專利名稱：一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及湖泊富營養(yǎng)化控制與管理領(lǐng)域，具體涉及一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
湖泊富營養(yǎng)化已成為當(dāng)今世界性的普遍現(xiàn)象，在全球已有30% 40%的湖泊遭受到不同程度的富營養(yǎng)化影響，近年來我國湖泊富營養(yǎng)化趨勢嚴(yán)峻，從上世紀(jì)70年代到現(xiàn)在的近40年間，全國湖泊富營養(yǎng)化面積增長了約60倍，湖泊富營養(yǎng)化問題嚴(yán)重制約社會的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)一些發(fā)達(dá)國家在湖泊富營養(yǎng)化防治與管理方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，積極開展湖泊生態(tài)分區(qū)、營養(yǎng)物基準(zhǔn)和富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)等工作，已成為當(dāng)前湖泊富營養(yǎng)化控制與管理的重要發(fā)展趨勢。其中，湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)是湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)和富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)制訂的基礎(chǔ)，也是開展湖泊水環(huán)境“分區(qū)、分類、分級、分期”綜合管理的先決條件。我國湖泊眾多，尤其是不同區(qū)域自然地理狀況與湖泊富營養(yǎng)化差異性顯著，但我國目前缺乏統(tǒng)一的湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)技術(shù)方法體系，在湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)方面幾乎處于空白，現(xiàn)有水生態(tài)區(qū)域多以水體現(xiàn)狀使用功能和行政區(qū)為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，缺乏有效控制湖泊富營養(yǎng)化的營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)單元。國外現(xiàn)有的湖泊營養(yǎng)物分區(qū)技術(shù)方法也難以適用我國。因此，根據(jù)我國湖泊區(qū)域差異性特點(diǎn)，科學(xué)地進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)是解決湖泊富營養(yǎng)化控制和管理問題的重要途徑。分區(qū)方法可分為定性分析和定量分析分區(qū)方法定性分析分區(qū)方法主要有經(jīng)驗(yàn)法、指標(biāo)法、主導(dǎo)因素法、重疊法、類型法和綜合法；定量分析分區(qū)方法使用高等數(shù)學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分區(qū)，主要有聚類分析法、判別法、系統(tǒng)評價(jià)層次分析法、主成分分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其他還包括相關(guān)分析法、對應(yīng)分析法及GIS空間分析法等，但目前常用的方法，尤其是定性分析分區(qū)方法，在確定分區(qū)邊界時很難保證其客觀性和重現(xiàn)性。湖泊的生態(tài)分區(qū)確定分區(qū)邊界常采用傳統(tǒng)的的空間聚類算法。但傳統(tǒng)的空間聚類算法的依據(jù)僅是待分區(qū)對象相互之間的空間位置，沒有考慮其屬性特征。而采用空間聚類的方法對研究區(qū)域進(jìn)行分區(qū)時，有必要把各種屬性信息考慮進(jìn)來，不僅要根據(jù)空間距離進(jìn)行聚類，而且綜合考慮空間距離和非空間的屬性距離來進(jìn)行聚類。因此，傳統(tǒng)的空間聚類算法同樣不適用于我國湖泊的生態(tài)分區(qū)。目前我國的生態(tài)分區(qū)技術(shù)體系還不完善，如申請?zhí)枮?00910259723. 2，名為一種定量化生態(tài)分區(qū)方法，公開號為CN101714239A的申請專利，提出一種以主成分分析和系統(tǒng)聚類方法為關(guān)鍵技術(shù)的定量化生態(tài)分區(qū)法，其建立的分區(qū)指標(biāo)不夠完善，沒有建立系統(tǒng)的制圖技術(shù)體系，并且其使用的用于確定劃分指標(biāo)和邊界的方法較單一，未充分考慮不同區(qū)域各因素的綜合影響，并且對得到分區(qū)的結(jié)果未進(jìn)行驗(yàn)證、評估和調(diào)整，該方法還有待完善、補(bǔ)充和改進(jìn)。本發(fā)明提出以各態(tài)遍歷假說和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論作為湖泊分區(qū)的指導(dǎo)原理，通過深入分析多穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制及穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換驅(qū)動機(jī)制，依據(jù)“分區(qū)、分類、分級”的三“分”原則，對全國湖泊開展?fàn)I養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)工作，以遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)為平臺，充分考慮湖泊富營養(yǎng)化的影響因素，建立了分區(qū)指標(biāo)體系，