本發(fā)明屬于水資源優(yōu)化調(diào)度，具體涉及基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法。
背景技術：
1、水資源與土地資源的合理配置和高效利用是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎，目前的農(nóng)業(yè)用地的水資源調(diào)度方法往往將水資源和土地資源割裂開來考慮，忽視了兩者之間的空間耦合關系，導致資源配置效率不高。
2、現(xiàn)有法大多基于行政區(qū)劃進行分析，空間分辨率較低，難以反映區(qū)域內(nèi)部水土資源利用的空間異質(zhì)性，缺乏系統(tǒng)的水土資源空間耦合評價指標體系，不能準確識別資源利用的熱點區(qū)域和問題區(qū)域，導致調(diào)度方案的實用性和可操作性不足；cn117689169a公開了一種綜合考慮碳儲量和水量需求的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，基于水資源優(yōu)化調(diào)度模型構建，根據(jù)得到的響應關系，以區(qū)域碳儲量最大為目標創(chuàng)建目標函數(shù)，并綜合考慮受水區(qū)缺水量最小、系統(tǒng)抽水量最小兩個目標，設立約束條件，建立優(yōu)化調(diào)度模型，并對構建的目標函數(shù)與約束條件進行反復的迭代測試，得到研究區(qū)跨流域調(diào)水工程水量碳儲量的多目標調(diào)度優(yōu)化方法，該方法雖然考慮了土地的性質(zhì)分類，然而缺少對水土資源空間耦合的考量。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，基于根據(jù)水土資源空間耦合得到不同區(qū)域的主導限制因素，有針對性地采取工程措施或土地整治措施，達到提高調(diào)控措施的精準性的目的。
2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，具體技術方案如下：
3、基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，應用于農(nóng)業(yè)用地的水資源優(yōu)化調(diào)度，所述方法包括以下步驟：
4、步驟s1，將目標區(qū)域的農(nóng)業(yè)用地劃分為l×l的網(wǎng)格單元，采集各網(wǎng)格單元的基礎數(shù)據(jù)，所述基礎數(shù)據(jù)包括：地形坡度數(shù)據(jù)、土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)和水文氣象數(shù)據(jù)。
5、進一步的，將目標區(qū)域的農(nóng)業(yè)用地劃分為l×l的網(wǎng)格單元，其中l(wèi)的取值范圍為0.1km～2km。
6、步驟s2，基于網(wǎng)格單元和所述基礎數(shù)據(jù)，計算水地資源空間耦合評價指標值，所述評價指標值包括農(nóng)業(yè)耕作條件指標lsi、農(nóng)業(yè)供水條件指標wrs和光熱條件指標cri。
7、步驟s3，計算各網(wǎng)格單元的水土資源耦合度，采用莫蘭指數(shù)空間自相關分析方法，識別水土資源空間耦合的熱點區(qū)域和冷點區(qū)域。
8、進一步的，水土資源耦合度x的數(shù)學表達式為：其中，u1為水資源綜合指數(shù)，u2為土地資源綜合指數(shù)，
9、采用莫蘭指數(shù)空間自相關分析方法識別熱點和冷點區(qū)域，第i個網(wǎng)格單元的莫蘭指數(shù)ii表示為：xi、xj為網(wǎng)格單元i、j的水土資源耦合度，n為目標區(qū)域的網(wǎng)格單元個數(shù)，x為水土資源耦合度平均值；s2為觀測值方差，wij為空間權重矩陣元素，采用反距離權重法計算，dij為網(wǎng)格單元i、j中心點的距離，d0為距離閾值，設置為d0＝5l。
10、第i個網(wǎng)格單元的檢驗值其中e(ii)為檢驗值期望，var(ii)為方差值，其中，
11、當ii>0且檢驗值zi>1.96時，判定第i個網(wǎng)格單元為熱點區(qū)域；
12、當ii<0且檢驗值zi<-1.96時，判定第i個網(wǎng)格單元為冷點區(qū)域；
13、步驟s4，基于熱點區(qū)域和冷點區(qū)域劃分分布，結合水土地資源空間耦合評價指標值，確定水資源優(yōu)化調(diào)度的區(qū)域和調(diào)控方法。
14、進一步的，基于網(wǎng)格單元和所述基礎數(shù)據(jù)，計算水地資源空間耦合評價指標值具體為：
15、所述農(nóng)業(yè)耕作條件指標lsi的數(shù)學表達式為：lsi＝s×t×o，其中，lsi的數(shù)值范圍為[0，1]；s為坡度分級指數(shù)，按照坡度≤2°、2～6°、6～15°、15～25°和>25°劃分平地、平坦地、緩坡地、緩陡坡地和陡坡地5個等級，對應的分級指數(shù)分別為：1.0，0.8，0.6，0.4和0.2；t為土壤質(zhì)地指數(shù)，粘土含量>25％時取1.0，粘土含量15-25％取0.8，粘土含量<15％取0.6；o為土壤有機質(zhì)含量指數(shù)，有機質(zhì)>2％時取1.0，有機質(zhì)1-2％取0.8，有機質(zhì)<1％取0.6；
