一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统，包括获取研究区域的气候要素原始遥感数据集以及研究区域像元面积；所述气候要素原始遥感数据集包括单位像元面积月降水量数据、单位像元面积月实际蒸散发量数据、单位像元面积月融雪量数据、单位像元面积月土壤水分变化值数据以及月径流量数据；根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量；根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量。采用本发明专利技术提供的方法或系统，克服了现有技术和现有模型难以实现基于空间像元尺度的地下水赋存量评估技术缺陷，弥补了现有模型的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统
本专利技术涉及地下水补给量估算领域，特别是涉及一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统。
技术介绍
地下水是与地表水同等重要的水资源，赋存量大，具有极高的开采价值。然而，由于气候变化和人类活动的原因，地下水补给量变化动态较大，且有逐年衰竭的趋势。当前地下水赋存量的估算方法主要是基于地下水出口或泉点进行实时监测数据进行估算，在时空尺度上具有很大的不确定性，这主要是由于地下水埋藏较深，监测难度较大，时间长，监测点位上的数据不充分，难以表征真实的地下水变化特征。由于监测数据的缺乏，监测区域小，而地下水资源在空间大尺度上具有流动性和补给性能，因此，地下水资源评估往往基于跨省跨国尺度。此外，地下水补给量赋存具有极其显著的时空异质性，亟需快速、高效、精准地实现监测，并获取数据进行分析，而现阶段技术和方法难以实现空间上的监测任务，给地下水资源的实时评估带来了很大的困难。因此，亟需一套能够快速、高效、精准估算地下水补给量的新方法，以实现地下水补给量评估研究，为社会经济发展和生态恢复建设提供新的技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统，克服现有技术和现有模型难以实现基于空间像元尺度的地下水赋存量评估技术缺陷，弥补现有模型的空白。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，包括：获取研究区域的气候要素原始遥感数据集以及研究区域像元面积；所述气候要素原始遥感数据集包括单位像元面积月降水量数据、单位像元面积月实际蒸散发量数据、单位像元面积月融雪量数据、单位像元面积月土壤水分变化值数据以及月径流量数据；根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量；根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量。可选的，在执行根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量之前，还包括：对所述气候要素原始遥感数据集中的数据进行预处理，得到研究区域的气候要素处理数据集；预处理的操作步骤依次包括格式转换、影像校正、裁剪、配准、质量检查和投影转换。可选的，所述水量平衡方程为S(QSN+P)＝S(ET+ΔS)+R+G；其中，S为像元面积，单位为m2；QSN为单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm；R为月径流量，单位为m3；G为地下水补给量，单位为m3。可选的，所述根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量，具体包括：根据公式W＝R+G＝S(QSN+P-ET-ΔS)计算研究区域水资源总产量；其中，W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；G为地下水补给量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理数据集中的单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为气候要素处理数据集中的单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为气候要素处理数据集中的单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为气候要素处理数据集中的单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm。可选的，所述根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量，具体包括：根据公式G＝W-R＝S(QS+P-ET-ΔS)-R估算研究区域的地下水补给量；其中，G为研究区域的地下水补给量，单位为m3；W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理数据集中的单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为气候要素处理数据集中的单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为气候要素处理数据集中的单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为气候要素处理数据集中的单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm。一种基于像元尺度的地下水补给量估算系统，包括：信息获取模块，用于获取研究区域的气候要素原始遥感数据集以及研究区域像元面积；所述气候要素原始遥感数据集包括单位像元面积月降水量数据、单位像元面积月实际蒸散发量数据、单位像元面积月融雪量数据、单位像元面积月土壤水分变化值数据以及月径流量数据；研究区域水资源总产量计算模块，用于根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量；地下水补给量估算模块，用于根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量。可选的，还包括：预处理模块，用于对所述气候要素原始遥感数据集中的数据进行预处理，得到研究区域的气候要素处理数据集；预处理的操作步骤依次包括格式转换、影像校正、裁剪、配准、质量检查和投影转换。可选的，所述研究区域水资源总产量计算模块，具体包括：研究区域水资源总产量计算单元，用于根据公式W＝R+G＝S(QSN+P-ET-ΔS)计算研究区域水资源总产量；其中，W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；G为地下水补给量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理数据集中的单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为气候要素处理数据集中的单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为气候要素处理数据集中的单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为气候要素处理数据集中的单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm。可选的，所述地下水补给量估算模块，具体包括：地下水补给量估算单元，用于根据公式G＝W-R＝S(QS+P-ET-ΔS)-R估算研究区域的地下水补给量；其中，G为研究区域的地下水补给量，单位为m3；W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理数据集中的单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为气候要素处理数据集中的单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为气候要素处理数据集中的单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为气候要素处理数据集中的单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法及系统，利用月径流量数据、月降水量数据、月实际蒸散发量数据以及月融雪量数据，根据水量平衡方程推导出地下水补给量估算模型，为地下水储量监测评估提供了一种新方法。该地下水补给量估算模型具有快速、高效、适用于全球大尺度的优势，解决了地下水补给量监测难度大、时间久、精度不高的问题，为生态恢复和社会经济发展相关研究提供了新的技术支撑和理论基础。...