湖泊營養(yǎng)物生態(tài)區(qū)劃分技術(shù)方法體系和湖泊二級營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)方法客觀性和重現(xiàn)性低的缺陷，提供一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法，對不同區(qū)域各因素的空間分布格局進(jìn)行量化分析，綜合考慮空間距離和非空間的屬性距離來進(jìn)行聚類，有鑒于此，本發(fā)明對區(qū)域采取如下技術(shù)方案一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法，其特征在于包括以下步驟Si，從備選指標(biāo)集合中優(yōu)選分區(qū)指標(biāo)；S2，利用主導(dǎo)因素疊置法進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物一級生態(tài)分區(qū)；S3，進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物二級生態(tài)分區(qū)；S4,以營養(yǎng)物的生態(tài)效率為指標(biāo)驗(yàn)證分區(qū)結(jié)果；S5，對結(jié)果進(jìn)行綜合評估及調(diào)整后得到湖泊營養(yǎng)物二級分區(qū)；S6，對不同分區(qū)的湖泊提出相應(yīng)控制措施。其中，步驟Si，分別根據(jù)一級分區(qū)和二級分區(qū)的主要依據(jù)確定備選指標(biāo)，一級分區(qū)的備選指標(biāo)包括1)地貌；2)氣候(緯向)；3)氣候(經(jīng)向)，二級分區(qū)的備選指標(biāo)包括土壤質(zhì)地，土壤含磷量，土壤含氮量，農(nóng)用地比重，林地比重，草地比重，水域比重，未利用地比重，農(nóng)用地比重，建設(shè)用地比重，人口密度，水域面積，深度，水交換率，吸附態(tài)氮負(fù)荷，吸附態(tài)磷負(fù)荷，從備選指標(biāo)集合中以數(shù)據(jù)可得性、獨(dú)立性、顯著性及指標(biāo)性為衡量標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選出能反映湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)的關(guān)鍵指標(biāo)。其中，步驟S2，以分區(qū)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，采用“自上而下”原則，利用主導(dǎo)因素疊置法，以地貌類型和水熱條件指標(biāo)為主導(dǎo)因素，分別采用“地貌類型+氣候帶(緯向、經(jīng)向)，， 的空間疊置方法進(jìn)行一級分區(qū)的劃分。其中，步驟S3，從管理目的出發(fā)，以湖泊流域?yàn)樽钚》謪^(qū)單元，采用“自下而上”分區(qū)方法，以地形、土壤、植被、土地利用、水文等特征等富營養(yǎng)化驅(qū)動因子為分區(qū)指標(biāo)，通過地理空間信息單元理論將類型單元和區(qū)劃單元聯(lián)系起來，綜合采用主成分分析、聚類分析、 判別分析、空間自相關(guān)的空間融合等技術(shù)進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物二級分區(qū)。其中，步驟S4，采用營養(yǎng)物的生態(tài)效率(葉綠素和總磷濃度之比)為指標(biāo)，用遙感影像進(jìn)行葉綠素a和總磷濃度反演，對分區(qū)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。其中，步驟S5，結(jié)合DEM、土地利用、年降水、年積溫和土壤等數(shù)據(jù)，計(jì)算個小流域評價(jià)分值，采用雙約束空間聚類方法在小流域?qū)哟紊线M(jìn)行空間聚類，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)對空間聚類結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整，采用數(shù)據(jù)融合方法對調(diào)整后的聚類結(jié)果進(jìn)行融合，得到湖泊營養(yǎng)物II級分區(qū)。其中，步驟S6，對湖泊進(jìn)行分區(qū)后，針對各分區(qū)的氣候類型、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r和湖泊營養(yǎng)狀況，提出相應(yīng)的控制措施。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)影響因素選取并確定一、二級分區(qū)指標(biāo)的指標(biāo)優(yōu)化步驟圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例為一級分區(qū)制備專題圖時制備地貌專題圖的數(shù)據(jù)制備流程；圖3是本發(fā)明實(shí)施例為一級分區(qū)確定專題圖時將各專題圖疊置形成新專題圖方法；圖4是本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行二級分區(qū)時進(jìn)行小流域劃分的基于DEM的小流域劃分方法圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的二級分區(qū)技術(shù)方法流程圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的為驗(yàn)證分區(qū)結(jié)果進(jìn)行的葉綠素a濃度遙感反演步驟；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的分區(qū)控制技術(shù)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖7，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖7是本發(fā)明實(shí)施的湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法的流程圖。