一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)視角下的富營養(yǎng)化調(diào)控技術(shù)的制作方法
【專利說明】一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)視角下的富營養(yǎng)化調(diào)控 技術(shù)
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001] 本發(fā)明屬于水污染治理領(lǐng)域，具體是涉及一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)視角 下的富營養(yǎng)化調(diào)控技術(shù)。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 對(duì)水體富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行有效調(diào)控是水污染治理的一項(xiàng)基本工作，也是水環(huán)境保 護(hù)的一項(xiàng)重要需求。作為營養(yǎng)元素和水分運(yùn)輸?shù)闹匾d體，植被在湖泊等的水體營養(yǎng)程度 調(diào)節(jié)中至關(guān)重要，常常作為水環(huán)境生態(tài)修復(fù)的重要措施。然而，在以往湖泊富營養(yǎng)化治理 技術(shù)中，主要存在兩個(gè)不足：1)多從湖泊終端治理的角度來調(diào)控水體富營養(yǎng)化，而針對(duì)富 營養(yǎng)化水體的終端處理技術(shù)，由于涉及的反饋關(guān)系復(fù)雜，植被的生長狀態(tài)和水體的富營養(yǎng) 化狀態(tài)之間反饋關(guān)系和過程仍較為模糊，導(dǎo)致富營養(yǎng)化調(diào)控重點(diǎn)不明確；2)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì) 活動(dòng)產(chǎn)生過量的N、P，對(duì)湖泊環(huán)境安全存在脅迫，加速了湖泊富營養(yǎng)化進(jìn)程，但是脅迫程度 如何量化尚無公認(rèn)的方法和技術(shù)，因而也使社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和污水的定量管理受到限制，難 以從根本上實(shí)現(xiàn)水環(huán)境改善和生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。鑒于此，對(duì)湖泊富營養(yǎng)化的有效調(diào)控需要 從控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的N、P輸入著手，選取植被覆蓋指數(shù)作為植被生長狀態(tài)的量化表 征，通過耦合社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水影響N、P總量變化和水體中N、P總量變化對(duì)植被覆蓋指數(shù)的影 響分析，通過植被覆蓋指數(shù)指示社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水產(chǎn)生N、P是否適量，在此基礎(chǔ)上調(diào)整用水結(jié) 構(gòu)，實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化的源頭調(diào)控。因此，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的視角，將社會(huì)經(jīng)濟(jì) 方面水量動(dòng)態(tài)變化-污染物來源動(dòng)態(tài)變化-植被生長狀態(tài)變化考慮成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過 程，通過明確社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水影響富營養(yǎng)化的動(dòng)力學(xué)過程、植被與水體富營養(yǎng)化之間的反饋 關(guān)系和過程，依據(jù)植被覆蓋指數(shù)的適宜范圍來調(diào)控社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水結(jié)構(gòu)及與水體水質(zhì)相互影 響的內(nèi)在反饋過程，在此基礎(chǔ)上制定一個(gè)能治本的富營養(yǎng)化調(diào)控方案是水污染治理領(lǐng)域一 個(gè)亟待解決的問題。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0003] 針對(duì)現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)中植被的生長狀態(tài)和水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)之間反饋關(guān)系和 過程仍較為模糊，且不能從社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水這一產(chǎn)生富營養(yǎng)化的源頭進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控，從而導(dǎo) 致富營養(yǎng)化調(diào)控效果不佳的問題，本發(fā)明提供了一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)視角下 基于植被覆蓋對(duì)水質(zhì)響應(yīng)的富營養(yǎng)化調(diào)控技術(shù)，該技術(shù)采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法將植被覆蓋指 數(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水造成水體富營養(yǎng)化這一響應(yīng)關(guān)系結(jié)合起來，不僅能通過植被覆蓋指數(shù)的 適宜范圍指示社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水產(chǎn)生N、P量是否適量，還能揭示植被覆蓋程度與水體富營養(yǎng) 化狀態(tài)之間的動(dòng)態(tài)反饋過程，指出重點(diǎn)調(diào)控因子并模擬相應(yīng)的關(guān)鍵動(dòng)態(tài)過程，因而有針對(duì) 性地對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整提出建議方案，為水體富營養(yǎng)化的高效調(diào)控提供有效指 導(dǎo)。
