基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法

摘要

本发明公开了一种基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法，其包括获取植被指数，对研究区域进行网格划分，基于气象数据计算每个网格单元中植被每天总耗水量；计算每个网格单元每天的产流量；采用所有网格单元每天的产流量，计算待研究山区在预设时间段内的总产流量；获取待研究山区下游城市在预设时间段内的需水量范围，并判断上游山区总产流量是否满足下游城市需水量范围，若是，不需要调整山区产流量，否则减小植被种植面积，增大山区产流，或者增大植被的种植面积或植被指数，增大山区产流。

说明书

技术领域

本发明涉及评估山区产流的技术，具体涉及基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法。

背景技术

近二十年来我国实施了大规模山区植被修复工程，包括黄土高原“退耕还林(草)”、“三北防护林”建设等，山区的植被修复有效的遏制了区域生态退化趋势，对改善生态环境起到至关重要的作用。但同时大规模植树造林的区域往往位于我国北方地区，降雨量少，生态脆弱，同时经济社会用水需求强劲，往往导致生态用水和经济发展用水的强烈竞争。

对于一个区域来说，降雨总量相对稳定，植被消耗增加意味着山区产流的减少，对下游平原来说可利用的水资源量减少，对流域的经济社会发展产生不利影响，因此，亟需一种能够合理的分配山区生态和平原社会的用水关系的方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法能够合理平衡山区生态和下游城市的用水关系。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法，其包括：

S1、获取反映待研究山区植被质量变化的植被指数；

S2、采用线性插值方法将植被指数分配到每一天，得到逐日变化的植被指数值，并根据植被指数的分辨率对待研究山区进行网格划分；

S3、收集待研究山区的气象数据，并采用插值方法将所述气象数据分配至每个网格单元中，之后计算预设时间段内每个网格单元中植被每天总耗水量；

S4、采用网格单元前一天的总耗水量、产流量、土壤蓄水容量和下雨量，计算网格单元当天的土壤蓄水容量；

S5、根据网格单元每天土壤蓄水容量和下雨量，采用蓄满产流公式计算每个网格单元每天的产流量；采用所有网格单元每天的产流量，计算待研究山区在预设时间段内的总产流量；

S6、获取待研究山区下游城市在预设时间段内的需水量范围，并判断上游山区总产流量是否满足下游城市需水量范围，若是，不需要调整山区产流量，否则进入步骤S7或S9；

S7、当总产流量小于下游城市需水量范围的下限时，将两者的差值作为待增加山区产流量；计算每个网格单元在预设时间段内的平均总植被耗水量；

S8、采用待增加山区产流量除以平均总植被耗水量得到值A，之后在待研究山区砍伐A个网格单元、且超过预设年限植被，以增大山区产流；

S9、当总产流量大于下游城市需水量范围的上限时，将两者的差值作为待减少山区产流量，之后将植被指数调整至最优值，并执行步骤S2至步骤S5，得到优化后的总产流量；

S10、判断优化后的总产流量是否大于下游城市需水量范围的上限，若是进入步骤S11，否则对待研究山区植被进行调整，使其植被指数临近植被指数最优值，以减小山区产流；

S11、采用待减少山区产流量消耗除以平均总植被耗水量得到值B，之后在待研究山区种植B个网格单元的植被，以减小山区产流量。

本发明的有益效果为：本方案通过植被的耗水量及土壤需水量能够准确地对山区的产流进行计算，通过计算得到的产流与下游城市的耗水量范围进行比较，根据比较结果对植被进行调整，以保证山区的产流能够支撑下游的用水量。

通过本方案能够准确地判断山区当前种植的植被是否合理，指导山区确定合理的植树造林规模或强度，避免盲目扩大人工植树规模而导致山区水资源过度消耗，影响流域下游的用水量，以保证生态平衡。

附图说明

图1为基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法的流程图。

图2为6个待研究山区的模拟结果和实测产流深对比。

图3为两种不同情景下植被耗水量与实际耗水量的对比。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了基于山区植被的遥感数据调整山区产流量的方法；如图1所示，该方法包括步骤S1至步骤S11。