如圖7所示，本發(fā)明包括以下步驟Si，分別根據(jù)一級分區(qū)和二級分區(qū)的主要依據(jù)確定備選指標(biāo)，針對備選指標(biāo)集合， 進(jìn)一步優(yōu)選能反映湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)的關(guān)鍵指標(biāo)，其中包括以下步驟S11，一級生態(tài)分區(qū)主要考慮湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性氣候和地理等特點(diǎn)，以地形地貌和水熱條件為主導(dǎo)因素。候選指標(biāo)包括1)地貌；2)氣候(緯向)；3)氣候(經(jīng)向)°表1 一、二級分區(qū)備選指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法，其特征在于，包括以下步驟Si，從備選指標(biāo)集合中優(yōu)選出分區(qū)關(guān)鍵指標(biāo)；S2，利用主導(dǎo)因素疊置法進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物一級生態(tài)分區(qū)；S3，綜合采用各分區(qū)技術(shù)進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物二級生態(tài)分區(qū)；S4，采用營養(yǎng)物的生態(tài)效率(葉綠素和總磷之比)為指標(biāo)，對分區(qū)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；S5，對結(jié)果進(jìn)行綜合評估及調(diào)整后得到湖泊營養(yǎng)物二級分區(qū)；S6，對不同分區(qū)的湖泊提出相應(yīng)控制措施。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl中一級生態(tài)分區(qū)的備選指標(biāo)包括1)地貌；2)氣候(緯向)；3)氣候(經(jīng)向)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所屬步驟Sl中二級生態(tài)分區(qū)的備選指標(biāo)包括土壤質(zhì)地，土壤含磷量，土壤含氮量，農(nóng)用地比重，林地比重，草地比重，水域比重，未利用地比重，農(nóng)用地比重，建設(shè)用地比重，人口密度，水域面積，深度，水交換率，吸附態(tài)氮負(fù)荷，吸附態(tài)磷負(fù)荷。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2包括對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間化，制備專題圖，進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)專題圖空間疊置分析，確定分區(qū)邊界，進(jìn)行空間融合處理。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征還在于，生態(tài)制備的專題圖包括溫度帶專題圖， 濕潤指數(shù)專題圖，氣候區(qū)劃專題圖，地貌類型專題圖。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征還在于，用ArcGIS軟件平臺生成湖泊營養(yǎng)物生態(tài)分區(qū)專題圖和進(jìn)行空間疊置分析。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，所述步驟S3中包括進(jìn)行分區(qū)單元區(qū)劃，綜合采用主成分分析、聚類分析、判別分析、空間自相關(guān)的空間融合技術(shù)進(jìn)行生態(tài)分區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法，涉及湖泊富營養(yǎng)化控制與管理領(lǐng)域。一種湖泊營養(yǎng)物分區(qū)控制技術(shù)方法，其特征在于包括以下步驟從備選指標(biāo)集合中優(yōu)選分區(qū)指標(biāo)，進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物一級生態(tài)分區(qū)，進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物二級生態(tài)分區(qū)，以營養(yǎng)物的生態(tài)效率為指標(biāo)驗(yàn)證分區(qū)結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行評估調(diào)整后確定分區(qū)結(jié)果，對不同分區(qū)提出相應(yīng)湖泊營養(yǎng)物控制措施。本方法根據(jù)影響湖泊富營養(yǎng)化的因素建立了分區(qū)指標(biāo)體系，通過定性與定量分析進(jìn)行生態(tài)分區(qū)并作出驗(yàn)證和評估調(diào)整，增強(qiáng)了分區(qū)結(jié)果的客觀性、適應(yīng)性和可行性。該方法建立了湖泊營養(yǎng)物生態(tài)區(qū)劃分技術(shù)方法體系，為我國生態(tài)分區(qū)提供了有力的技術(shù)支撐。
文檔編號G06Q10/00GK102496067SQ201110396699
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者劉冰, 吳鋒, 徐新良, 林丹琪, 柯新利, 羅姣, 鄧祥征 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所