一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法
【專利摘要】本發明公開了一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，本方法采用生態系統減輕水環境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論，模擬集水區范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據水文敏感系數，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數識別出關鍵污染源區；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數得到被植被移除的該污染物質量。價值量模型結合集水區出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
【專利說明】一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生態系統對水環境影響的評估范疇,具體屬于一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法。
【背景技術】
[0002]生態系統結構與生態系統服務及生態過程的關聯性以成為未來生態系統服務的研究的重點課題之一。傳統的生態內容不能滿足生態系統服務的綜合評估的需求。通過研究集水區(水體的地表水和地下水的補給區域)的土地使用規劃，利用模型模擬。選擇使該項生態系統服務價值最大化作為控制非點源污染的最優化土地利用格局，從而對該地區生態系統綜合管理決策提供更有利支撐。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提供一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，解決了生態系統減輕水環境非點源污染服務價值計算的問題。通過研究集水區的土地使用規劃，利用計算公式 HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) }和 ValueFilte-1oads I=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模擬，擇使該項生態系統服務價值最大化作為控制非點源污染的最優化土地利用格局，從而對該地區生態系統綜合管理決策提供更有利支撐，達到期望值。
[0004]本發明采用的技術方案如下:
一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，采用生態系統減輕水環境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論。模擬集水區范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據水文敏感系數，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數識別出關鍵污染源區；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數得到被植被移除的該污染物質量。價值量模型結合集水區出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
[0005]所述的減輕集水區出口受納水體非點源污染服務物質量模型與ArcGIS9.2結合以便于大量空間數據的處理和模型結果的直觀顯示。以ArcGIS9.2作為界面和控制平臺，采用柵格數據形式，進行模型的構建。
[0006]所述的在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充匯Fill工具對DEM數據(90m分辨率)中洼地進行填充，以修正DEM數據；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向數據,進而根據向像元貢獻水流的山坡像元的記錄派生出匯流量數據；然后根據檢測地的位置點和匯流量數據，采用Snap Pour Point工具調整檢測地的位置點，使其精確的捕捉到最近的匯流量最高的像元上；再根據調整后的檢測地的注入點和流向數據，采用Watershed工具創建集水區。
[0007]所述的水文敏感系數由匯流量數據，土壤參數和坡度數據確定。采用此模型計算公式為=HSCi= Ig { ( flow_acCi)/(KsatiX SoildepthiXslopei) } IHSCi 表示柵格 i 標準化前的水文敏感系數，flow_aCCi是柵格i上DEM數據派生出的匯流量數據，Ksati是柵格i上土壤滲透性數據，SOi^depthi是柵格i上土壤深度數據(mm)，Slopei是柵格i上DEM數據派生出的坡度數據(° )。
[0008]所述的計算得到的水文敏感系數柵格圖層在數值上進行O~I的標準化處理，得到表征集水區檢測元素遷移擴散能力的系數圖層，即為水文敏感區指數(HSA)。基于土地利用/覆被分布數據及每種土地利用/覆被類型的檢測元素輸出系數得到的檢測元素輸出潛力圖層與水文敏感區指數圖層在ArcGIS9.2中進行柵格相乘，即可得到集水區內檢測元素污染關鍵源區的空間變異特征。其計算公式為:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi為柵格i的關鍵污染源區指數(kg.km—2.a—1)，Loadsi為柵格i的檢測元素年輸出系數，即檢測元素的年污染負荷(kg.km—2.a—1)，HSAi為柵格i的水文敏感區指數(無量綱)。
[0009]所述的集水區內每個柵格減輕集水區出口受納水體檢測元素非點源污染服務價值量的評估模型計算公式為:Value Fiite-1oads I=MCXmax(O, Filte_loadS1-EWQ/CN) ；ValuePilte-1oadsi為集水區內柵格i該項生態系統服務的價值(元)，MC為清除單位重量檢測元素的費用(元/kg), Max (X，y)函數取x與y的較大值，FilteJoadsi為柵格i年過濾移除檢測元素量，EffQ為集水區出口斷面的期望輸出水質標準，CN為總柵格數。
[0010]所述的輸出像元大小統一設為IkmX lkm , EffQ/CN單位為kg.km_2.a_\ Max (x, y)函數中，在此函 數中可能出現的負值調為0，EWQ總檢測元素(以磷素計)含量不得超過
