水系氮污染分级计算方法、系统、计算机设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种水系氮污染分级计算方法、系统、计算机设备及存储介质，所述方法包括：对流域进行网格化处理，得到流域网格；根据碳氮变量的计算方式及相互关系，构建氮污染生物地球化学循环模型；在每个流域网格内建立氮污染生物地球化学循环模型；根据每个流域网格的氮污染生物地球化学循环模型，计算流域总的面源氮污染。本发明专利技术通过建立基于网格的氮污染生物地球化学循环模型，综合反映流域和水体氮污染中各个氮成分的污染物浓度的时空分布，使得流域及水系的氮污染评价结果更加可靠。得流域及水系的氮污染评价结果更加可靠。得流域及水系的氮污染评价结果更加可靠。

【技术实现步骤摘要】
水系氮污染分级计算方法、系统、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种水系氮污染分级计算方法、系统、计算机设备及存储介质，属于水系氮污染中的面源氮污染计算领域。

技术介绍

[0002]目前农业面源氮污染在水体污染中占有很大比例，并且日益严重，而处理农业面源氮污染需要对氮污染物进行定量研究，因此对氮污染物的定量化研究已经成为亟待解决的问题。面源氮污染的定量化研究一般要建立相应的模型，在实际定量化研究过程中，面源氮污染的模型可分为以输出系数为基础的统计模型和分布式水文水质模型两种方法。
[0003]输出系数法为基础的统计模型是将流域河流的氮浓度和流量数据实测值按照一定的方法进行数学上的归纳和统计，并按照经验进行输出系数的调整，累加得出氮污染负荷量，以代表整个区域的氮污染程度，但是输出系数法为基础的统计模型所用的参数，是按照经验所设计，未考虑不同的模型参数对氮污染负荷计算造成的精度不同这一事实，并且也未考虑流域内部氮循环的物理意义。
[0004]分布式水文水质模型法运用模型计算流域内每个网格的水质和流量，再按河道输移模型计算最后流到流域出口的氮负荷量，以代表整个区域的氮污染程度，但在流域氮负荷计算中，未考虑氮元素的循环过程，氮污染负荷的计算结果单一，只能给出流域河口处或者流域网格里氮污染负荷量的单一结果，未揭示出流域的氮污染成分在物理、化学和生物上的综合时空分布情况，不利于评价氮污染的综合来源和时空分布。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种水系氮污染分级计算方法、系统、计算机设备及存储介质，其考虑了土地利用、土壤和地形等因素对网格氮污染计算的影响，明确了不同模型参数的物理意义，使得各个参数的确定更加科学和合理；同时，针对流域尺度的氮污染，建立了基于网格的氮污染生物地球化学循环模型，考虑了氮污染在物理、化学和生物上的循环过程和机理，能综合反映流域和水体氮污染各个氮成分的污染物浓度的时空分布，从而使评价结果更全面。
[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种水系氮污染分级计算方法。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种水系氮污染分级计算系统。
[0008]本专利技术的第三个目的在于提供一种计算机设备。
[0009]本专利技术的第四个目的在于提供一种存储介质。
[0010]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0011]一种水系氮污染分级计算方法，所述方法包括：
[0012]对流域进行网格化处理，得到流域网格；
[0013]根据碳氮变量的计算方式及相互关系，构建氮污染生物地球化学循环模型；
[0014]在每个流域网格内建立氮污染生物地球化学循环模型；
[0015]根据每个流域网格的氮污染生物地球化学循环模型，计算流域总的面源氮污染。
[0016]进一步的，所述根据碳氮变量的计算方式及相互关系，构建氮污染生物地球化学循环模型，具体如下：
[0017]确定植物中有机碳元素含量的变量C
VEG
、植物中有机氮元素含量的变量N
VEG
、地表土壤中有机碳含量的变量C
DET
、地表土壤中有机氮含量的变量N
DET
、腐殖土中有机碳含量的变量C
HUM
及腐殖土中有机氮含量的变量N
HUM
；
[0018]确定C
VEG
、N
VEG
、C
DET
、N
DET
、C
HUM
及N
HUM
的计算方式及相互关系，并根据氮污染负荷计算模型，完成氮污染生物地球化学循环模型的构建。
[0019]进一步的，所述C
VEG
、N
VEG
、C
DET
、N
DET
、C
HUM
及N
HUM
的计算方式，具体如下：
