一种社会经济-生态环境复合系统视角下的富营养化调控技术技术方案

本发明专利技术公开了一种社会经济-生态环境复合系统视角下的富营养化调控技术，首先选用植被覆盖指数作为表征植被状态的指标，建立植被覆盖对水体富营养化过程的响应关系，然后在揭示社会经济用水影响水体富营养化的系统动力学过程的基础上，将该系统动力学过程与植被覆盖对水体富营养化的响应结合起来，最终建立一个能揭示社会经济-生态环境复合系统中植被覆盖与富营养化之间反馈机制的系统动力学模型，以此来调控水体富营养化状况。该技术不仅能从社会经济-生态环境复合系统的视角，指示社会经济用水产生N、P量是否适量，还能揭示植被覆盖程度与水体富营养化状态之间的动态反馈过程，指出重点调控因子，模拟相应的关键动态过程，有针对性地提出通过对社会经济用水结构的调整来调控水体富营养化建议方案，为水体富营养化的源头调控提供有效指导。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种社会经济-生态环境复合系统视角下的富营养化调控 技术 本专利技术属于水污染治理领域，具体是涉及一种社会经济-生态环境复合系统视角 下的富营养化调控技术。 对水体富营养化状况进行有效调控是水污染治理的一项基本工作，也是水环境保 护的一项重要需求。作为营养元素和水分运输的重要载体，植被在湖泊等的水体营养程度 调节中至关重要，常常作为水环境生态修复的重要措施。然而，在以往湖泊富营养化治理 技术中，主要存在两个不足：1)多从湖泊终端治理的角度来调控水体富营养化，而针对富 营养化水体的终端处理技术，由于涉及的反馈关系复杂，植被的生长状态和水体的富营养 化状态之间反馈关系和过程仍较为模糊，导致富营养化调控重点不明确；2)人类社会经济 活动产生过量的N、P，对湖泊环境安全存在胁迫，加速了湖泊富营养化进程，但是胁迫程度 如何量化尚无公认的方法和技术，因而也使社会经济用水和污水的定量管理受到限制，难 以从根本上实现水环境改善和生态修复的目标。鉴于此，对湖泊富营养化的有效调控需要 从控制社会经济活动产生的N、P输入着手，选取植被覆盖指数作为植被生长状态的量化表 征，通过耦合社会经济用水影响N、P总量变化和水体中N、P总量变化对植被覆盖指数的影 响分析，通过植被覆盖指数指示社会经济用水产生N、P是否适量，在此基础上调整用水结 构，实现富营养化的源头调控。因此，从社会经济-生态环境复合系统的视角，将社会经济 方面水量动态变化-污染物来源动态变化-植被生长状态变化考虑成一个复合系统动态过 程，通过明确社会经济用水影响富营养化的动力学过程、植被与水体富营养化之间的反馈 关系和过程，依据植被覆盖指数的适宜范围来调控社会经济用水结构及与水体水质相互影 响的内在反馈过程，在此基础上制定一个能治本的富营养化调控方案是水污染治理领域一 个亟待解决的问题。 针对现有的生态系统中植被的生长状态和水体的富营养化状态之间反馈关系和 过程仍较为模糊，且不能从社会经济用水这一产生富营养化的源头进行水质调控，从而导 致富营养化调控效果不佳的问题，本专利技术提供了一种社会经济-生态环境复合系统视角下 基于植被覆盖对水质响应的富营养化调控技术，该技术采用系统动力学方法将植被覆盖指 数和社会经济用水造成水体富营养化这一响应关系结合起来，不仅能通过植被覆盖指数的 适宜范围指示社会经济用水产生N、P量是否适量，还能揭示植被覆盖程度与水体富营养 化状态之间的动态反馈过程，指出重点调控因子并模拟相应的关键动态过程，因而有针对 性地对社会经济用水结构的调整提出建议方案，为水体富营养化的高效调控提供有效指 导。 本专利技术解决这些技术问题所采用的技术方案如下：首先，明确植被覆盖对水体富 营养化过程的响应关系；其次，建立揭示植被覆盖和水体富营养化过程的系统动力学模型。 在建模过程中，确定影响水体富营养化的各个因素的相关变化过程；再次，验证所建系统动 力学模型，并运用其来分析影响水体富营养化状态的关键因子和重要过程；最后，根据系统 动力学模型的分析结果和植被覆盖与水体富营养化状态的响应关系来使水体富营养化指 标能满足特定条件的适宜范围，从而最终为水体富营养化的高效调控提供指导。