一种城市水系统碳排放空间格局动态分析方法

技术领域

本发明涉及碳排放技术领域，尤其涉及一种城市水系统碳排放空间格局动态分析方法。

背景技术

河流生态系统是连接陆地与海洋两大碳汇的重要纽带，同时也向大气排放大量的气态碳(CO

此外，河流碳排放受到多种环境因素影响，在不同尺度上呈现多变的空间格局。研究变化环境下河流碳排放的空间格局，能够更清晰的认识生态系统的变化过程，科学评价变化环境带来的生态学问题，为应对变化环境提供科学支撑。在过去几十年间，研究者分别对河流CO

发明内容

本发明的目的是提供一种城市水系统碳排放空间格局动态分析方法，以典型的大都市区-深圳市区河网作为水系统研究对象，开展野外调查与室内分析，从而确定城市水系统的CO

本发明一方面提供了一种城市水系统碳排放空间格局动态分析方法，包括：

S1，确定研究区域并进行实验设计、样品采集、样品分析和数据分析，获得城市水系统河网CO

S2，基于所述时空格局确定河流CO

优选的，所述S1的所述研究区域包括大都市区河网和大都市区代表性河流。

优选的，所述S1的所述实验设计包括：

针对大都市区河网，顺序设计高密度采样和第一因子；所述高密度采样的设计包括：分析河网资料、分析土地利用以及划分城市化梯度；所述第一因子包括水环境因子，CO

对于大都市区代表性河流，顺序选择多时间尺度和设计第二因子；所述多时间尺度的选择包括：昼夜、季节和年际，所述第二因子包括水环境因子，CO

优选的，所述S1的所述样品分析包括：碱度分析、CH

优选的，所述S1的所述数据分析选择pH、溶解氧、总磷、总氮、氨氮、硫酸盐等指标作为评价项目，利用综合污染因子法，对河网水质进行评价，并采用空间插值进行分析河网水体综合污染指数空间格局，包括：数据计算、通量估算和相关分析；具体包括：水体pCO

优选的，所述S1的所述获得城市水系统河网CO

所述S1的所述CH

优选的，所述S2的基于所述时空格局确定河流CO

本发明的第二方面提供一种城市水系统碳排放空间格局动态分析系统，包括：

数据分析模块，用于确定研究区域并进行实验设计、样品采集、样品分析和数据分析，获得城市水系统河网CO

动态分析模块，基于所述时空格局确定河流CO

本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。

本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。

本发明提供的方法、系统、电子设备以及计算机可读存储介质，具有如下有益的技术效果：

以典型的大都市区-深圳市区河网作为水系统研究对象，开展野外调查与室内分析，从而确定城市水系统的CO

附图说明

图1为根据本发明优选实施例示出的城市水系统碳排放空间格局动态分析方法流程图；

图2为根据本发明优选实施例示出的城市水系统碳排放空间格局动态分析系统结构示意图；

图3为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

参见图1，本实施例提供了一种城市水系统碳排放空间格局动态分析方法，包括：

S1，确定研究区域并进行实验设计、样品采集、样品分析和数据分析，获得城市水系统河网CO

S2，基于所述时空格局确定河流CO

作为优选的实施方式，所述S1的所述研究区域包括大都市区河网和大都市区代表性河流。

本实施例中，选择地理位置为深圳市城市主体地域范围，平均城镇化率达到90％以上，是典型的大都市区域。水文环境为深圳市内河流众多，河网发达，例如有深圳河、大沙河等，属于典型的向心状水系，多年平均降雨量为1278mm，径流深度为665mm，径流总量为36.8亿立方米。属于亚热带常绿阔叶林区域，植被分为自然与人工植被两类，城市森林保护和种植措施完备，土地功能布局分为城市建设和生活区、农业生产区和生态保护区三类。快速的城市发展和土地利用改变导致水系格局与水文过程改变，城市建设过程中一些小的溪流被填埋，城市区河流蜿蜒度降低，河道渠化，河网结构简单，河网稳定程度减弱，沿城市化梯度河网水系格局呈明显的简化过程。水文过程的改变主要体现在城市化明显改变了流速、流量及下垫面特征，不透水铺装面积增大，地表水循环过程由下渗-饱和转变为单一径流过程。快速的城市水系格局、水文过程的改变，必将对区域碳排放和生态系统物质循环过程产生重要影响。

