基于目标水质要求的流域种植结构确定方法、系统及设备

本发明涉及流域种植结构确定，特别是涉及一种基于目标水质要求的流域种植结构确定方法、系统及设备。

背景技术：

1、水环境污染问题，是当今亟待解决的重大环境问题。其中，种植业是水环境污染的重要来源，减少种植业污染是当今生态环境领域面临的主要问题之一。因此，确定合理的种植结构、种植规模是防控种植业污染的有效方法。当前有从减少面源污染的角度来确定种植结构的方法，但是目前尚缺乏兼顾水质目标要求和产量目标要求的流域农业最佳种植结构确定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于目标水质要求的流域种植结构确定方法、系统及设备，即可以满足目标产量的要求又可以满足目标水质的要求。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于目标水质要求的流域种植结构确定方法，包括：

4、根据目标水体目标水质要求、目标流域畜牧业现状负荷、目标流域生活源现状负荷、目标流域点源现状负荷以及目标流域河网的氮素衰减系数，确定目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷；

5、根据目标流域各类作物的种植面积和目标流域各类作物的氮素流失系数，确定目标流域各区域种植业的现状氮素负荷；

6、根据目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷和目标流域总种植面积，确定目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度，并根据目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度、目标流域各区域河网的氮素衰减系数以及目标流域各区域的种植面积，确定目标流域各区域种植业允许的最大氮素负荷；

7、将目标流域各区域种植业的现状氮素负荷与对应的种植业允许的最大氮素负荷进行比较；

8、当目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于对应的种植业允许的最大氮素负荷时，调整任一区域内产量较高、氮素负荷较低作物的种植面积，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷接近对应的种植业允许的最大氮素负荷；

9、当目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷大于对应的种植业允许的最大氮素负荷时，基于目标流域内各作物目标产量不降低的要求，对作物种植结构进行空间配置调整，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于或者等于对应的种植业允许的最大氮素负荷。

10、可选地，根据目标水体目标水质要求、目标流域畜牧业现状负荷、目标流域生活源现状负荷、目标流域点源现状负荷以及目标流域河网的氮素衰减系数，确定目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷，具体包括：

11、根据目标水体目标水质要求，采用公式at＝s×ct×365×10-9确定目标流域允许进入目标水体的氮素负荷；其中，at为目标流域允许进入目标水体的氮素负荷，s为目标水体面积，ct为满足目标水体目标水质要求下的氮素负荷的阈值；

12、根据目标流域畜牧业现状负荷，采用公式aq＝bq×cq×365×10-6×(1-r)计算目标流域畜牧业进入目标水体的氮素负荷；其中，aq为目标流域畜牧业进入目标水体的氮素负荷，bq为目标流域第q类畜禽养殖数量，cq为目标流域第q类畜禽的氮素排污系数，r为目标流域河网的氮素衰减系数；

13、根据目标流域生活源现状负荷，采用af＝bf×cf×10-6×(1-r)计算目标流域生活源进入目标水体的氮素负荷；其中，af为目标流域生活源进入目标水体的氮素负荷，bf为目标流域现状人口数量，cf为目标流域生活源的氮素排放系数；

14、根据目标流域点源现状负荷，采用ak＝bk×ck×10-9×(1-r)计算目标流域点源进入目标水体的氮素负荷；其中，ak为目标流域点源进入目标水体的氮素负荷，bk为目标流域点源污水排放量，ck为目标流域点源排放污水中氮的浓度；

15、根据公式al＝at-aq-af-ak确定目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷；其中，al为目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷。

16、可选地，根据目标流域各类作物的种植面积和目标流域各类作物的氮素流失系数，确定目标流域各区域种植业的现状氮素负荷，具体包括：

17、根据目标流域各县市距目标水体的距离，对目标流域进行区域划分；所述区域包括目标水体下游区域、目标水体中游区域和目标水体上游区域；

18、根据公式ti＝fij×gij×ei×10-3确定目标流域各区域种植业的现状氮素负荷；其中，ti为目标流域第i区域种植业的现状氮素负荷，fij为目标流域第i区域第j类作物的种植面积，gij为目标流域第i区域第j类作物的施氮量，ei为目标流域第i区域的氮流失系数。

19、可选地，根据目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷和目标流域总种植面积，确定目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度，具体包括：

20、根据公式p＝al/f确定目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度；其中，p为目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度，al为目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷，f为目标流域总种植面积。

21、可选地，根据目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度、目标流域各区域河网的氮素衰减系数以及目标流域各区域的种植面积，确定目标流域各区域种植业允许的最大氮素负荷，具体包括：

22、根据公式pi＝p/(1-ri)×fi×10-3确定目标流域各区域种植业允许的最大氮素负荷；式中，pi为目标流域第i区域种植业允许的最大氮素负荷，p为目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度，ri为目标流域第i区域氮素进入目标水体的衰减系数，fi为目标流域第i区域的种植面积。

23、可选地，基于目标流域内各作物目标产量不降低的要求，对作物种植结构进行空间配置调整，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于或者等于对应的种植业允许的最大氮素负荷，具体包括：

24、基于目标流域内各作物目标产量不降低的要求，调整各区域之间以及区域内部之间氮素排放量高与氮素排放量低的作物的种植比例，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于或者等于对应的种植业允许的最大氮素负荷。

25、第二方面，本发明提供了一种基于目标水质要求的流域种植结构确定系统，包括：

26、目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷确定模块，用于根据目标水体目标水质要求、目标流域畜牧业现状负荷、目标流域生活源现状负荷、目标流域点源现状负荷以及目标流域河网的氮素衰减系数，确定目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷；

27、目标流域各区域种植业的现状氮素负荷确定模块，用于根据目标流域各类作物的种植面积和目标流域各类作物的氮素流失系数，确定目标流域各区域种植业的现状氮素负荷；

28、目标流域各区域种植业允许的最大氮素负荷确定模块，用于根据目标流域种植业允许进入目标水体的氮素负荷和目标流域总种植面积，确定目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度，并根据目标流域河网衰减系数为r时目标流域种植业允许的负荷强度、目标流域各区域河网的氮素衰减系数以及目标流域各区域的种植面积，确定目标流域各区域种植业允许的最大氮素负荷；

29、比较模块，用于将目标流域各区域种植业的现状氮素负荷与对应的种植业允许的最大氮素负荷进行比较；

30、第一调整模块，用于当目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于对应的种植业允许的最大氮素负荷时，调整任一区域内产量较高、氮素负荷较低作物的种植面积，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷接近对应的种植业允许的最大氮素负荷；

31、第二调整模块，用于当目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷大于对应的种植业允许的最大氮素负荷时，基于目标流域内各作物目标产量不降低的要求，对作物种植结构进行空间配置调整，直至目标流域任一区域种植业的现状氮素负荷小于或者等于对应的种植业允许的最大氮素负荷。

32、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据第一方面所述的基于目标水质要求的流域种植结构确定方法。

33、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：

34、本发明通过目标水质的要求，确定流域允许的氮素负荷量，在满足目标产量要求的基础上，通过对种植结构进行优化调整，减少流域氮素负荷，使目标水体满足目标水质要求的方法，为农业面源污染治理提供了科学的指导方法。