大，也是末端净化中的最后一步，因此需要单独计算，支浜空间占比rb按下式(1)计算：
[0063][0064]
其中r
bi
为第i个分区的支浜水体空间占比；s
bi
为第i个分区的支浜水体空间面积；ai为第i个分区的分区面积。
[0065]
其它有限空间一般是斑块状嵌入在工程区域内，分布分散，单体长宽比相对较小，有可能是末端净化的中间环节，因此也单独计算，其它有限空间占比rc按下式(2)计算：
[0066][0067]
其中r
ci
为第i个分区的其它有限空间占比；s
ci
为第i个分区的其它有限空间面积。
[0068]
本发明提出的陆水边界曲率k是指各类型有限空间陆水边界实际长度与其直线长度的比值，其意义在于，可对不同分区间有限空间边界进行定量比较，为面源污染生态拦截末端净化工程提供针对性和差异化的参数依据和场所。其中，支浜陆水边界曲率kb是指支浜与农田衔接的岸线边界实际长度与支浜直线长度的比值，由于农田区域支浜大部分为自然状态，其左右岸陆水边界可能不同，面源污染排放与有限空间的接触面也不同，因此在实际应用中可以左右岸分开统计。其它有限空间陆水边界曲率kc是其它有限空间陆水边界实际长度与其最大直线长度的比值。由于工程区域内存在多个分区，各个分区内一般又存在多处有限空间，利用单个分区陆水边界实际长度与工程区域总实际长度比值作为权重，可反映农田与有限空间的衔接程度，据此综合计算作为后续研判的最终依据。分区kb及kc分别按下式(3)和式(4)计算。
[0069][0070]
其中k
bi
为第i个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；l
bi
为第i个分区的支浜陆水边界实际长度；l
bsi
为第i个分区的支浜直线长度；n为工程区域内的分区数量。
[0071][0072]
其中k
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界曲率；l
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界实际长度；l
csi
为第i个分区的其它有限空间最大直线长度。
[0073]
本发明提出的陆水边界曲率k其作用有二：一是通过陆水边界曲率k可以对农田与支浜、低洼地、废弃塘、河浜浜头等有限空间的接触面进行更有效的诠释，即在同等条件下，田块与排水空间的接触面越大，则越有利于面源污染的拦截和净化；二是可以基于计算出的陆水边界曲率k，通过分区间支浜、其它有限空间的相互比较，以工程区总平均为基准，大于平均值的，则在末端净化中则可以降低人为干预的强度，反之则需要加强，为有限空间后续的工程利用提供参照。
[0074]
步骤5：根据所述各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。
[0075]
步骤5是根据步骤4的计算结果，即根据计算出的支浜水体空间占比rb、其它有限空间占比rc、支浜水体空间陆水边界曲率kb和其它有限空间陆水边界曲率kc这四个指标进行综合研判，可对各个分区的可用空间占比和陆水边界曲率进行平均，以平均值判断各个
分区可用空间占比及陆水边界曲率间的差异，从而对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。其中，根据rb和rc可判断间支浜有限空间和其它有限空间在各个分区中的占比，可以初步判断生态拦截的末端净化技术构建的程度，即强化人工治理的程度。通过其它有限空间陆水边界曲率kc，可进一步对废弃塘、低洼地或河浜浜头等水体从拦截和净化角度进行差异化处理，例如可初步研判是否采取基质铺设等强化手段构建湿地系统等。而通过支浜有限空间陆水边界曲率kb的差异，可以更充分了解工程田块与拦截净化工程最末端的空间衔接关系，结合支浜水质，判断末端净化中支浜生态化改造技术配置的强弱，尤其是陆水边界的处理方式。
[0076]
在实际应用中，通过有限空间占比的比较(各分区有限空间占比r
bi
和r
ci
与其总平均值的比较)，可以首先判断哪个分区有限空间场所相对较多(大于平均值的)，在后续设计中则可以减少人为干预，比如仅恢复植被就可以，若小于平均值，则需要更加充分利用。其次，在有限空间占比分析比较的基础上，进一步比较这些空间的边界曲率，也按照分区边界曲率k
bi
、k
ci
与其总平均值比较。如果空间占比rb和rc高，曲率kb和kc又大，则更说明可以弱化人工干预；如果空间占比低，曲率也低，那除了要对这些有限空间进行强化处理外，更应注意对岸边的处理。特别是对于支浜而言，曲率相差不大，则更要通过占比先判断，从而实现对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行针对性和差异化地改造。
