[发明专利]基于县域的强人类活动区水资源安全诊断空间图谱方法

摘要

本发明涉及一种基于县域的强人类活动区水资源安全诊断空间图谱方法，包括三个主要过程：县域水资源量估算、评价指标建立以及情景设计和可视化。本发明所述方法针对数据资料匮乏、水文模型参数组合选取困难、自然—人工二元水循环机理和模拟复杂等问题，建立在流域水量平衡、彭曼公式、基于Budyko假设的水热耦合平衡方程等理论基础上，全过程只涉及一个无量纲参数，能够利用公开的气象数据、流域和行政区水资源公报数据、统计年鉴数据等资料，通过一系列计算步骤，对强人类活动区县域水资源量进行科学和简化估算。通过建立的评价指标和设计的情景组合，诊断县域水资源安全状况，绘制水资源安全诊断空间图谱。

主权项

1.一种基于县域的强人类活动区水资源安全诊断空间图谱方法，其特征在于，所述方法使用的数据均为公开资料，包括：气象数据、水资源数据、社会经济数据；其中，气象数据，包括：历史多年逐日、逐月、逐年时间步长的气象站点降雨量、气温、相对湿度、风速、日照时间数据；水资源数据，包括：流域三级区和行政区域的降雨量、水资源量、供用水量数据；社会经济数据，包括：县域人口和GDP数据；所述方法包括三个过程：县域水资源量估算，评价指标建立，情景设计和可视化，所述方法过程如下：过程一：县域水资源量估算引入2个假设：假设1：假设县域下垫面特征属性近似为邻近的流域三级区；假设2：假设强人类活动区内县域的水资源在本县域“自产自消”；执行8个步骤：步骤1：收集气象站点年降雨量，采用面插值方法，得到研究区域面年降雨量；步骤2：利用彭曼公式计算气象站点日潜在蒸散发量，累加得到气象站点年潜在蒸散发量，采用面插值方法，得到研究区域面年潜在蒸散发量；彭曼公式表达为：式中：E′_o为气象站点日潜在蒸散发量；E_o为气象站点年潜在蒸散发量，R_n为作物表面净辐射；G为土壤热通量密度；T为2米高平均日气温；u₂为2米高风速；e_s为饱和蒸气压；e_a为实际蒸汽压；e_s‑e_a为饱和蒸气压差；Δ为蒸汽压曲线斜率；γ为湿度常数；步骤3：利用流域三级区边界提取面年降雨量和面年潜在蒸散发量，计算得到流域三级区面年降雨量平均值和面年潜在蒸散发量平均值；步骤4：将流域三级区面年降雨量平均值P、面年潜在蒸散发量平均值Eo、面年实际蒸散发量平均值E，代入基于Budyko假设的水热耦合平衡方程，计算得到无量纲参数n；基于Budyko假设的水热耦合平衡方程有多种解析表达，这里采用Choudhury‑Yang公式表达为：式中：n为无量纲参数；步骤5：利用县域边界提取面年降雨量和面年潜在蒸散发量，计算得到县域面年降雨量平均值和面年潜在蒸散发量平均值；步骤6：根据邻近原则，将邻近的流域三级区无量纲参数n赋值给县域，将县域面年降雨量平均值和面年潜在蒸散发量平均值，代入基于Budyko假设的水热耦合平衡方程，计算得到县域面年实际蒸散发量平均值；步骤7：将县域面年降雨量平均值P和面年实际蒸散发量平均值E，代入水量平衡方程R＝P‑E，计算得到县域面年水资源量平均值R；步骤8：利用其它已知信息对县域面年水资源量平均值进行修正；过程二：评价指标建立建立人均水资源量Index1、万元GDP水资源量Index2、当前人口与人口承载力比值Index3、当前GDP与GDP承载力比值Index44个独立指标来评估强人类活动区县域水资源安全状况，公式表达分别为：式中：CAPITA为县域人口；GDP为县域GDP；C1为县域人口承载力，C1＝R/e1；e1为以人均水资源量表征的用水效率；C2为县域GDP承载力，C2＝R/e2；e2为以万元GDP水资源量表征的用水效率；建立1个综合指标S，进一步评估强人类活动区县域水资源安全状况，公式表达为：如果S＝0，表示县域水资源量可以同时承载县域人口和GDP；如果S＝1，表示县域水资源量不能承载县域人口和GDP中的1个；如果S＝2，表示县域水资源量不能承载县域人口和GDP中的2个；过程三：情景设计和可视化设计四种情景，包括情景A、情景B、情景C、情景D：情景A：根据研究区域历史多年降雨量，选定极端丰水年、丰水年、平水年、枯水年、极端枯水年五个典型年份，作为5种情景；情景B：收集研究区域外调水工程水资源配置信息，设计本区水以及本区水叠加外调水，作为2种情景；情景C：设计水资源安全状况高、中、低三种保证率，作为3种情景；情景D：根据研究区域发展规划和社会经济发展趋势，设计现状和远景(如人口变化、产业布局调整)时点，作为2种情景；在地理信息系统(GIS)环境下，绘制不同情景组合的水资源安全诊断空间分布图，情景组合共有：5情景A×2情景B×3情景C×2情景D×5评价指标＝300幅空间分布图，形成基于县域的强人类活动区水资源安全诊断空间图谱。