一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置及预测方法

摘要

本发明公开了一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置及预测方法，为解决目前对于生态破坏和环境污染问题的关注仅停留在开发与经营范围之内因缺乏一定的生态环境预测机制不能有效评判生态脆弱度，导致对于生态破坏和环境污染问题重视程度和认识高度都有一定的欠缺的问题，预测方法具体包括如下步骤：信息采集并建立区域模型，对环境污染因素分析等步骤，并采用取样设备进行信息采集。本发明通过生态脆弱性评价来确定研究区的生态脆弱度，环境承载力评价用于生态指数确定，点源污染模拟用于确定生态发生概率，综合待预测区域生态风险源的分析和终点的选择，准确且全面的提出待预测区域的风险管理对策。

说明书

技术领域

本发明涉及生态治理技术领域，尤其涉及一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置及预测方法。

背景技术

人类的可持续发展与生态环境的质量息息相关，良好的生态系统关系着人类的健康和社会的经济。生态系统的破坏会引起生态退化以及衍生的一系列环境效应，如：水土流失、沙漠化、荒漠化、森林税减、土地退化、生物多样性减小、湖泊富营养化、地面沉降等。所以，进行生态系统风险评价与预警研究对当地的生态环境保护、环境管理、生态文明建设和可持续发具有重要的价值。

现在所进行的生态风险评价研究是从一般的风险评价发展推演而来，但内容仍然侧重生物生态毒理研究，尺度一般限于单一种群或者群落，特别对于一些处于松软沙地的区域，比如黄河流域(中卫段)，由于实际管理的重视程度和学科关注的欠缺。

目前对于生态破坏和环境污染问题的关注仅停留在开发与经营范围之内，因缺乏一定的生态环境预测机制不能有效评判生态脆弱度，导致对于生态破坏和环境污染问题重视程度和认识高度都有一定的欠缺。

因此提出一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置及预测方法来提高上述区域的生态环境治理效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置及预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于气象数据模拟的生态环境预测方法，包括如下步骤：

包括如下步骤：

S1：信息采集并建立区域模型：对待预测区域的生态环境现状进行系统的调查，并利用“3S”技术划分景观类型及确定该区的生态风险因子；

S2：对环境污染因素分析：收集待预测区域的各项数据，并进行待预测区域径流以及点源污染分析，率定该区的水文因子，分析该区域地表水与地下水的响应机制，总结该流域的点源污染现状；

S3：在S1和S2步骤的基础上，查明待预测区域的资源环境条件和生态环境因子特征；开展单因素生态环境承载力研究和多因素生态环境承载力研究，定量分析待预测区域的生态环境承载力，根据遥感数据计算该区的植被归一化指数，结合水资源的污染状况，综合评价该区的生态脆弱性；

S4：生态脆弱性评价确定待预测区域的生态脆弱度，环境承载力评价用于生态指数确定，点源污染模拟用于确定生态发生概率，综合待预测区域的生态风险源的分析和终点的选择，及获得的景观生态风险值，得到待预测区域生态风险分析图，提出待预测区域的风险管理对策，进一步提出该区的预警工作原理，构建待预测区域的预警机制。

一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置，包括用于完成信息采集工作的取样装置；其特征在于：

所述取样设备包括：履带车，所述履带车通过翻转部连接有支撑板；

支撑板一侧外壁固定有一组电动滑轨，电动滑轨内壁滑动连接有连接台，连接台顶部外壁开有圆形通孔，圆形通孔内壁固定有外筒，外筒顶部外壁固定有螺纹管，螺纹管内壁连接有连接管，连接管内壁滑动连接有取样管，连接管顶部外壁固定有机壳，取样管贯穿于机壳底部外壁，机壳内壁设置有振动机构。

进一步的，所述支撑板一侧外壁固定有U型架，U型架顶部外壁固定有导向杆，连接台滑动连接于导向杆的外壁上。

进一步的，所述振动机构包括液动振动机和液压泵；

液动振动机和液压泵分别固定于机壳的内壁上，液动振动机的输出轴通过联轴器连接于取样管的顶部外壁上，液动振动机通过管路与液压泵相连接。

进一步的，所述外筒底部外壁固定有尖端。

更进一步的，所述履带车顶部外壁固定有伸缩架，伸缩架顶部外壁设置有连接杆，连接杆一侧外壁设置有梯台形环，梯台形环一侧外壁设置有风筒，风筒外壁设置有波纹管，波纹管底部外壁套接有辅助球，辅助球内壁设置有导板，导板底部外壁固定有过滤网，过滤网一侧外壁设置于辅助球的内壁上。

