[发明专利]基于GIS平台的城市面源污染风险识别方法及装置

说明书

一种基于GIS平台的城市面源污染风险识别方法及装置，该方法包括：对目标城市区域中栅格化的DEM数据进行计算得到流向、累积汇水面积和坡度的栅格数据，以确定地形指数栅格数据；利用不透水率、地下水埋深和土壤饱和渗透系数的栅格数据对地形指数栅格数据进行修正，得到水文敏感指数栅格数据；根据不同类别土地利用的污染物特征数据和降雨强度数据计算每一类土地利用的面源污染物源强指数；将面源污染物源强指数栅格化得到面源污染物源强指数栅格数据；对水文敏感指数栅格数据和面源污染物源强指数栅格数据标准化后，以计算城市面源污染风险指数栅格数据。本发明考虑了城市特征因素和降雨强度因素的影响，能够更加准确地评估城市面源污染风险。

技术领域

本发明涉及面源污染风险评估技术领域，尤其涉及一种基于地理信息系统(Geographic Information System，GIS)平台的城市面源污染风险识别方法及装置。

背景技术

近20年来，我国经历了快速城市化过程，城市建设用地面积增长了近154％。随着城市建设区域的不断扩张，由降雨径流驱动的城市面源污染物所带来的水环境污染风险问题越发受到研究人员的重点关注。从污染物产生源头进行控制是缓解城市面源污染问题的重要手段，因此，准确识别城市面源污染输出的高风险区域对城市面源污染管控的高效实现具有重要意义。识别面源污染风险区域的基本思路是根据不同地块单元产污及向周围水体输出污染负荷的情况进行排序，从而确定区域面源污染输出的风险等级。基于此，研究人员提出两大类用于面源污染风险区域识别的方法：

(1)机理模型法

机理模型法是从污染物产生及迁移的原理出发，利用一系列的数学公式计算污染物在产生、迁移等过程中的量的变化，得到一定空间单元内输出的污染物的总量，从而基于计算结果评价各区域的面源污染风险特征。常用于面源污染风险识别的机理模型包括SoilWater Assessment Tools(SWAT)、Hydrological Simulation Program Fortran(HSPF)、(Storm Water Management Model)SWMM等。这类方法可以较好地解释污染物产生及传输的全过程，具有较好的普适性，但其对数据的要求较高，部分参数难以获取，计算耗时相对较长，对操作人员的专业性的要求较高，往往不易在实际管理应用中普及。

(2)经验模型法

经验模型法主要是基于实际场地观测数据，利用统计分析等手段建立区域土地利用、水文等特征与水体水质之间的联系以形成污染负荷计算的经验公式，由此评价不同区域的面源污染风险特征。代表性的经验模型包括输出系数模型、水质水量相关法等。这类方法对数据的要求较低，计算过程相对简单，但难以解释面源污染物的迁移过程，并且该类方法给出的计算公式往往具有较强的地域性，通用性较差。

作为经验模型法的一种，指数模型法可以克服常规经验模型难以解释面源污染物迁移过程的缺点，综合考虑面源污染过程中污染物的产生特征(源因子)及向受纳水体迁移的特征(迁移因子)，利用多个具有代表性的指标量化源因子及迁移因子后整合形成污染指数模型，利用污染指数值来评价区域面源污染风险特征。目前已有一些基于污染指数法思想建立的面源污染风险识别的方法，以磷指数法为基础，将土壤污染物含量作为源因素定量指标，用地形指数及地块与河道间的最短距离作为迁移因素定量指标，构建面源污染关键源区识别体系，用于评价区域面源污染输出风险。不过，现有的面源污染风险识别技术方法在实际应用中主要包括以下接个方面的缺点：

(1)未考虑城市用地类型差异对面源污染物产生特征的影响

城市地区居住、工业、商业及交通用地等区域面源污染物累积量存在较大的差异，而现有方法在进行面源污染风险识别时或在子流域尺度上评价，或对城市用地采用统一的污染物输出系数，这均无法体现城市地区不同类型用地面源污染负荷累积特征的差异性，不能直接用于高度城市化地区的面源污染风险识别。

(2)未考虑不透水率对地表产汇流特征的影响