其具体的 步骤如下： 1)收集植被覆盖指数（NDVI)与水体富营养化指标（TN浓度和TP浓度）的相应数 据，建立植被覆盖对水体富营养化过程的响应关系。 2)分析水体富营养化的主要来源，来源的主要影响因素及因素的主要影响过程。 其中，水体富营养化过程与社会-经济-生态综合系统中水量动态变化过程密切相关。水 量过程考虑降雨，蒸发，泄露，沉降，入流量等过程的影响，还有排入的废水量的影响。同时， 由于水体还需为外界提供用水，根据供需水的关系，转化为总需水量的核算。此外考虑回用 水的过程。在本方法中，需水量、排污量和回用水量主要从工业、农业和生活三个方面来考 虑，其次还有生态用水过程。 3)收集步骤2中相应过程的数据，从水量角度构建能反应水体富营养化产生过程 的系统动力学模型，并将步骤1)中的植被覆盖指数与水体富营养化指标的响应关系纳入 模型中，建立揭示植被覆盖与富营养化之间反馈机制的系统动力学模型。 4)实例验证所建系统动力学模型，并进行敏感性分析，分析影响水体富营养化状 态的关键因子和重要过程。运用所建系统动力学模型进行情景分析和预测，提出调控水体 富营养化的建议方案。即，在社会-经济-生态系统联合作用下，通过对由模型确定的其中 的关键因子影响水体富营养化程度的最重要过程进行调控，为水体富营养化的高效调控提 供指导。 本专利技术具有两个优点：1)通过将社会经济方面水量动态变化-污染物来源动态 变化-植被生长状态变化考虑成一个复合系统动态过程，揭示富营养化形成的系统动力过 程；2)通过调控影响其内在反馈机制的关键因子及其关键过程，能从源头上系统地调节富 营养化状态，相比以往的针对湖泊TN、TP浓度控制的物理、生物、化学处理技术，本技术由 于考虑了社会经济用水对产生富营养化的影响，从长远来看更能从根本上调控富营养化问 题。 以下详细说明本专利技术的工作原理和实施方式： 1.收集某湖泊植被覆盖指数（NDVI)与水体富营养化指标（TN浓度和TP浓度）的 相应数据，建立植被覆盖对水体富营养化过程的响应关系。经过不同生长期植被覆盖条件 与TN和TP浓度之间关系的探索，发现只有植被生长期植被覆盖指数与单独TN浓度或TP 浓度，以及与富营养化状态（TN和TP浓度）之间有明确的响应关系。 2.分析水体富营养化的主要来源，来源的主要影响因素及因素的主要影响过程。 按照
技术实现思路
中具体步骤2中所分析，建立该湖泊的主要反馈过程的逻辑图，如图1所示。 利用湖泊的水量来推算湖泊TN、TP的浓度，从而在水质水量间建立联系。而水量主要可分 为农业、工业和生活三方面。这三方面水量的流入流出过程主要通过废水、回用水来计算， 而废水、回用水直接又可以通过需水来求得。需水计算方面，如农业方面，可通过农业面积 与单位面积需水量来计算。另外，考虑降水、蒸发、下渗等过程，如此将整个系统联系成为一 个有机整体。模型运行中使用的主要等式如下： 1)响应方程： NDVI = f (CTN, CTP) (1) 式中，CTN是水体中总氮的浓度；C TP是水体中总磷的浓度；NDVI是植被覆盖指数。 2)水环境系统： E=AW+DW+IW (2) W(I,A,D)-R(2,4,6)*WD(T,A, D) (3) 式中，E是排污总量；AW是农业废水排放量；DW是生活废水排放总量；IW是工业废 水排放总量；W(I，A，D)分别指工业废水排放量、农业废水排当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种社会经济‑生态环境复合系统视角下的富营养化调控技术，其特征在于：通过选用植被覆盖指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)作为表征植被状态的指标，建立植被覆盖对水体富营养化过程的响应关系，并在揭示社会经济用水影响水体富营养化的系统动力学过程的基础上，将该系统动力学过程与植被覆盖对水体富营养化的响应结合起来，建立一个能揭示社会经济‑生态环境复合系统中植被覆盖与富营养化之间反馈机制的系统动力学模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洁，王烜，杨志峰，崔冠楠，郝光玲，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11