流域非点源污染景观源汇格局因子空间定量计算方法研究

The crisis of water quality is the most complex challenge in China. There is no healthy basin,no healthy river.Facing the problem of "constructing the the single factor descriptive or self-quantitative relativity between landscape variables and reiver water quality can not explain the influence of landscape to river water quality",the proposal aims to study the quantitative methods to compute the non-point pollution output or reduce with different basin landscape spatial structure or arrangement style such as the size,the shape,the arrangement style,the connectivity,the adjoin relationship etc. of the landscape objects. Firstly,the landscape factors' quantitative computing intelligent understanding model will be studied. Secondly, the "spatial-spectral" based multi-scale remote sensing information intelligent extracting method will be studied,which can use the advantages of spatial and spectral of remote sensing data. Thirdly, the key technology of spatial dynamic optimization simulation of the "source and assemblage" landscape factors of basin non-point pollution will be solved. In the end,the experiment study will be carried in the Jiulong river basin of Fujian province which is the souce of for drink, industray and agriculture of more than 5000 thousands people of Longyan, Xiamen,and Zhangzhou.The study achievement will provide theoretic and technological reference for the basin's non-point pollution defence, control and management, and ecological safety pattern construction.

水环境危机是我国生态环境中最复杂且最具挑战性的问题。"没有健康的流域，就没有健康的河流。"本申请针对流域非点源污染景观源汇格局与河流水质的关系研究中的" 仅求出景观变量和水质指标之间的单因素定性或半定量相关性难以准确地说明景观对水质的影响"科学问题，从流域非点源污染不同源汇景观斑块的空间大小、形状、排列、连通性、邻接性等景观空间结构因子及其配置的污染输出、削减效应的定量化计算角度，研究流域非点源污染景观源汇格局因子定量计算的智能理解模型；充分挖掘遥感影像"图"与"谱"的双重特征优势，提出融合"图-谱"特征的流域非点源污染景观源汇格局因子多尺度遥感信息智能提取方法；解决流域非点源污染景观源汇格局多因子空间配置动态优化模拟等关键技术；选取福建省龙岩、漳州、厦门三地市超过500 万人的饮用水和工农业水源地的九龙江流域为示范区，开展实验研究，为我国流域非点源污染防控、治理和生态安全格局构建提供科学

本项目充分利用了遥感技术多空间分辨率、多光谱分辨率、多时相等特点获取流域非均匀下垫面介质参数，结合定点观测与实验分析，提出了面向流域非点源污染景观源汇格局优化配置的空间定量分析理论与技术体系。首先，借鉴人类脑认知科学的“形象思维、抽象思维”生理机理和知识推理递进过程，提出了流域非点源污染景观源汇格局因子空间定量计算的智能理解模型，将流域非点源污染景观源汇格局影响污染物随地表、地下径流迁移运输、削减的物理化学过程推演，转化为基于高分辨率对地观测的宏观层次，多站点、多参数、多粒度定点连续观测的微观层次等几个维度解析景观源汇格局与人类活动、生态水环境过程之间的空间关联关系，丰富流域非点源污染景观源汇格局与河流水质之间关系的理论与方法体系。其次，充分挖掘遥感影像“图”与“谱”的双重特征优势，提出了融合“图-谱”特征的流域非点源污染景观格局因子多尺度遥感信息智能提取方法，提高流域非点源污染景观格局要素信息提取的自动化水平与精细化程度。进而，提出了以水文响应单元（HRU）为最小研究单位的位置加权景观对比度指数方法，构建了流域非点源污染景观源汇格局多因子空间配置动态优化模拟技术系统，为流域非点源污染景观源汇格局多因子优化配置定量计算提供支持；选取福建省龙岩、漳州、厦门三地市超过500 万人的饮用水和工农业水源地的九龙江流域为示范区，定量计算了其近30年“源”“汇”景观格局的变化、空间特征以及各景观类型转移特征，对研究区域2025年的景观源汇格局分布进行预测并分析，为我国流域非点源污染防控、治理和水环境生态安全格局的构建提供科学理论与技术支撑。在本项目的支持下，发表了重要学术论文16篇，其中SCI论文超过10篇。出版了一本英文著作，申请发明专利3项，获得软件著作权1项，培养博士后、博士生、硕士生等研究队伍人才9名。