【技术保护点】
1.一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，包括：/n获取研究区域的气候要素原始遥感数据集以及研究区域像元面积；所述气候要素原始遥感数据集包括单位像元面积月降水量数据、单位像元面积月实际蒸散发量数据、单位像元面积月融雪量数据、单位像元面积月土壤水分变化值数据以及月径流量数据；/n根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量；/n根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，包括：
获取研究区域的气候要素原始遥感数据集以及研究区域像元面积；所述气候要素原始遥感数据集包括单位像元面积月降水量数据、单位像元面积月实际蒸散发量数据、单位像元面积月融雪量数据、单位像元面积月土壤水分变化值数据以及月径流量数据；
根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量；
根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量。


2.根据权利要求1所述的一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，在执行根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量之前，还包括：
对所述气候要素原始遥感数据集中的数据进行预处理，得到研究区域的气候要素处理数据集；预处理的操作步骤依次包括格式转换、影像校正、裁剪、配准、质量检查和投影转换。


3.根据权利要求1所述的一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，所述水量平衡方程为S(QSN+P)＝S(ET+ΔS)+R+G；
其中，S为像元面积，单位为m2；QSN为单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm；R为月径流量，单位为m3；G为地下水补给量，单位为m3。


4.根据权利要求2所述的一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，所述根据所述气候要素原始遥感数据集和所述研究区域像元面积，利用水量平衡方程，计算研究区域水资源总产量，具体包括：
根据公式W＝R+G＝S(QSN+P-ET-ΔS)计算研究区域水资源总产量；
其中，W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；G为地下水补给量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理数据集中的单位像元面积月融雪量，单位为mm；P为气候要素处理数据集中的单位像元面积月降水量，单位为mm；ET为气候要素处理数据集中的单位像元面积月实际蒸散发量，单位为mm；ΔS为气候要素处理数据集中的单位像元面积月土壤水分变化值，单位为mm。


5.根据权利要求2所述的一种基于像元尺度的地下水补给量估算方法，其特征在于，所述根据所述研究区域水资源总产量和所述月径流量数据，估算研究区域的地下水补给量，具体包括：
根据公式G＝W-R＝S(QS+P-ET-ΔS)-R估算研究区域的地下水补给量；
其中，G为研究区域的地下水补给量，单位为m3；W为研究区域水资源总产量，单位为m3；R为气候要素处理数据集中的月径流量，单位为m3；S为像元面积，单位为m2；QSN为气候要素处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晓永，王世杰，吴路华，陈飞，周苗，田义超，罗光杰，李琴，王金凤，谢元欢，杨钰杰，李朝君，邓元红，胡泽银，田诗琪，路茜，冉晨，刘闵，
申请(专利权)人：中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：贵州;52