[0077]
下面提供本发明方法的一个具体实施例。本实施例是南方某平原河网区农田面源污染生态拦截工程，工程区域总面积134.72万m2。
[0078]
本发明提供的基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法的实施过程具体包含以下步骤：
[0079]
s1、分区划分：根据工程区域内主要道路、支浜水系等现状，将工程区域划分成6个分区，标记为区1、区2、区3、区4、区5和区6，见图3。其中，区1规模(即分区面积)281007m2，区2规模268468m2，区3规模178823m2，区4规模264666m2，区5规模213640m2，区6规模140604m2。
[0080]
s2、识别与调查：结合相关图件及现场调查、测量与走访，首先识别出支浜有限空间和其它有限空间(废弃塘、河浜浜头、低洼地等)，并绘制于图件中；其次结合调查、测量及图上作业等，统计各分区支浜有限空间面积sb(单位m2)、其它有限空间面积sc(m2)、支浜陆水边界实际长度lb(m)、支浜陆水边界直线长度l
bs
(m)、其它有限空间陆水边界实际长度lc(m)、其它有限空间最大直线长度l
cs
(m)等，并记录于表格中。本实施例中，1区支浜2条(其中一条与5区共用)，总面积s
b 9131.0m2；其它有限空间包括了2处废弃塘、1处低洼地和1处河浜浜头，总面积s
c 1494.4m2；支浜陆水边界3条，其它有限空间陆水边界4条。2区支浜2条(其中1条与6区共用)，总面积s
b 7397.7m2；其它有限空间包括3处河浜浜头、2处低洼地，总面积sc5095.1m2；支浜陆水边界3条，其它有限空间陆水边界5条。3区支浜1条，总面积s
b 2380.2m2；其它有限空间包括1处河浜浜头、1处低洼地，总面积s
c 1197.3m2；支浜陆水边界2条，其它有限空间陆水边界2条。4区中没有支浜，从工程区域外支浜排水；其它有限空间包括2处低洼地，总面积sc15359.5m2；2处低洼地均为长条形，其一边与工程区域边界的主要道路相邻，不具备与工程区农田衔接的条件，因此，在进行边界曲率时，仅计入单边陆水边界，共2条。5区支浜2条(其中一条与1区共用)，总面积s
b 8850.5m2；其它有限空间包括河浜浜头2处，低洼地1处，总面积s
c 5960.9m2；支浜陆水边界3条，其它有限空间陆水边界3条。6区支浜2条(其中一条与2区共用)，总面积s
b 10882.1m2；其它有限空间包括1处废弃塘和1处低洼
地，总面积s
c 1721.2m2；支浜陆水边界3条，其它有限空间陆水边界2条。本实例调查统计见图4。
[0081]
s3、有限空间占比与陆水边界曲率计算：根据s2识别出的有限空间及规模长度等调查与统计，利用本发明提供的计算公式(1)-(4)，计算各分区支浜有限空间占比rb、其它有限空间占比rc；支浜陆水边界曲率kb、其它有限空间陆水边界曲率kc，将计算结果记录于表格中。
[0082]
s4、分区比较与综合研判：根据s3计算结果，作图比较分析各分区之间有限空间占比与陆水边界曲率的差异，其中由于4区没有支浜，在支浜陆水边界曲率计算比较中，平均值未计入4区。如图5所示，本实施例中，从有限空间占比看，6区较高，3区最低；6区中支浜有限空间占比rb最高，为7.74％，末端净化的场所应重点放在支浜中，且根据整个工程区域角度看，采取仿自然恢复手段即可满足拦截净化的要求；而3区所有有限空间均需要进行强化人工干预，例如生态塘建设、局部基质铺设等；1区和2区则应从其它有限空间到支浜有限空间角度进行平衡设计；4区没有支浜，但其它有限空间占比rc最高，为5.80％，尤其是低洼地占比较高，且靠近工程区域边界主要道路，因此应构建适度强化的湿地系统，保证工程区出水满足设计要求。从支浜陆水边界曲率kb看，6区最大，为1.264，其与农田排水接触面相对最大，可充分利用岸线开展自然拦截；而1区和3区相对较小，则需要对岸线进行强化处理，比如过滤缓冲带的建设等。从其它有限空间陆水边界曲率kc看，4区最小(低洼地长宽比较大)，应充分考虑农田排水进入湿地的配水及与其它有限空间的衔接(不局限在本分区)，而其余分区其它有限空间陆水边界曲率相差不大，综合考虑末端净化技术间的衔接，可根据单个其它有限空间陆水边界曲率进行灵活处理。
[0083]