16、所述農(nóng)業(yè)供水條件指標wrs采用自然降水條件和農(nóng)業(yè)灌溉供水條件綜合評價模型：
17、其中，p為年均降水量，單位mm；pc為作物需水量，單位mm；aic為灌溉供水條件指數(shù)，計算方法如下：
18、aic＝rii×ci，其中，rii為灌溉水源可靠性度，指灌溉水源能夠正常供應的天數(shù)占作物生長周期的比值；ci為灌溉供水便利度，da為所述網(wǎng)格單元與供水水源的距離，當所述距離超過40km時，取da＝40km；ha為所述網(wǎng)格單元與供水水源的提水高度差，當所述高度差為負值時，取ha＝0m，當所述高度差超過30m時，取ha＝30m；damax和hamax為預設的最大調(diào)水距離和最大提水高度，damax＝40km，hamax＝30m；
19、所述光熱條件指標cri的計算方法為：其中，gdd為生長度日數(shù)，指在作物生長季節(jié)內(nèi)，日平均氣溫高于10℃時所積累的溫度總和，gddc為作物需要的最適生長度日數(shù)；sr為太陽輻射量，src為作物生長所需最適太陽輻射量。
20、進一步的，確定水資源優(yōu)化調(diào)度的區(qū)域和調(diào)控方法包括：
21、對于熱點區(qū)域，維持現(xiàn)有水土資源利用格局；對于冷點區(qū)域，根據(jù)各個網(wǎng)格單元的限制性因素確定調(diào)控方向：
22、當wrs<lsi時，即水資源是主導限制因素，通過工程措施增加供水能力；
23、當lsi<wrs時，即土地資源是主導限制因素，通過土地整治提升土地質(zhì)量；
24、當wrs、lsi均不超過目標區(qū)域平均值的一半時，通過工程措施和土地整治協(xié)同推進水土資源改善。
25、進一步的，水資源優(yōu)化調(diào)度的模型數(shù)學表達式為：
26、模型的約束條件包括：水資源總量約束糧食安全約束yi≥ymin；生態(tài)用水約束weco≥0.1wt；水土資源耦合度約束xi≥xmin；其中，e為水資源利用效率；yi為第i個網(wǎng)格單元的作物產(chǎn)量(kg/ha)；mi為第i個網(wǎng)格單元的水資源配置量；etai、etmi分別為第i個網(wǎng)格單元的實際蒸散量和最大需水量(mm)；mt為可利用水資源總量；weco為生態(tài)用水量。
27、進一步的，水資源優(yōu)化調(diào)度效果評價指標ei的數(shù)學表達式為：
28、其中，δx為水土資源耦合度提升量；δw為新增水資源投入量；yact為優(yōu)化后單位面積產(chǎn)量；y0為優(yōu)化前單位面積產(chǎn)量。
29、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是：
30、本發(fā)明的通過通過農(nóng)業(yè)耕作條件指標、農(nóng)業(yè)供水條件指標和光熱條件指標，綜合評價目標區(qū)域水土資源的利用狀況，基于空間自相關分析有效識別水土資源耦合的熱點區(qū)域和冷點區(qū)域，為差異化調(diào)控提供科學依據(jù)；通過本發(fā)明提供的方法，可以實現(xiàn)水土資源的精細化管理和高效利用，對提升農(nóng)業(yè)水資源利用效率、保障糧食安全和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1.基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，應用于農(nóng)業(yè)用地的水資源優(yōu)化調(diào)度，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，基于網(wǎng)格單元和所述基礎數(shù)據(jù)，計算水地資源空間耦合評價指標值具體為：
3.根據(jù)權利要求2所述的基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，確定水資源優(yōu)化調(diào)度的區(qū)域和調(diào)控方法包括：
4.根據(jù)權利要求3所述的基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，水資源優(yōu)化調(diào)度的模型數(shù)學表達式為：
5.根據(jù)權利要求4所述的基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，水資源優(yōu)化調(diào)度效果評價指標e，的數(shù)學表達式為：
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的基于水土資源空間耦合的水資源優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，將目標區(qū)域的農(nóng)業(yè)用地劃分為l×l的網(wǎng)格單元，其中l(wèi)的取值范圍為0.1km～2km。