基于水利工程生态系统服务价值的流域生态修复方法与流程

本发明涉及生态修复技术，具体涉及一种基于水利工程生态系统服务价值的流域生态修复方法。

背景技术：

1、水利工程的建设不仅在防洪、发电、灌溉及水运等方面为人类带来了极大的益处，而且随着引调水工程的兴起，区域内、区域外的引调水也极大的满足了人类对水资源的需求。水在区域生态平衡及结构稳定性维持方面发挥着重要作用，而多样化水利工程的建设是实现这一过程的重要举措。伴随着各类水利工程的兴建，人类活动对地球自然水文循环过程、水环境安全、生态系统的健康等方面带来影响。

2、生态系统服务价值核算是量化生态系统服务功能及增进人类福祉的重要手段，其可以保证人类社会持续稳定发展，促进生态环境的健康发展，根据生态系统服务价值，可以在生态环境系统需要修复时做出及时的生态修复策略。现有技术在对流域生态系统进行修复时，大多基于遥感影像获取植物的覆盖度，当覆盖度不足时，就进行植被的种植，而大规模的植被种植实现生态修复，进而提高流域的产水量，进而减少流域对应的地市区域的外调用水。

3、现有技术通过覆盖度种植植被，虽然能够对流域的生态系统进行修复，但是会大幅增大用地面积，势必会影响到可耕种的土地面积，从而影响到农田生态系统，进而影响到农田生态系统的产量(产量与提供的需水量相关度较大)和服务价值(产量与单价的乘积)。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于水利工程生态系统服务价值的流域生态修复方法解决了现有生态修复方法会影响可耕种的土地面积的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种基于水利工程生态系统服务价值的流域生态修复方法，其包括步骤：

4、s1、获取研究流域对应的地市区域可再生资源、不可再生资源、环境友好型生产的经济投入，并计算环境可持续性指数；

5、s2、当环境可持续性指数小于预设值时，获取地市区域内水利工程生态系统在多个年份服务的农田和林区覆盖面积，根据农田中每种作物的种植面积和服务系数，计算多个年份每种作物的生态系统服务价值；

6、s3、累加每种作物的生态系统服务价值，得到每个年份农田所有作物的年服务价值，之后计算多个年份的年服务价值的平均值作为总服务价值；

7、s4、判断总服务价值与多个年份的平均种植总投入间的差异是否大于预设阈值，若是，则保持农田种植面积，且无需进行流域修复；否则进入步骤s5；

8、s5、将林区当年对应的遥感影像输入深度卷积神经网络，得到林区中每种植物的种植面积，并基于植物种植面积，计算林区的年产水量；

9、s6、判断地市区域当年总用水量与年产水量的差异是否小于预设水量，若是，则制定地市区域非农业用水节水方案，否则，进入步骤s7；

10、s7、计算林区每种植物的归一化植被指数，计算归一化植被指数大于其预设植被指数的所有植物的总覆盖面积；

11、s8、判断林区覆盖面积与总覆盖面积之间的差异是否大于预设面积，若是，则增大植物种植面积促进流域生态修复；否则进入步骤s9；

12、s9、对林区中归一化植被指数小于其预设植被指数的区域，制定植物生态修复方案。

13、进一步地，所述步骤s9进一步包括：

14、s91、判断植物的归一化植被指数是否小于二分之一预设植被指数，若是，进入步骤s92，否则进入步骤s93；

15、s92、对植物所在区域进行植物补种，并选取树龄大于预设树龄的植物采用断根萌蘖方式促进植物生态恢复，并每隔预设时长进行浇灌；

16、s93、对植物采用汊渗轮灌促进生态修复，每次轮灌时间不小于24h。

17、进一步地，所述环境可持续性指数的计算公式为：

18、

19、其中，y为能值总输出；r为可再生资源；n为不可再生资源；f为环境友好型生产的经济投入。

20、进一步地，获取地市区域内每个年份农田和林区覆盖面积的方法包括：

21、s21、获取地市区域每个年份的遥感影像，并采用envi 5.3软件对遥感图像进行预处理；

22、s22、将预处理的遥感影像输入已训练的bp神经网络，提取遥感影像中的农田和林区。

23、进一步地，计算每个年份每种作物的生态系统服务价值的方法包括：

24、a1、根据农田中每种作物的种植面积和价值系数，计算标准等效因子值：

25、

26、其中，ea为标准等效因子值；n为水利工程生态系统服务的农田中种植的作物种类数；mi为第i种作物的种植面积；pi为第i种作物的单价；qi为第i种作物的单产；m为水利工程生态系统服务的农田的总面积；

27、计算标准等效因子值的修正系数：

28、

29、其中，l和l′分别为社会发展指数的理论值和真实值；l为常数，取值为1；e为自然常数；en为恩格尔系数；

30、根据修正系数，对标准等效因子值进行修正：

31、ea′＝0.95×k×ea

32、其中，ea′为修正后的标准等效因子值；

33、根据修正后的标准等效因子值，计算生态系统服务价值：

34、vci＝ea′×eci

35、其中，vci为第i种作物的生态系统服务系数；eci为第i种作物的等效因子；esvs为生态系统服务价值。

36、进一步地，计算林区的年产水量的计算公式为：

37、

38、

39、awcj＝min(msdj,rdj)×pawcj

40、

41、其中，yj为林区第j种植物单位面积上的年产水量，m3；aetj为林区第j种植物单位面积上的年平均蒸散发量，mm；pj为林区第j种植物单位面积上的年均降雨量，mm；z为季节性因子；et0为潜在蒸散发量，mm；msdj为最大土壤深度，cm；rdj为林区第j种植物的平均根系深度，cm；pawcj为林区第j种植可利用的水容量；ωj、rj和awcj均为中间系数；q为林区的年产水量；mj为林区第j种植物的总面积；n为林区植物种类数。

42、进一步地，所述归一化植被指数的计算公式为：

43、

44、ndvip＝a×f2+b×p+c×t+d×r+s

45、

46、其中，ndviq为归一化植被指；gnir、gred和gblue分别为近红外波段、红光波段和蓝光波段的反射率；ndvip为归一化植被指数预测值；ndvio为归一化植被指数观测值；f为年渗透量；p为年降水量；t为年均气温；r为年均蒸发量；s为常数；a、b、c和d均为回归系数。

47、本发明的有益效果为：本方案基于农田的服务价值结合种植总投入的相结合，可以初步判定地市区域本区可用水量可能不足，之后再结合林区的年产水量和地市区域当年总用水量进一步相对准确地确定地市区域本区可用水量是否充足，再在此基础上结合植物的归一化植被指数确定是否需要对流域生态系统进行修复。

48、本方案采用这种方式进行生态修复，相对现有技术直接基于覆盖度进行修复而言，充分考虑了流域对应片区的实际用水量和产水量，以此能够相对准确地判断当地已有的植物生态系统能否较大程度地支撑当地的用水量，以此相对准确地进行流域生态系统的修复，同时还可以避免过度植树造林，影响到可耕种的土地面积。