[0020]植物中有机碳含量的计算方法：
[0021][0022]地表土壤中有机碳含量的计算方法：
[0023][0024]腐殖土中有机碳含量的计算方法：
[0025][0026]植物中有机氮含量的计算方法：
[0027][0028]地表土壤中有机氮含量的计算方法：
[0029][0030]腐殖土中有机氮含量的计算方法：
[0031][0032]其中，gpp表示植物光合作用同化的碳同化率，C
trr
表示植物呼吸作用释放的碳放出率，C
f
表示植物的碳循环率，C
dr
表示有机物分解的碳元素，C
dh
表示机物的碳腐植，C
hr
表示腐植土中碳元素分解，C
hcar
表示碳元素碳化，N
uptake
表示植物吸收的无机氮，N
f
表示植物的氮循环率，N
fix
表示固氮率，N
mind
表示有机氮的无机化，N
dh
表示有机物的氮腐植，N
minh
表示腐植土的无机氮化。
[0033]进一步的，所述氮污染负荷计算模型包括降水来源的氮污染沉降计算、作物对氮元素的吸收计算、硝态氮的脱氧过程计算及硝态氮的淋失计算。
[0034]进一步的，所述降水来源的氮污染包括降水沉降的氨态的氮元素和降雨沉降的硝酸态的氮元素；所述降水沉降的氨态的氮元素的计算公式如下：
[0035][0036]所述降水沉降的硝酸态的氮元素的计算公式如下：
[0037][0038]其中，depo
AMM
表示大气沉降中的氨态氮，depo
NIT
表示大气沉降中的硝酸态氮，C
N
表示氮沉降系数，N
PRE
表示降水中的氮元素。
[0039]进一步的，所述作物对氮元素的吸收计算，具体公式如下：
[0040][0041]K
s,uptake
＝0.90
×
SWI3+0.10
[0042]其中，N
max
表示作物的最大氮吸收量，N
AMM
表示土壤中的氨氮含量，N
NIT
表示土壤中的硝态氮含量，SWI表示土壤湿度指数。
[0043]进一步的，所述硝态氮的脱氧过程计算及硝态氮的淋失计算，具体公式如下：
[0044]硝态氮的脱氧过程计算：
[0045]denitr＝N
NIT
[1
‑
exp(
‑
1.4f
deni,t
C)]num
day
[0046][0047]其中，denitr表示硝酸态氮的脱氮,N
NIT
表示土壤中的硝态氮含量，num
day
表示为天数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系氮污染分级计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对流域进行网格化处理，得到流域网格；根据碳氮变量的计算方式及相互关系，构建氮污染生物地球化学循环模型；在每个流域网格内建立氮污染生物地球化学循环模型；根据每个流域网格的氮污染生物地球化学循环模型，计算流域总的面源氮污染。2.根据权利要求1所述的水系氮污染分级计算方法，其特征在于，所述根据碳氮变量的计算方式及相互关系，构建氮污染生物地球化学循环模型，具体如下：确定植物中有机碳元素含量的变量C
VEG
、植物中有机氮元素含量的变量N
VEG
、地表土壤中有机碳含量的变量C
DET
、地表土壤中有机氮含量的变量N
DET
、腐殖土中有机碳含量的变量C
HUM
及腐殖土中有机氮含量的变量N
HUM
；确定C
VEG
、N
VEG
、C
DET
、N
DET
、C
HUM
及N
HUM
的计算方式及相互关系，并根据氮污染负荷计算模型，完成氮污染生物地球化学循环模型的构建。3.根据权利要求2所述的水系氮污染分级计算方法,其特征在于，所述C
VEG
、N
VEG
、C
DET
、N
DET
、C
HUM
及N
HUM
的计算方式，具体如下：植物中有机碳含量的计算方法：地表土壤中有机碳含量的计算方法：腐殖土中有机碳含量的计算方法：植物中有机氮含量的计算方法：地表土壤中有机氮含量的计算方法：腐殖土中有机氮含量的计算方法：其中，gpp表示植物光合作用同化的碳同化率，C
trr
表示植物呼吸作用释放的碳放出率，C
f
表示植物的碳循环率，C
dr
表示有机物分解的碳元素，C
dh
表示机物的碳腐植，C
hr
表示腐植土中碳元素分解，C
hcar
表示碳元素碳化，N
uptake
表示植物吸收的无机氮，N
f
表示植物的氮循环率，N
fix
表示固氮率，N
mind
表示有机氮的无机化，N
dh
表示有机物的氮腐植，N
minh
表示腐植土的无机氮化。4.根据权利要求2所述的水系氮污染分级计算方法,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺斌，李齐秀，杨春波，陈振坤，
申请(专利权)人：广东省科学院生态环境与土壤研究所，
类型：发明
国别省市：