更进一步的，所述辅助球底部外壁设置有端盖，辅助球一侧外壁设置有缓冲管。

更进一步的，所述缓冲管底部外壁套接有用于控制缓冲管开合的管路开合机构。

更进一步的，所述管路开合机构阀门仓，阀门仓两侧外壁分别开有矩形通孔，矩形通孔内壁滑动连接有滑杆，阀门仓一侧外壁固定有侧仓，滑杆贯穿于侧仓，滑杆顶部外壁开有导气通槽，阀门仓底部外壁通过波纹管连接有储气分管，机壳一侧内壁固定有储气罐，储气罐顶部外壁设置有气压计，取样管一侧外壁开有矩形凹槽，矩形凹槽内壁卡接有导气分管，导气分管顶部外壁设置于储气罐的一侧外壁上，取样管底部外壁设置有辅助罐，辅助罐内壁开有密封腔，密封腔内壁滑动连接有多个活动插板，密封腔顶部内壁开有圆形通孔，圆形通孔内壁设置有导通管，导通管顶部外壁设置于导气分管的底部外壁上。

更进一步的，所述滑杆一侧外壁固定有定向轮，阀门仓一侧外壁固定有侧架，侧架内壁转动连接有转轮，定向轮和转轮内壁套接有拉绳，拉绳一侧外壁固定于滑杆的一侧外壁上，拉绳底部外壁固定有磁铁块。

本发明的有益效果为：

1、通过生态脆弱性评价来确定研究区的生态脆弱度，环境承载力评价用于生态指数确定，点源污染模拟用于确定生态发生概率，综合待预测区域生态风险源的分析和终点的选择，及获得的景观生态风险值，得到待预测区域生态风险分析图，从而准确且全面的提出待预测沙漠区域的风险管理对策，进一步提出该沙漠区域的预警工作原理，有效的构建待预测沙漠区域的预警机制，提高了该沙漠区域生态环境预测的准确性。

2、本发明从生态风险背景值、环境承载力和生态脆弱性出发，对沙漠地区所承受的生态威胁、遭受破坏的因素进行综合管理研究，并进行风险评估，并能够准确分析生态风险评价及生态风险管理之间的关系，从而准确论述沙漠环境生态预警机制的工作原理，实现沙漠环境生态风险评价理论与技术在生态系统保护领域的相互进补，为沙漠环境生态生态可持续发展提供可行性建议。

3、当取样管向沙地中插入指定深度后，工作人员即可转动机壳，从而通过螺纹将机壳底部固定的连接管从螺纹管内壁移出，将插接在机壳上的取样管从外筒内部取出，从而方便的将取样管内部采集的样本取出，将取样管内部采集的泥土样本取出后即可通过螺纹将机壳整体再次安装到导气分管上，此时外筒一直插在沙地中对取样管进行取样的孔洞进行支撑，避免孔洞坍塌影响土壤取样的准确性，随后控制电动滑轨继续带动连接台向下移动，让取样管对更深层的土壤进行取样，从而让取样管可对不同深度的土壤进行方便且准确的取样。

4、梯台形环可对风筒的开口部位进行支撑，让周围的风能够快速吹入风筒，同时可通过拉伸连接杆来调节风筒整体的高度，风吹入风筒后，会通过风筒外壁插接的波纹管导入辅助球内部，并通过缓冲管最终排出，此时辅助球内部的导板可对进入辅助球的风进行导向，从而让过滤网对吹入辅助球内部的风进行过滤，将沙子等颗粒过滤在辅助球内，一段时间过后，工作人员即可打开端盖将收集的砂砾取出，根据砂砾重量、收集时间及当时的风力即可推断出该地区空气中的含沙量，提高了生态环境预测的准确性。

5、由于沙地土质松软，将取样管拔出时内部的沙土容易洒出，工作人员可风筒撑开，在对空气中的含沙量进行检测的同时，吹入风筒的气流会通过缓冲管进入阀门仓，同时工作人员向外拉动滑杆，让滑杆外壁的导气通槽进入阀门仓内部，让通过缓冲管进入阀门仓的气流能够通过导气通槽进入位于阀门仓底部的波纹管，并通过储气分管进入储气罐，进入储气罐内部的气流通过导气分管吹入密封腔，推动密封腔内部的活动插板向外侧移动，对取样管底部的开口进行遮挡，避免在取出取样管时取样管内部的沙土过多的掉落，提高了取样管对土壤样板的取样效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的主视结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的机壳内部结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的辅助罐剖视结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的风筒结构示意图；

