【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量，具体为改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用。
技术介绍
1、在估算大流域内的污染负荷时，必须针对当地的具体土地利用类型，水文，地形等确定相应的污染物输出系数。现有的经典输出系数模型主要考虑了不同土地利用类型、农村人口数量、社会经济状况以及不同施肥方式对非点源污染的影响；从不同角度对该经典输出系数模型进行改进。例如：引入沉积排放系数，构建了基于侵蚀级（erosion-scaled）总磷（tp）输出系数模型；纳入了降雨因子、地形、地表径流、地下径流和截留因子等关键影响因素，对黄河上游干流区的输出系数模型进行了改进；针对不同土地利用类型，以输出系数法为基础，引入污染负荷系数，建立了计算三峡库区上游流域非点源氮磷负荷的数学模型等。
2、在一些现有技术中，在构建输出系数模型时，进一步考虑了降雨、坡度、土壤特性、土地利用等因素与输出系数之间的关系。例如，基于驱动因子-传输因子-渗透因子-截留因子的主要框架，纳入了降雨因子、地形、地表径流、地下径流和截留因子等关键影响因素，对黄河上游干流区的输出系数模型进行了改进；
3、然而，大多数改进后的输出系数模型研究对象是小流域，而针对黄河大流域等非点源污染负荷的输出系数模拟研究相对较少，因此亟需一种输出-入河系数模型来实现大流域负荷匡算的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，能有效解决上述现有技术中存在的问题。
2、为解决上述技术问题，
3、对待测流域嵌套子流域，采用拉丁超立方取样方法来初始化种群，并通过在嵌套流域数据中使用遗传算法求解优化产污方程，以计算不同子流域的土地利用输出系数；
4、计算并耦合对应流域的地表产流因子、土壤水淋溶因子、景观截留因子和土壤侵蚀因子，来校准不同空间单元污染源的输出系数；
5、将降雨侵蚀力因子和地形影响因子乘积与成本距离因子与植被覆盖度因子的乘积的比值来校准不同空间单元污染源的入河系数；
6、通过校准后的输出系数和校准后的入河系数构建大流域面源污染分布模型，并计算各类土地利用类型下污染物输出量与入河量。
7、优选的，将土地利用分为n种类型，不同土地利用类型的输出系数为，其中，i表示污染物类型，j表示土地利用类型；在研究区内选取m（）个小流域，根据污染物在流域内的输入输出质量守恒原则，可以对每个小流域分别建立相应的污染物输出方程：
8、；
9、其中，为流域内第i种污染物的年负荷量；为点源污染的年负荷量；为由农村和城镇人口、畜禽养殖产生的第i种污染物的年负荷量；为污染物i在流域内第j种土地利用类型上的输出系数；为流域第j种土地利用类型的面积；p为由降雨输入的营养物量；
10、使用遗传算法优化产污方程，对于污染物i，针对m个小流域分别建立m个产污方程，从而构成一个方程组：
11、；
12、其中，为第i种污染物在第t个小流域的年平均浓度；为第t个小流域的年径流量；为第i种污染物在第t个小流域的损失系数；为第种污染物在枯水期第t个小流域出口处的平均监测浓度；为第t个小流域枯水期流域出口的总流量；为第t个小流域枯水期的时间。
13、优选的，污染源包括总磷污染源和总氮污染源。
14、优选的，将地表产流因子和土壤水淋溶因子归一化值与景观截留因子的比值来校准不同空间单元总氮污染源的输出系数：
15、；
16、将地表产流因子和土壤侵蚀因子归一化值与景观截留因子的比值来校准不同空间单元总磷污染源的输出系数：
17、；
18、其中，与是改进后的输出系数，ri为地表产流因子，li为土壤水淋溶因子，k为土壤侵蚀因子，lii为景观截留因子，ecn与ecp是在嵌套流域采用遗传算法的到的原始的输出系数的结果。
19、优选的，降雨侵蚀力因子、地形影响因子和成本距离因子与污染物量成正比关系，而植被覆盖度因子与污染物量成反比关系；对不同的土地利用类型，将降雨侵蚀力因子和地形影响因子乘积与成本距离因子与植被覆盖度因子的乘积的比值作为总氮和总磷的权重因子，校准不同空间单元污染源的入河系数；
20、校准不同空间单元总氮污染源的入河系数：
21、；
22、校准不同空间单元总磷污染源的入河系数：
23、；
24、其中，为总氮的集中式入河系数,为总磷的集中式入河系数，无量纲，分别取值为0.3和0.2。
25、优选的，对产污因子ci、坡度因子s、坡长因子l进行重分类，并将这些因子与到黄河干流的成本距离相融合，通过对成本距离取对数来构建成本距离因子：，其中，、、分别代表各因子重分类后的结果。
26、优选的，产污因子ci：；
27、坡度因子s：
28、；
29、坡长因子l：
30、；
31、其中，是流域上某一点的累积汇水量参数；和分别为从数字高程模型中提取的坡度和坡长，m为坡长指数，其值随坡度的变化而改变。
32、优选的，大流域面源污染匡算及污染源区分布模型为：
33、；
34、为污染物总入河量；为改进后的或输出系数；i是污染物种类；为流域第i种土地利用类型的面积；为污染物i在流域内第j种土地利用类型上的输出系数，畜禽出栏量或者人口数，p为由降雨输入的营养物量，为改进后的总磷和总磷的入河系数。
35、有益效果：本专利技术通过计算并耦合对应流域的地表产流因子、土壤水淋溶因子、景观截留因子和土壤侵蚀因子，来改进输出系数，使其可移植性较强，而且数据获取容易，并引入了降雨侵蚀力、地形影响和成本距离等因子，配合通过对成本距离取对数来构建成本距离因子，有效降低了土地利用类型产生的总氮和总磷入河量的相对误差，显著提升大流域面源污染入河量估算的准确性。
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1.改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：使用遗传算法优化产污方程，对于污染物i，针对m个小流域分别建立m个产污方程，从而构成一个方程组：
3.根据权利要求1所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：污染源包括总磷污染源和总氮污染源。
4.根据权利要求3所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：将地表产流因子和土壤水淋溶因子归一化值与景观截留因子的比值来校准不同空间单元总氮污染源的输出系数：
5.根据权利要求3所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：校准不同空间单元总氮污染源的入河系数：
6.根据权利要求5所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：对产污因子CI、坡度因子S、坡长因子L进行重分类，并将这些因子与到黄河干流的成本距离相融合，通过对成本距离取对数来构建成本距离因子：，其中，、、分别代表各因子重分类后的结果
7.根据权利要求6所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：产污因子CI：；
8.根据权利要求3-7任一项所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：大流域面源污染匡算及污染源区分布模型为：
...【技术特征摘要】
1.改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：使用遗传算法优化产污方程，对于污染物i，针对m个小流域分别建立m个产污方程，从而构成一个方程组：
3.根据权利要求1所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：污染源包括总磷污染源和总氮污染源。
4.根据权利要求3所述的改进输出-入河系数模型在大流域负荷匡算的应用，其特征在于：将地表产流因子和土壤水淋溶因子归一化值与景观截留因子的比值来校准不同空间单元总氮污染源的输出系数：
5.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴磊，王雪婷，李红星，王海涛，韩拓，马孝义，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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