[0004] 本發(fā)明解決這些技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：首先，明確植被覆蓋對(duì)水體富 營養(yǎng)化過程的響應(yīng)關(guān)系；其次，建立揭示植被覆蓋和水體富營養(yǎng)化過程的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。 在建模過程中，確定影響水體富營養(yǎng)化的各個(gè)因素的相關(guān)變化過程；再次，驗(yàn)證所建系統(tǒng)動(dòng) 力學(xué)模型，并運(yùn)用其來分析影響水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的關(guān)鍵因子和重要過程；最后，根據(jù)系統(tǒng) 動(dòng)力學(xué)模型的分析結(jié)果和植被覆蓋與水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的響應(yīng)關(guān)系來使水體富營養(yǎng)化指 標(biāo)能滿足特定條件的適宜范圍，從而最終為水體富營養(yǎng)化的高效調(diào)控提供指導(dǎo)。其具體的 步驟如下：
[0005] 1)收集植被覆蓋指數(shù)（NDVI)與水體富營養(yǎng)化指標(biāo)（TN濃度和TP濃度）的相應(yīng)數(shù) 據(jù)，建立植被覆蓋對(duì)水體富營養(yǎng)化過程的響應(yīng)關(guān)系。
[0006] 2)分析水體富營養(yǎng)化的主要來源，來源的主要影響因素及因素的主要影響過程。 其中，水體富營養(yǎng)化過程與社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)綜合系統(tǒng)中水量動(dòng)態(tài)變化過程密切相關(guān)。水 量過程考慮降雨，蒸發(fā)，泄露，沉降，入流量等過程的影響，還有排入的廢水量的影響。同時(shí)， 由于水體還需為外界提供用水，根據(jù)供需水的關(guān)系，轉(zhuǎn)化為總需水量的核算。此外考慮回用 水的過程。在本方法中，需水量、排污量和回用水量主要從工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活三個(gè)方面來考 慮，其次還有生態(tài)用水過程。
[0007] 3)收集步驟2中相應(yīng)過程的數(shù)據(jù)，從水量角度構(gòu)建能反應(yīng)水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生過程 的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并將步驟1)中的植被覆蓋指數(shù)與水體富營養(yǎng)化指標(biāo)的響應(yīng)關(guān)系納入 模型中，建立揭示植被覆蓋與富營養(yǎng)化之間反饋機(jī)制的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。
[0008] 4)實(shí)例驗(yàn)證所建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行敏感性分析，分析影響水體富營養(yǎng)化狀 態(tài)的關(guān)鍵因子和重要過程。運(yùn)用所建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行情景分析和預(yù)測(cè)，提出調(diào)控水體 富營養(yǎng)化的建議方案。即，在社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)合作用下，通過對(duì)由模型確定的其中 的關(guān)鍵因子影響水體富營養(yǎng)化程度的最重要過程進(jìn)行調(diào)控，為水體富營養(yǎng)化的高效調(diào)控提 供指導(dǎo)。
[0009] 本發(fā)明具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)通過將社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面水量動(dòng)態(tài)變化-污染物來源動(dòng)態(tài) 變化-植被生長狀態(tài)變化考慮成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程，揭示富營養(yǎng)化形成的系統(tǒng)動(dòng)力過 程；2)通過調(diào)控影響其內(nèi)在反饋機(jī)制的關(guān)鍵因子及其關(guān)鍵過程，能從源頭上系統(tǒng)地調(diào)節(jié)富 營養(yǎng)化狀態(tài)，相比以往的針對(duì)湖泊TN、TP濃度控制的物理、生物、化學(xué)處理技術(shù)，本技術(shù)由 于考慮了社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)產(chǎn)生富營養(yǎng)化的影響，從長遠(yuǎn)來看更能從根本上調(diào)控富營養(yǎng)化問 題。
[【具體實(shí)施方式】]
[0010] 以下詳細(xì)說明本發(fā)明的工作原理和實(shí)施方式：
[0011] 1.收集某湖泊植被覆蓋指數(shù)（NDVI)與水體富營養(yǎng)化指標(biāo)（TN濃度和TP濃度）的 相應(yīng)數(shù)據(jù)，建立植被覆蓋對(duì)水體富營養(yǎng)化過程的響應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過不同生長期植被覆蓋條件 與TN和TP濃度之間關(guān)系的探索，發(fā)現(xiàn)只有植被生長期植被覆蓋指數(shù)與單獨(dú)TN濃度或TP 濃度，以及與富營養(yǎng)化狀態(tài)（TN和TP濃度）之間有明確的響應(yīng)關(guān)系。
[0012] 2.分析水體富營養(yǎng)化的主要來源，來源的主要影響因素及因素的主要影響過程。 按照
【發(fā)明內(nèi)容】
中具體步驟2中所分析，建立該湖泊的主要反饋過程的邏輯圖，如圖1所示。 利用湖泊的水量來推算湖泊TN、TP的濃度，從而在水質(zhì)水量間建立聯(lián)系。而水量主要可分 為農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活三方面。這三方面水量的流入流出過程主要通過廢水、回用水來計(jì)算， 而廢水、回用水直接又可以通過需水來求得。需水計(jì)算方面，如農(nóng)業(yè)方面，可通過農(nóng)業(yè)面積 與單位面積需水量來計(jì)算。另外，考慮降水、蒸發(fā)、下滲等過程，如此將整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系成為一 個(gè)有機(jī)整體。模型運(yùn)行中使用的主要等式如下：
[0013] 1)響應(yīng)方程：
[0014] NDVI = f (CTN, CTP) (1)
[0015] 式中，CTN是水體中總氮的濃度；C TP是水體中總磷的濃度；NDVI是植被覆蓋指數(shù)。
[0016] 2)水環(huán)境系統(tǒng)：
[0017] E=AW+DW+IW (2)
[0018] W(I,A,D)-R(2,4,6)*WD(T,A, D) (3)
[0019] 式中，E是排污總量；AW是農(nóng)業(yè)廢水排放量；DW是生活廢水排放總量；IW是工業(yè)廢 水排放總量；W(I，A，D)分別指工業(yè)廢水排放量、農(nóng)業(yè)廢水排