由以上方法实施例也可以看出，本发明方法有两方面创新。一是现有技术中没有提出过本发明的四个指标，所以拦截工程后续设计目前都是凭经验建设，这样就无法保证拦截净化效率，也无法平衡投资与效率的关系。而本发明提出了支浜水体空间占比rb、其它有限空间占比rc、支浜水体空间陆水边界曲率kb和其它有限空间陆水边界曲率kc这四个指标，并且实践证明这四个指标是有效的。二是本发明方法中引入了有限空间的概念，在农田内做生态环保工程，不能占用基本农田，这是红线，因此做这些工程其实空间是受限的。本发明提出的四个特征指标可以分为两类，第一类就是空间占比，包括支浜的占比和其它有限空间的占比，因为这两类在实际工程设计中是不相同的，起到的作用也不同；第二类是陆水边界曲率，如果曲率大，则容易促进污染物的沉降和净化，这两大类特征指标是需要配合使用的，例如首先要看占比，用分区指标与总工程区域平均值进行比较，如果占比大，而曲率也大，后面工程设计就不用投入人工强化程度较高的处理；如果占比大，但曲率小，则根据需要，在后续设计中，仅对岸线进行局部改造就可以；如果占比小，但曲率大或小，则需要把这些有限空间都要利用起来，并且还要特别对边界，也就是岸线进行更强化的改造。
[0084]
因此，本发明针对平原河网区，引入可利用有限空间占比、陆水边界曲率的概念，提供的一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程优化方法，可以在工程尺度上建立工程不同田块空间与可利用有限空间之间的关系，实现有限空间拦截净化效率的最大化，为不同地块末端净化技术的差异化设计提供最直接的参数依据，可有效弥补农田排水生态拦截工程中末端净化技术应用空间上针对性不强、构建方式上差异化不足的缺点。本发明方法可促进工程整体效率的提升，成为农田排水生态拦截工程建设流程中的有效补充和重
要环节。
[0085]
基于本发明提供的方法，本发明还提供一种基于有限空间识别的面源污染生态拦截工程改造系统，所述系统包括：
[0086]
分区划分模块，用于获取工程区域地图，并基于所述工程区域地图进行分区划分，得到工程区域内的各个分区；
[0087]
有限空间识别模块，用于识别所述各个分区内的可利用有限空间；所述可利用有限空间包括支浜水体空间和其它有限空间；所述其它有限空间包括废弃塘、低洼地、河浜浜头；
[0088]
有限空间分类统计模块，用于分类统计所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度；所述可利用有限空间的面积包括支浜水体空间面积和其它有限空间面积；所述可利用有限空间的陆水边界长度包括支浜陆水边界实际长度、支浜直线长度、其它有限空间陆水边界实际长度和其它有限空间最大直线长度；
[0089]
有限空间占比和陆水边界曲率计算模块，用于根据所述各个分区内可利用有限空间的面积和陆水边界长度计算各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率；所述有限空间占比包括支浜水体空间占比和其它有限空间占比；所述陆水边界曲率包括支浜水体空间陆水边界曲率和其它有限空间陆水边界曲率；
[0090]
工程差异化改造模块，用于根据所述各个分区的有限空间占比和陆水边界曲率对各个分区内的面源污染生态拦截末端净化工程进行差异化改造。
[0091]
其中，所述有限空间占比和陆水边界曲率计算模块包括：
[0092]
支浜水体空间占比计算单元，用于根据所述支浜水体空间面积，采用公式计算各个分区的支浜水体空间占比；其中r
bi
为第i个分区的支浜水体空间占比；s
bi
为第i个分区的支浜水体空间面积；ai为第i个分区的分区面积。
[0093]
其它有限空间占比计算单元，用于根据所述其它有限空间面积，采用公式计算各个分区的其它有限空间占比；其中r
ci
为第i个分区的其它有限空间占比；s
ci
为第i个分区的其它有限空间面积。
[0094]
支浜水体空间陆水边界曲率计算单元，用于根据所述支浜陆水边界实际长度和支浜直线长度，采用公式计算各个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；其中k
bi
为第i个分区的支浜水体空间陆水边界曲率；l
bi
为第i个分区的支浜陆水边界实际长度；l
bsi
为第i个分区的支浜直线长度；n为工程区域内的分区数量。
[0095]
其它有限空间陆水边界曲率计算单元，用于根据所述其它有限空间陆水边界实际
长度和其它有限空间最大直线长度，采用公式计算各个分区的其它有限空间陆水边界曲率；其中k
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界曲率；l
ci
为第i个分区的其它有限空间陆水边界实际长度；l
csi
为第i个分区的其它有限空间最大直线长度。
[0096]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0097]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。