在步骤S1中，获取反映待研究山区植被质量变化的植被指数；其中，植被指数为遥感归一化差异植被指数、叶面积指数和增强植被指数。

本方案选用的3种植被指数，能够综合反映区域植被质量变化，三种植被指数均可以在Modis数据库中下载，数据分辨率为500m×500m，8天一期数据。

在步骤S2中，采用线性插值方法将植被指数分配到每一天，得到逐日变化的植被指数值，并根据植被指数的分辨率对待研究山区进行网格划分。

在步骤S3中，收集待研究山区的气象数据，并采用插值方法将所述气象数据分配至每个网格单元中，之后计算预设时间段内每个网格单元中植被每天总耗水量。

实施时，本方案优选所述网格单元中植被每天总耗水量的计算公式为：

ET

其中，ET

f

其中，网格单元中植被每天总耗水量的计算公式涉及的各项参数计算公式为：

R

f

其中，R

在步骤S4中，采用网格单元前一天的总耗水量、产流量、土壤蓄水容量和下雨量，计算网格单元当天的土壤蓄水容量：

W

其中，W

在步骤S5中，根据网格单元每天土壤蓄水容量和下雨量，采用蓄满产流公式计算每个网格单元每天的产流量；所述蓄满产流公式为：

A＝W'

其中，W

之后，采用所有网格单元每天的产流量，计算待研究山区在预设时间段内的总产流量。

在步骤S6中，获取待研究山区下游城市在预设时间段内的需水量范围，并判断上游山区总产流量是否满足下游城市需水量范围，若是，不需要调整山区产流量，否则进入步骤S7或S9。

在步骤S7中，当总产流量小于下游城市需水量范围的下限时，将两者的差值作为待增加山区产流量；计算每个网格单元在预设时间段内的平均总植被耗水量q＝Q/N，其中，q为平均总耗水量；Q为待研究山区所有网格单元在预设时间段内的总耗水量；N为网格单元的总个数。

在步骤S8中，采用待增加山区产流量除以平均总植被耗水量得到值A，之后在待研究山区砍伐A个网格单元且超过预设年限的植被，以增大山区产流。

在步骤S9中，当总产流量大于下游城市需水量范围的上限时，将两者的差值作为待减少山区产流量，之后将植被指数调整至最优值，并执行步骤S2至步骤S5，得到优化后的总产流量。

在步骤S10中，判断优化后的总产流量是否大于下游城市需水量范围的上限，若是进入步骤S11，否则对待研究山区植被进行调整，使其植被指数临近植被指数最优值，以减小山区产流。

实施时，本方案将植被指数调整至最优值时，还包括对待研究山区植被进行管理，并使植被在设定时间内生长至其植被指数达到最优值。

在步骤S11中，采用待减少山区产流量消耗除以平均总植被耗水量得到值B，之后在待研究山区种植B个网格单元的植被，以减小山区产流量。

下面结合具体的实例对植被总耗水量计算模型ET

采用滦河山区、永定河山区、大清河山区、北三河山区、子牙河山区、漳卫河山区六个山区作为待研究山区，采用本方案的步骤S1至步骤S3计算山区2001-2015年植被变化对区域产流的影响，模拟结果和实测产流深对比如图2所示，海河流域山区6个子流域模拟结果和实测数据较为吻合，纳什系数在0.71-0.89之间，说明模拟可以较好的模拟植被耗水过程。

下面结合附图3对植被增加对山区耗水量的影响进行说明：

图3为两种不同情景下植被耗水量与实际耗水量的对比，情景一(S1)为假设2001-2015年植被质量没有变化，此情景下植被的耗水规律；情景二(S2)为假设植被质量都提高到每个子流域的最高水平(子流域内3种植被指数最大值)，此情景下的植被耗水规律；实测情景(Actual)为2001-2015年植被实际耗水规律。

结果显示，情景一和实测情景相比，从2001年到2015年因植被大规模修复，海河流域山区耗水增加19.8mm，相当于植被蒸散发耗水增加了8亿立方米。情景二和实测情景对比，如果植被质量提高到最高水平，植被耗水将继续增加32.4mm，相当于植被蒸散发耗水增加了13亿立方米。

可见，植被种植面积的增加会答复增加山区植被耗水量，从而使山区产流大幅度降低，进一步印证了通过改善植被种植面积及植被指数可以调整山区的产流量。