图5为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的辅助球内部结构示意图；

图6为本发明提出的一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置的阀门仓剖视结构示意图。

图中：1-履带车；2-U型架；3-外筒；4-导向杆；5-连接台；6- 机壳；7-支撑板；8-电动滑轨；9-液压杆；10-储气罐；11-储气分管； 12-气压计；13-液动振动机；14-液压泵；15-连接管；16-螺纹管； 17-取样管；18-导气分管；19-尖端；20-辅助罐；21-密封腔；22- 活动插板；23-导通管；24-风筒；25-波纹管；26-伸缩架；27-连接杆；28-梯台形环；29-辅助球；30-导板；31-缓冲管；32-过滤网； 33-端盖；34-阀门仓；35-定向轮；36-侧架；37-滑杆；38-侧仓；39- 拉绳；40-导气通槽；41-磁铁块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

一种基于气象数据模拟的生态环境预测方法，以黄河流域(中卫段)的生态风险因子和危险等级为例，包括以下步骤：

S1：信息采集并建立区域模型；通过“遥感+历史资料+实地调查”等工作手段，对黄河流域(中卫段)生态环境现状进行系统的调查，并利用遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography information systems，GIS)和全球定位系统(Globalpositioning systems，GPS)技术划分景观类型及确定该区的生态风险因子；遥感技术、地理信息系统和全球定位系统统称为“3S”技术；

S2：对环境污染因素分析；收集黄河流域(中卫段)的水文数据、土地利用数据、土壤数据和气象数据，采用SWAT(Soil and WaterAssessment Tool)技术进行黄河流域(中卫段)径流以及点源污染分析，率定该区的水文因子，分析该区域地表水与地下水的响应机制，总结该流域的点源污染现状；

S3：在收集资料、实地考察和相关分析的基础上，查明研究区的资源环境条件和生态环境因子特征；利用综合指数法、叠置分析法等开展单因素生态环境承载力研究和多因素生态环境承载力研究，定量分析黄河流域(中卫段)的生态环境承载力；根据遥感数据计算该区的植被归一化指数，结合水资源的污染状况，综合评价该区的生态脆弱性；

S4：生态脆弱性评价确定研究区的生态脆弱度，环境承载力评价用于生态指数确定，点源污染模拟用于确定生态发生概率，综合黄河流域(中卫段)生态风险源的分析和终点的选择，及获得的景观生态风险值，得到黄河流域(中卫段)生态风险分析图，提出黄河流域(中卫段)的风险管理对策，进一步提出该区的预警工作原理，构建黄河流域(中卫段)的预警机制。

通过查找黄河流域(中卫段)的生态风险评价、景观生态风险、风险管理、预警机制等相关资料，结合黄河流域(中卫段)的地质资料、水文地质、水文以及土壤等参考资料，在黄河流域(中卫段)生态威胁因子调查的基础上，归纳整理黄河流域(中卫段)的沙漠地区生态风险源和危害性表征，进行沙漠地区生态系统风险评价，并在评价基础上建立对应的沙漠地区生态环境预警机制，为该区的生态环境保护和规划治理提供决策支撑；同时综合“3S”技术，SWAT分析、生态脆弱性以及环境承载立分析，进行沙漠地区生态系统风险评估，并在评估基础上进行生态风险预警，制定相应的防范机制，以响应沙漠地区生态保护与建设的规划和目标；

同时本方法充分考虑黄河流域(中卫段)在宁夏的生态地位和经济地位，沙漠地区的生态环境尤其脆弱，对该区进行生态系统风险评估与预警具有重要的实际意义，对沙漠地区生态环境治理与保护具有指导作用和深远影响；根据历史气象数据和径流数据，实现沙漠地区的SWAT径流模拟和点源污染模拟，以实现该流域径流影响因子、污染影响因子以及地下水与地表水交互作用影响因子率定和评价；根据气象部门预测的未来气象数据，模拟和预测该流域在未来的径流和污染状况，从而对沙漠地区的水资源情况进行准确且及时的预测和模拟，有利于提高对沙漠地区等缺水地区的环境治理和改善效果。

