一种高寒高原湖泊流域水土资源调控方法与流程

本说明书涉及水土资源适应性调控领域，特别涉及一种高寒高原湖泊流域水土资源调控方法。

背景技术：

1、高寒高原区是气候变化的预警区和敏感区，湖泊是生态系统、农业、水电和人类直接利用的重要水源，其水量变化反映着气候变化的波动。水资源与土地资源分别作为生物活动的主要物质基础与重要载体，人类活动的不合理开发利用会带来一系列水土资源安全问题。为改善水土资源安全问题，需要对水土资源进行人为气候变化下的适应性调控以提高高寒高原湖泊流域的水土资源韧性。

2、目前，国内外对水土资源的研究多是基于水资源或土地资源矛盾开展水资源优化配置与土地资源优化配置，其配置尺度小到农田大到流域。鲜有以高寒高原湖泊流域为典型研究区，以水土资源安全问题为关键症结，开展水土资源适应性调控的研究。

3、为了解决以上问题，提出了一种高寒高原湖泊流域水土资源调控方法。

技术实现思路

1、本说明书一个或多个实施例提供一种高寒高原湖泊流域水土资源调控方法。所述高寒高原湖泊流域水土资源调控方法包括：s1：获取高寒高原湖泊流域出口点、行政区信息、历史数据、水资源数据和土地资源数据；其中，历史数据包括：历史需水数据、历史降水数据的变化趋势和历史土地利用数据，水资源数据包括：降水数据、蒸发数据、湖泊水量和流域水源涵养量，土地资源数据包括：归一化植被指数数据、流域土壤侵蚀量及其空间展布；s2：基于所述高寒高原湖泊流域出口点和行政区，确定高寒高原湖泊流域水土资源配置的基本配置单元；s3：基于所述历史数据和所述基本配置单元，确定基本配置单元的需水量、可供水量和土地资源；s4：基于所述水资源数据和所述土地资源数据，确定水资源问题和土地资源问题；所述水资源问题包括：标准化降水蒸发指数空间展布图、湖泊面积变化特征和水源涵养能力大小特征，所述土地资源问题包括：草地演变特征、土壤侵蚀分布特征；s5：根据所述水资源问题和所述土地资源问题，确定水资源调控需求和土地资源调控需求；s6：根据所述水资源调控需求、所述土地资源调控需求和所述基本配置单元的需水量、可供水量和土地资源，确定水土资源配置的目标函数及约束条件；s7：根据所述水土资源配置的目标函数及约束条件，通过计算，得到流域水土资源最优配置结果，对高寒高原湖泊流域水土资源进行调控。

2、在本说明书的一些实施例中，处理器通过获取高寒高原湖泊流域出口点、行政区信息、历史数据、水资源数据和土地资源数据，得到流域水土资源最优配置结果，对高寒高原湖泊流域水土资源进行调控。本发明将高寒高原特点突出，将湖泊作为单独的基本配置单元开展水土资源互馈作用下的水土资源优化配置，同时将土地资源的优化配置结果展布到整个流域，为高寒高原湖泊流域可持续发展提供技术支持体系。

3、在一些实施例中，所述s2包括：s210：对所述高寒高原湖泊流域出口点进行水文分析，得到研究区的子流域信息；s220：将所述研究区的子流域信息与所述行政区信息进行相交处理，得到子流域套行政区基本单元；s230：利用所述子流域套行政区基本单元统计该单元中不同土地类型的面积，得到流域水土资源配置的基本配置单元。

4、在本说明书的一些实施例中，处理器基于高寒高原湖泊流域出口点和行政区信息，得到流域水土资源配置的基本配置单元。通过水文分析得到研究区的子流域，从流域地形地貌角度进行配置研究，可以得到详细的研究区的子流域信息；通过子流域与行政区的相交处理，在配置过程中既考虑流域地形地貌又考虑行政区划，可以得到更准确的子流域套行政区基本单元；通过统计子流域套行政区内不同土地利用类型的面积，进一步将基本配置单元细化到土地利用类型尺度，最终得到基本配置单元，有利于从流域、行政区和土地利用类型三个角度进行配置，综合考虑三个方面，使得配置结果既考虑水资源又考虑土地资源，实现水土资源的联合调控。

5、在一些实施例中，所述s3包括：s310：基于所述历史需水数据和所述基本配置单元，计算确定基本配置单元的需水量；s320：基于所述历史降水数据的变化趋势和所述基本配置单元，通过计算，得到基本配置单元的可供水量；s330：基于所述历史土地利用数据和所述基本配置单元，计算确定基本配置单元的土地资源。

6、在本说明书的一些实施例中，处理器通过获取的历史数据，确定基本配置单元的土地资源。通过历史需水数据，根据趋势法预测各基本配置单元的需水量，有利于从研究区实际用水水平进行研究，得到更加准确的基本配置单元的需水量；通过历史降水数据及其趋势，结合未来预估气候模式下的降水数据，有利于从实际供水水平与气候变化影响的角度进行研究，得到更加准确的基本配置单元的可供水量；通过设置冻土驱动因子与降雪降雨驱动因子来改进flus模型以预测未来土地利用，有利于突出高寒高原的特点进行研究，得到更加准确的基本配置单元的土地资源。

