[发明专利]流域农业面源污染控制的最佳管理措施优化方法及装置

说明书

本发明涉及一种流域农业面源污染控制的最佳管理措施优化方法及装置，其中，方法包括：获取种群；其中，所述种群为N条基因组成；N为目标区域内水文响应单元的个数，每条基因的信息表示目标区域内每个水文响应单元对应的最佳管理措施的编号；利用最佳管理措施的优化动态数据库中的参数，根据目标函数对所述种群进行评估；根据评估结果将满足所述目标函数的约束条件的基因信息遗传到下一代种群中，对下一代种群进行迭代评估；迭代次数达到最大迭代次数时评估结束；根据最终评估结果获得最终种群，所述最终种群的每条基因信息对应的最佳管理措施构成目标区域内农业面源污染控制的最佳管理措施的最优化配置方案。

技术领域

本发明涉及遗传算法与农业面源污染控制相耦合的技术领域，特别涉及一种流域农业面源污染控制的最佳管理措施优化方法及装置。

背景技术

面源污染，专业解释为：通过降雨和地表径流冲刷，将大气和地表中的污染物带入受纳水体，使受纳水体遭受污染的现象。点源污染，专业解释为：由可识别的单污染源引起的空气，水，热，噪声或光污染。

面源污染是目前造成流域水质下降的重要因素。由于面源污染发生具有随机性，来源和传输过程具有间歇性和不确定性，使得气候、水文、地形、土壤、土地利用等自然地理要素对其影响较为显著。同时受到农田管理方式差异的影响，空间变异性强，不同景观单元的污染负荷差异显著对其进行监测和治理相对比较困难，需要投入大量的人力、物力和财力。因此，如何从流域整体开展面源污染的管理与控制已经成为国内外关注的热点和难点。推广实施“最佳管理措施”(Best Management Practices，BMPs)是进行农业面源污染控制的有效手段。

最佳管理措施是对流域水文、土壤侵蚀、生态及养分循环等自然过程产生有益于环境，以及保护流域水环境免受农业生产活动导致的污染的一系列措施。BMPs主要有工程型措施和非工程型措施两大类。其中，工程型措施主要指用于减污、减沙、洪水排控等具有一定物理结构的措施，如沉沙池、过滤带，湿地缓冲区，植物篱等；非工程型措施是一些新管理措施的操作程序或现有管理措施的改进，如耕作管理、养分管理、景观管理等。

面源污染过程具有高度的时空异质性，这使得BMPs的实施效果亦受到空间尺度效应的影响。在实现污染物最大削减效率的同时保证经济成本的最小化，对于流域面源污染的控制管理具有非常重要的意义。

研究表明，流域内可能会有多种不同的BMPs及其空间组合方式以满足非点源污染的控制管理要求，这使得基于BMPs及其组合的非点源污染控制问题实际可转化为多目标决策问题。通过水文模型和最优化数学方法相耦合的方式来构建决策支持系统则是解决此类问题的良好途径，其主要包括以下几个部分：a)有效的非点源污染评估工具，通常为机制性模型，其能够对流域内特定点位不同BMPs及其污染物削减效率进行较好的模拟表征；b)经济评估模型或经济评估公式，其能够有效的对不同空间位置的BMPs的成本进行分析；c)最优化算法程序，其能够有效通过广泛的、非线性的以及非连续性的解空间的寻优运算来解决流域非点源污染的最优化求解问题。基于遗传算法衍生的多目标进化算法能够有效解决多种目标的决策优化问题，同时还能够获取全局性的帕累托最优解。以次方法为优化方法，可以为流域非点源污染最佳管理措施的成本-效益最优化决策提供理论和数据支持。

Hector等2011年在美国的阿肯萨斯州林肯湖流域建立了以水土控制模型、经济评价模块以及进化算法为主要组成部分的综合模型，以水土控制模型作为所选BMPs及其组合污染物削减效率的模拟工具，经济评价模块作为所选BMPs的总成本的模拟工具，同时以这两个模块的模拟结果作为进化算法多目标决策函数的输入数据。对林肯湖流域内所设置的35种不同的BMPs空间配置组合(牧场管理、植被缓冲带、畜禽垃圾使用措施)进行了污染物削减效率最大化和成本-效益最优化的模拟。