实施例2

一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置，在对黄河流域中卫段的承台环节进行实地调查时，特别是宁夏中卫腾格里沙漠地区，需要对地面不同深度的沙土进行取样，收集该地区的土壤数据；

为完成数据的采集生态环境预测装置包括取样设备；

取样设备包括履带车1，所述履带车1一侧外壁通过铰链连接有液压杆9，液压杆9一侧外壁通过铰链连接有支撑板7；以完成整体支撑板7的翻转，支撑板7转动连接于履带车1的一侧外壁上；

工作人员可通过控制液压杆9推动支撑板7上下转动，当不需要进行土壤采集时，可控制液压杆9收缩，从而将支撑板7整体翻转到履带车1上，方便履带车1进行移动，需要对土壤进行采样时，可控制液压杆9推动支撑板7向上翻转到与地面垂直的位置，从而让取样管17能够竖直插入地面，对土壤进行有效的采集。

支撑板7一侧外壁通过螺丝固定有一组电动滑轨8，电动滑轨8 内壁滑动连接有连接台5，通过液压杆9将支撑板7推动到垂直于地面的位置后，工作人员即可控制电动滑轨8带动连接台5整体向下移动，让连接台5内壁固定的外筒3能够插入沙地，同时机壳6内部的振动机构带动取样管17上下振动，让取样管17和外筒3能够更快的插入沙地并向下移动到指定深度，外筒3可对取样管17进行有效的防护，由于沙地地质松软，外筒3和取样管17向下插入时两侧的泥土会不同程度的向下塌方，外筒3可对这些塌下的沙土进行阻挡，避免这些沙土进入取样管17内部，让取样管17能够准确的采集指定深度的泥土样本。

连接台5顶部外壁开有圆形通孔，圆形通孔内壁设置有外筒3，外筒3顶部外壁焊接有螺纹管16，螺纹管16内壁通过螺纹连接有连接管15，连接管15内壁滑动连接有取样管17；

当取样管17向沙地中插入指定深度后，工作人员即可转动机壳 6，从而通过螺纹将机壳6底部固定的连接管15从螺纹管16内壁移出，将插接在机壳6上的取样管17从外筒3内部取出，从而方便的将取样管17内部采集的样本取出，将取样管17内部采集的泥土样本取出后即可通过螺纹将机壳6整体再次安装到导气分管18上，此时外筒3一直插在沙地中对取样管17进行取样的孔洞进行支撑，避免孔洞坍塌影响土壤取样的准确性，随后控制电动滑轨8继续带动连接台5向下移动，让取样管17对更深层的土壤进行取样，从而让取样管17可对不同深度的土壤进行方便且准确的取样，取样结束后即可控制电动滑轨8带动连接台5复位，并控制履带车1移动到下一个区域继续进行取样；

连接管15顶部外壁通过螺丝固定有机壳6，取样管17贯穿于机壳6底部外壁，机壳6内壁设置有振动机构；支撑板7一侧外壁通过螺丝固定有U型架2，U型架2顶部外壁固定有导向杆4，连接台5 滑动连接于导向杆4的外壁上。

如图2所示，所述振动机构包括液动振动机13和液压泵14，液动振动机13和液压泵14分别通过螺丝固定于机壳6的内壁上，液动振动机13的输出轴通过联轴器连接于取样管17的顶部外壁上，液动振动机13通过管路与液压泵14相连接；液动振动机13可带动取样管17进行上下移动，让取样管17能够更快速的钻入泥土内部，提高土壤取样效率。

如图2所示，所述外筒3底部外壁固定有尖端19；尖端19可以减小外筒3底部与土壤之间的接触面积，从而让外筒3能够被电动滑轨8快速插入沙地底部。

本实施例在使用时，工作人员可通过控制液压杆9推动支撑板7 上下转动，当不需要进行土壤采集时，可控制液压杆9收缩，从而将支撑板7整体翻转到履带车1上，方便履带车1进行移动，需要对土壤进行采样时，可控制液压杆9推动支撑板7向上翻转到与地面垂直的位置，从而让取样管17能够竖直插入地面，对土壤进行有效的采集。

实施例3

一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置，为了能够对空气中的含沙量进行调查；如图4、图5所示，本实施例在实施例2的基础上作出以下改进：

