研究論文
秦承志研究組在流域管理措施空間優(yōu)化配置研究方面取得進展
文章來源： | 發(fā)布時間：2020-08-07 | 【打印】 【關(guān)閉】
最佳管理措施（BMPs）在流域內(nèi)的空間優(yōu)化配置對流域綜合治理決策具有重要意義。基于流域過程模擬的情景分析和優(yōu)化是實現(xiàn)BMP空間優(yōu)化配置的有效手段，如何充分考慮不同BMP之間的空間配置關(guān)系、優(yōu)化BMP配置位置和配置面積是保證其有效性的關(guān)鍵之處。已有研究中用于配置BMP的流域離散化空間單元（如子流域、地塊、水文響應(yīng)單元、坡位單元等；稱為BMP空間配置單元），均是邊界固定的，且在情景優(yōu)化過程中不發(fā)生變化，因此無法從空間配置單元邊界調(diào)整的角度出發(fā)實現(xiàn)BMP配置面積的優(yōu)化，進而影響到流域BMP空間優(yōu)化配置的效果。
針對上述問題，秦承志研究組提出了一種空間配置單元邊界自適應(yīng)調(diào)整的BMP空間優(yōu)化配置方法。該方法以坡位單元作為BMP空間配置單元，基于模糊坡位信息進行坡位邊界自適應(yīng)調(diào)整。坡位（如山脊、背坡、溝谷）直接對應(yīng)了坡面上的地形部位，不僅與坡面過程的上下游關(guān)系直接關(guān)聯(lián)，而且與我國流域綜合治理模式中定性描述坡面上BMP配置的空間單元概念相對應(yīng)。同時，坡位普遍具有空間漸變、邊界模糊的特點，同一坡面內(nèi)相鄰兩類坡位交替處的模糊坡位值（或稱相似度值）可能均較低，因此，將這些位置劃分為任一一類坡位均具有合理性。據(jù)此思路，設(shè)計了“動態(tài)閾值法”邊界調(diào)整策略以構(gòu)建邊界自適應(yīng)坡位單元，并基于研究組自主研發(fā)的空間分布式流域過程模擬和情景優(yōu)化建模框架SEIMS（https://github.com/lreis2415/SEIMS）在BMP空間優(yōu)化配置中進行了應(yīng)用。在南方紅壤區(qū)福建長汀縣游屋圳小流域的評價實驗表明：該方法可顯著擴大最優(yōu)解的搜索空間，與邊界固定的坡位單元相比，能夠得到綜合成本-效益更優(yōu)的BMP情景集，且具有更高的優(yōu)化效率。本研究例證了將定性的、模糊的和經(jīng)驗性的地理知識轉(zhuǎn)化為定量的、顯式的、自動化的地理空間算法的潛力，從而以具有地學(xué)意義的方式有效地解決環(huán)境管理問題。
我所助研朱良君博士為第一作者的該研究成果近期在線發(fā)表于自然地理學(xué)綜合性學(xué)術(shù)期刊《Progress in Physical Geography: Earth and Environment》。
該研究是基于課題組前期在流域管理措施空間配置單元、空間分布式流域綜合模擬框架、坡位空間漸變信息定量化等三方面研究成果基礎(chǔ)上的最新研究進展，研究受到國家自然科學(xué)基金、院先導(dǎo)專項、資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室自主部署項目等項目資助。
文章信息：
Zhu, L-J, Qin, C-Z*, Zhu, A-X. Spatial optimization of watershed best management practice scenarios based on boundary-adaptive configuration units. Progress in Physical Geography: Earth and Environment, 2020. doi:10.1177/0309133320939002
課題組前期在流域管理措施空間配置單元方面的研究成果：
[1] Zhu, L-J, Qin, C-Z*, Zhu, A-X, Liu, J, Wu, H. Effects of different spatial configuration units for the spatial optimization of watershed best management practice scenarios. Water, 2019a, 11(2), 262. doi:10.3390/w11020262
[2] Qin, C-Z, Gao, H-R, Zhu, L-J*, Zhu, A-X, Liu, J-Z, Wu, H. Spatial optimization of watershed best management practices based on slope position units. Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 73(5):504–517. doi:10.2489/jswc.73.5.504
課題組前期在空間分布式流域綜合模擬框架方面的研究成果：
[3] Zhu, L-J, Liu, J*, Qin, C-Z*, Zhu, A-X. A modular and parallelized watershed modeling framework. Environmental Modelling & Software, 2019b, 122, 104526. doi:10.1016/j.envsoft.2019.104526
課題組前期在坡位空間漸變信息定量化方面的研究成果：
[4] Zhu, L-J, Zhu, A-X, Qin, C-Z*, Liu, J-Z. Automatic approach for deriving fuzzy slope positions. Geomorphology, 2018, 304:173–183. doi:10.1016/j.geomorph.2017.12.024
[5] Qin, C-Z, Zhu, A-X*, Shi, X, Li, B-L, Pei, T, Zhou, C-H. Quantification of spatial gradation of slope positions. Geomorphology, 2009, 110(3–4): 152–161. doi:10.1016/j.geomorph.2009.04.003
附件下載：