0.01mg/Lo
[0011]所述的排污費收取標準按照14元/kg進行相關計算處理。
[0012]與已有技術相比，本發明的有益效果如下:
本發明提供一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，針對一種非點源污染物質磷素作為典型污染物進行模型的運用。可以反應出生態系統對受納水體水質污染狀況的服務能力。結合植被覆蓋、利用程度等進行生態系統類型的進一步系統細致劃分，適當調整參數，以獲得更加準確模擬結果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的案列雅礱江二灘水庫2000年計算出的參數表。
【具體實施方式】
[0014]以雅礱江二灘水庫為案例，通過計算公式HSCi= Ig { ( flow_acCi)/ (KsatiX soil_ClepthiXslopei) }和 Value Filte_loads J=MCXmax (O, Filte_loadS1-EWQ/CN)模擬計算 2000 年5種生態系統過濾一處磷素的量，亦即減輕集水區出口受納水體磷素非點源服務的物質量和該項服務的價值量。結果表明:
1)集水區內各類生態系統平均水文敏感區指數變化范圍為0.46~0.62 ;
2)各類生態系統平均關鍵污染源區指數變化范圍為7.05~55.46kg.km_2.a—1 ；
3)農田、森林和草地生態系統該項服務平均物質量范圍為8.46~9.63 Kg.Km_2.a'
[0015]從單位面積服務價值來看，林地的平均單位面積服務價值最高，達到134.8IYuan.Κπ 2.a_\亦即林地服務價值貢獻率最高。2000年集水區生態系統對于減輕其 出口受納水體磷素非點源污染服務的總價值達到1370.18萬元。
【權利要求】
1.一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，采用生態系統減輕水環境非點源污染服務物質量評估模型基于ArcGIS9.2的水文分析工具集及水和污染物溶質及泥沙共軛運移理論；模擬集水區范圍，明確服務的提供者和服務對象；根據水文敏感系數，結合各種土地利用方式的某種污染物的輸出系數識別出關鍵污染源區；最后沿匯流路徑，結合每個柵格像元上不同土地利用方式對該種污染物質的過濾能力系數得到被植被移除的該污染物質量；價值量模型結合集水區出口斷面的期望水質標準與凈化該污染物的邊際成本進行計算。
2.根據權利要求1所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:將減輕集水區出口受納水體非點源污染服務物質量模型與ArcGIS9.2結合以便于大量空間數據的處理和模型結果的直觀顯示；以ArcGIS9.2作為界面和控制平臺，采用柵格數據形式，進行模型的構建。
3.根據權利要求1或2所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:在ArcGIS9.2中利用水文分析工具集中的填充匯Fill工具對DEM數據(90m分辨率)中洼地進行填充，以修正DEM數據；采用八流向算法(D8，eight flowdirect1ns)派生出流向數據,進而根據向像元貢獻水流的山坡像元的記錄派生出匯流量數據；然后根據檢測地的位置點和匯流量數據，采用Snap Pour Point工具調整檢測地的位置點，使其精確的捕捉到最近的匯流量最高的像元上；再根據調整后的檢測地的注入點和流向數據，采用Watershed工具創建集水區。
4.根據權利要求1所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:水文敏感系數由匯流量數據，土壤參數和坡度數據確定；采用此模型計算公式為=HSCi= Ig { ( f low_acCi) / (KsatiX SoildepthiXslopei) I5HSCi 表示柵格 i 標準化前的水文敏感系數，flow_ aCCi是柵格i上DEM數據派生出的匯流量數據，Ksati是柵格i上土壤滲透性數據，SOi^depthi是柵格i上土壤深度數據(mm)，Slopei是柵格i上DEM數據派生出的坡度數據(° )。
5.根據權利要求1或4所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:計算得到的水文敏感系數柵格圖層在數值上進行O~I的標準化處理，得到表征集水區檢測元素遷移擴散能力的系數圖層，即為水文敏感區指數(HSA);基于土地利用/覆被分布數據及每種土地利用/覆被類型的檢測元素輸出系數得到的檢測元素輸出潛力圖層與水文敏感區指數圖層在ArcGIS9.2中進行柵格相乘，即可得到集水區內檢測元素污染關鍵源區的空間變異特征；其計算公式為:CSAi = Loadsi X HSAi ; CSAi為柵格i的關鍵污染源區指數(kg.km—2.a—1)，Loadsi為柵格i的檢測元素年輸出系數，即檢測元素的年污染負荷(kg.km_2.a-1), HSAi為柵格i的水文敏感區指數(無量綱)。
6.根據權利要求1所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:集水區內每個柵格減輕集水區出口受納水體檢測元素非點源污染服務價值量的評估模型計算公式為:Value Fiite-1oads I=MCXmax (O, Filte_loads1-EWQ/CN) ；Value Filte_lMds i為集水區內柵格i該項生態系統服務的價值(元)，MC為清除單位重量檢測元素的費用(元Ag), Max (X，y)函數取x與y的較大值，FilteJoadsi為柵格i年過濾移除檢測元素量，EffQ為集水區出口斷面的期望輸出水質標準，CN為總柵格數。
7.根據權利要求1或6所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:輸出像元大小統一設為IkmX lkm, EWQ/CN單位為kg*km_2.a-1, Max (x, y)函數中，在此函數中可能出現的負值調為0，EWQ總檢測元素(以磷素計)含量不得超過.0.01mg/Lo
8.根據權利要求1所述的一種生態系統減輕水環境非點源污染服務價值評估方法，其特征在于:排污費收取標準按照14元/kg 進行相關計算處理。
【文檔編號】G06F19/00GK104036145SQ201410293561
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】吳楠, 高吉喜, 方降龍, 何方, 周曉鐵, 葛菁, 德里斯 申請人:安徽省環境科學研究院