[发明专利]一种小流域水土保持土地利用优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种小流域水土保持土地利用优化方法，先建立各子目标函数：泥沙产量子目标函数、非点源污染物负荷子目标函数、生产收益子目标函数，再基于各子目标函数构造组合目标函数，最后利用单一翻转方法求解组合目标函数。本发明还提供了能够实现该方法的软件系统。本发明方案使用多目标函数来优化土地利用规划，能够最大限度地减少流域出口断面的泥沙产量、污染物养分浓度及土地运营的总成本，同时最大限度地提高小流域内的水质和生产收益，优化结果可清楚地表明小流域的效益和成本之间的权衡得到改善。

技术领域

本发明属于土地资源数据处理技术领域，涉及一种小流域水土保持土地利用优化方法及实现其的系统。

背景技术

近年来，作为减少非点源污染物浓度和泥沙产量是国家水土保持生态文明清洁小流域建设工程的一部分，沛桥河小流域所在的高淳区正在进行一些土地利用优化和BMPs的实施。2000年以来，高淳区生态文明清洁小流域的建设积极拓展治理新思路、探索发展新模式，以小流域为平台，整合项目资源，大力开展生态清洁小流域治理工作。以农村环境综合整治、农村环境连片整治、现代农业园区建设、美丽乡村建设、农田水利工程、小流域治理、生态清洁小流域提升工程等项目建设为契机，努力推进水土保持与水源保护工作，开展了流域内污染治理、水环境改善、水质优化为重点的生态清洁型小流域治理工作。其中，非点源污染防治工程是工作的重点之一，该工程以小流域为平台，积极整合太湖流域治理项目建设，科学选用和施用化肥农药，减少化肥、农药的使用量，调整农业种植结构，大力推广有机栽培。据农业部门统计，高淳区生态清洁小流域共减少化肥、农药使用量20％以上，发展有机栽培10000多亩。自2006年起，高淳区通过村庄环境连片整治、农村河道河塘清淤、农田水利工程等项目建设，水环境得到全面整治，经南京市水文局检测，水库塘坝水质均在Ⅲ类水以上。

目前的农业部门所用土地利用变化和BMPs实施策略是基于小流域现状的调研和问题诊断，从中可以确定来自土地的潜在污染物。但通过地块尺度分析确定的土地利用变化和BMPs实施方案成本效益较低，无法兼顾小流域生态-社会系统的多种目标的权衡，并且可能在流域水平上过多的去除污染物。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种小流域水土保持土地利用优化方法及系统，将流域过程的计算模型和现代启发式优化技术相结合，解决复杂的水-土地利用相互关系。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小流域水土保持土地利用优化方法，包括如下步骤：

步骤1，建立小流域水土保持土地优化多目标函数

步骤1.1，建立泥沙产量子目标函数

使用式(1)最小化流域中所选的出口点位置的泥沙产量，作为与泥沙产量有关的目标函数：

其中，i：所选关键出口位置编号，i＝1,2,3,…,I；

β_i：所选关键出口位置的权重分配，

Y_i：i点的实际产沙量；

Y_i,max：i点在流域过程模拟中出现的最大产沙量；

步骤1.2，建立非点源污染物负荷子目标函数

使用式(2)最小化出口处的污染物产量负荷，作为与污染物浓度有关的目标函数：

其中，i：所选关键出口位置编号，i＝1,2,3,…,I；

C_N,i：所选出口位置处的氮污染物的浓度实际值；

C_N,Max：流域过程模拟中出现的氮浓度最大值；