所述履带车1顶部外壁通过螺丝固定有伸缩架26，伸缩架26顶部外壁设置有连接杆27，连接杆27一侧外壁设置有梯台形环28，梯台形环28一侧外壁设置有风筒24，风筒24外壁插接有波纹管25，波纹管25底部外壁套接有辅助球29，辅助球29底部外壁插接有端盖33，辅助球29内壁设置有导板30，导板30底部外壁通过螺丝固定有过滤网32，过滤网32一侧外壁设置于辅助球29的内壁上，辅助球29一侧外壁插接有缓冲管31；

工作人员将履带车1移动到指定地点对土壤进行取样时，履带车1周围吹过的风会吹入风筒24，梯台形环28可对风筒24的开口部位进行支撑，让周围的风能够快速吹入风筒24，同时可通过拉伸连接杆27来调节风筒24整体的高度，风吹入风筒24后，会通过风筒24外壁插接的波纹管25导入辅助球29内部，并通过缓冲管31最终排出，此时辅助球29内部的导板30可对进入辅助球29的风进行导向，从而让过滤网32对吹入辅助球29内部的风进行过滤，将沙子等颗粒过滤在辅助球29内，一段时间过后，工作人员即可打开端盖33将收集的砂砾取出，根据砂砾重量、收集时间及当时的风力即可推断出该地区空气中的含沙量，提高了生态环境预测的准确性。

实施例4

一种基于气象数据模拟的生态环境预测装置，为了能够对取样结束后的取样管17底部进行一定的遮挡；

如图2、图3、图5、图6所示，本实施例在实施例3的基础上作出以下改进：

所述缓冲管31底部外壁套接有阀门仓34，阀门仓34两侧外壁分别开有矩形通孔，矩形通孔内壁滑动连接有滑杆37，阀门仓34一侧外壁通过螺丝固定有侧仓38，滑杆37贯穿于侧仓38，滑杆37顶部外壁开有导气通槽40，阀门仓34底部外壁通过波纹管25连接有储气分管11，机壳6一侧内壁通过螺丝固定有储气罐10，储气罐10 顶部外壁设置有气压计12，取样管17一侧外壁开有矩形凹槽，矩形凹槽内壁卡接有导气分管18，导气分管18顶部外壁插接于储气罐10 的一侧外壁上，取样管17底部外壁设置有辅助罐20，辅助罐20内壁开有密封腔21，密封腔21内壁滑动连接有多个活动插板22，密封腔21顶部内壁开有圆形通孔，圆形通孔内壁插接有导通管23，导通管23顶部外壁插接于导气分管18的底部外壁上；

由于沙地土质松软，将取样管17拔出时内部的沙土容易洒出，工作人员可将风筒24撑开，在对空气中的含沙量进行检测的同时，吹入风筒24的气流会通过缓冲管31进入阀门仓34，同时工作人员向外拉动滑杆37，让滑杆37外壁的导气通槽40进入阀门仓34内部，从而让通过缓冲管31进入阀门仓34的气流能够通过导气通槽40进入位于阀门仓34底部的波纹管25，并通过储气分管11进入储气罐 10，工作人员可通过气压计12了解储气罐10内部的气压值，进入储气罐10内部的气流通过导气分管18吹入密封腔21，从而推动密封腔21内部的活动插板22向外侧移动，从而对取样管17底部的开口进行遮挡，避免在取出取样管17时取样管17内部的沙土过多的掉落，提高了取样管17对土壤样板的取样效果。

为了能够方便的对滑杆37进行限位；如图6所示，所述滑杆37 一侧外壁通过螺丝固定有定向轮35，阀门仓34一侧外壁通过螺丝固定有侧架36，侧架36内壁转动连接有转轮，定向轮35和转轮内壁套接有拉绳39，拉绳39一侧外壁固定于滑杆37的一侧外壁上，拉绳39底部外壁固定有磁铁块41；工作人员可将磁铁块41通过磁力吸附在机壳6的外壁上，从而通过拉绳39对滑杆37进行限位，当需要拉动滑杆37时，工作人员即可拿起磁铁块41拉动拉绳39，从而拉动滑杆37向一侧移动，让阀门仓34可以正常导气，当取样管17 中的样本被取出后，工作人员即可将活动插板22推回密封腔21，并将滑杆37插回阀门仓34，让导气通槽40移动到阀门仓34一侧的侧仓38内，让阀门仓34无法正常导气，避免取样管17在正常下降取样时活动插板22被进入密封腔21的气流吹出影响取样管17进行取样的问题出现。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。