7、在一些实施例中，所述s4包括：s410：基于所述降水数据和所述蒸发数据，通过计算，得到标准化降水蒸发指数空间展布图；s420：通过分析湖泊水量，得到湖泊面积变化特征；s430：通过计算所述流域水源涵养量，得到水源涵养能力大小特征。s440：基于所述历史土地利用数据及归一化植被指数(ndvi)数据，得到草地演变特征；s450：通过计算所述流域土壤侵蚀量及其空间展布，得到土壤侵蚀分布特征。

8、在本说明书的一些实施例中，处理器通过获取的水资源数据和土地资源数据，确定水资源问题和土地资源问题。通过从旱涝、草场退化、水土流失、湖泊面积变化与水源涵养能力几个方面解析高寒高原湖泊流域面临的水土资源安全问题及其演变特征，有利于确定高寒高原湖泊流域存在的水土资源矛盾与未来变化态势，便于开展水土资源适应性调控。

9、在一些实施例中，所述s5包括：s510：基于所述水资源问题，确定水资源调控需求；s520：基于所述土地资源问题，确定土地资源调控需求。

10、在本说明书的一些实施例中，处理器基于水资源问题和土地资源问题，确定水资源调控需求和土地资源调控需求。通过分析高寒高原湖泊流域面临的水土资源安全问题的空间展布特征，有利于进一步明确高寒高原湖泊流域在基本配置单元尺度上面临的调控需求，为针对性设置调控的目标函数做基础。

11、在一些实施例中，所述s6中高寒高原湖泊流域水土资源优化配置的目标函数包括：

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13、

14、

15、

16、

17、其中，f总目标表示高寒高原湖泊流域总目标函数，ft(w,l)表示，kft表示第t个目标函数所占权重，w表示水资源变量，l表示土地资源变量，i表示基本配置单元序号，n表示目标函数总个数，minf1表示高寒高原湖泊流域缺水总量最小目标函数，wijk表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型对第j种水源的需水量，lik表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型的面积，sij表示第i个基本配置单元中第j种水源的可供水量，j表示区域内可以供水的水源种类，k表示区域内土地利用类型种类，a表示基本配置单元总个数，b表示水源总个数，c表示土地利用类型总数，minf2表示高寒高原湖泊流域万元gdp用水量最小目标函数，gdpi表示第i个基本配置单元的gdp产值，minf3表示高寒高原湖泊流域旱涝受灾面积最小目标函数，likd表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型发生d程度的干旱的面积，likf表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型发生f程度的洪涝的面积，d表示干旱的程度，f表示洪涝的程度，u表示干旱的程度等级，v表示洪涝的程度等级，maxf4表示高寒高原湖泊流域净初级生产力最大目标函数，nppik表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型的净初级生产力。

18、在本说明书的一些实施例中，处理器通过水资源调控需求、土地资源调控需求和基本配置单元的需水量、可供水量和土地资源，确定高寒高原湖泊流域水土资源优化配置的目标函数。通过面向高寒高原湖泊流域的调控需求，从水量、用水效率、生态及水灾害四个方面建立多目标函数，有利于配置结果考虑因素更加全面符合实际发展需求，避免了因单一目标的最优而导致配置结果的考虑因素不全的问题。

19、在一些实施例中，所述s6中高寒高原湖泊流域水土资源优化配置的约束条件包括：

20、

21、

22、

23、

24、

25、wijk≥0；

26、lik≥0；

27、其中，gij表示第i个基本配置单元中第j种水源的实际供水量，wijk表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型对第j种水源的需水量，lik表示第i个基本配置单元中第k种土地利用类型的面积，i表示基本配置单元序号，j表示区域内可以供水的水源种类，k表示区域内土地利用类型种类，b表示水源总个数，c表示土地利用类型总数，sij表示第i个基本配置单元中第j种水源的可供水量，a表示基本配置单元总个数，qj(p)表示来水频率p时第j种水源的水资源总量，p表示来水频率，ai表示第i个基本配置单元的总面积，ldik表示第i个基本配置单元上第k种土地利用类型红线的下边界，luik表示第i个基本配置单元中为流域内第k种土地利用类型的上边界。

28、在本说明书的一些实施例中，处理器通过水资源调控需求、土地资源调控需求和基本配置单元的需水量、可供水量和土地资源，确定高寒高原湖泊流域水土资源优化配置的约束条件。通过可供水量、纳污能力及土地利用红线三个方面建立约束条件，有利于优化计算的快速求解和优化结果更加合理，符合实际发展需求，对流域规划发展具有实际的指导意义。

29、在一些实施例中，所述s7包括：s710：将所述目标函数统一成最小最优目标；s720：基于所述约束条件，利用多目标优化算法计算得到基本配置单元的用水量及土地利用类型；s730：基于所述基本配置单元的用水量和所述土地利用类型，得到流域水土资源最优配置结果；s740：基于所述流域水土资源最优配置结果，对高寒高原湖泊流域水土资源进行调控。

30、在本说明书的一些实施例中，处理器基于目标函数和约束条件，得到流域水土资源最优配置结果，对高寒高原湖泊流域水土资源进行调控。通过将目标函数统一成最小最优，有利于优化求解计算；通过对优化变更采用编码命名的方式统一命名，有利于在优化求解的过程中，模型数据的输入、输出和统计；通过优化求解计算，有利于得到各基本配置单元中的用水量及各类土地利用类型的面积，为土地利用的空间展布提供数据支持；通过flus模型进行模拟计算，有利于得到流域优化配置结果的土地利用空间分布。