作为优选的实施方式，所述S1的所述实验设计包括：

针对大都市区河网，顺序设计高密度采样和第一因子；所述高密度采样的设计包括：分析河网资料、分析土地利用以及划分城市化梯度；所述第一因子包括水环境因子，CO

对于大都市区代表性河流，顺序选择多时间尺度和设计第二因子；所述多时间尺度的选择包括：昼夜、季节和年际，所述第二因子包括水环境因子，CO

作为优选的实施方式，所述样品采集包括：

(1)在现场采集水样用于理化指标监测的同时，利用有机玻璃采样器采集表层水样(<20cm)，轻轻装入100ml样品瓶，完全密封，确保没有空气和气泡，同时注入0.5ml的饱和氯化汞(HgCl

(2)同时用气密性水体采样器采集表层20cm深度的河水，迅速用100ml注射器吸取无气泡水样注入200ml镀铝内膜的气体采样袋中，并注入0.5ml的饱和HgCl

(3)每个采样点均采集河道中心和左右两侧1m处3个重复样，所有水样和大气样均保存于冷藏箱带回实验室，于4℃低温保存。样品采集后5天内完成分析和记录。

作为优选的实施方式，所述S1的所述样品分析包括：

(1)碱度分析：

将HgCl

(2)CH

本实施例采用顶空平衡法对水体溶存CH

(3)水质参数测定：

本发明测定的水质参数包括总氮(TN)、硝态氮(NO

作为优选的实施方式，所述S1的所述数据分析包括：数据计算、通量估算和相关分析；具体包括：

(1)水体pCO

目前尚没有统一的方法测定或计算内陆淡水系统pCO

CO

K

K

K2＝[H+][CO

其中，H

pK

pK

pK

水体pCO

式中[H

[H

[HCO

本实施例利用CO

(2)水体CH

Sa＝ CH

CH

CH

式中，S表示水体CH

(3)水-气界面CO

水-气界面气体交换速率主要受到水体与大气中气体浓度差、风速扰动、温度、湍流等因素影响，且存在一定函数关系。因此经典的边界层模型被广泛用于气体在水-气界面交换速率的计算。边界层模型假定：在水-气界面两侧存在气体、液体两个边界层，分子的传输主要受两个边界薄层的阻力影响；边界层气体分子交换仅通过扩散；水-气界面两侧流体均匀混合；气体在水气边界层遵循亨利定律。大部分研究认为河流水-气界面气体交换满足边界层模型的假设条件，而且本实施例中测定大部分河流流速较慢(<2m·s

CO

本实施例中CO

FCO

式中，FCO

k

k

Sc＝1911.1-118.11×t+3.4527×t

U

其中，k

k

k

k

k

k

k

式中，V表示河流流速(ms

CH

CH

FCH

CH

k＝1.58×e

Sc＝1897.8﹣114.28t+3.2902×t

(4)统计分析

数据分析采用Excel进行原始数据计算，SPSS(SPSSInc.,Chicago,IL,USA)进行统计分析。单因素方差分析(ANOVA)和多因素方差分析(GLM)用于比较不同城市化等级区域、不同季节以及交互效应对CO

本实施例中，选择pH、溶解氧、总磷、总氮、氨氮、硫酸盐等指标作为评价项目，利用综合污染因子法，对深圳都市区河网水质进行评价，并采用空间插值进行分析河网水体综合污染指数空间格局。数据分析采用Excel进行原始数据计算，SPSS(SPSSInc.,Chicago,IL,USA)进行统计分析，所有统计显著性水平为P。

作为优选的实施方式，所述S1的所述获得城市水系统河网CO

(1)河网碱度的时空变化：

河网碱度是计算pCO

(2)河网水体pCO

河网表层水体pCO

(3)不同模型估算水-气界面CO

气体交换系数是利用双侧膜模型估算水气界面排放通量的关键因子。本实施例利用不同估算模型进行了气体交换系数k

(4)都市区河网CO

基于边界层模型估算和亨利定律，本实施例估算所有采样点CO

(5)河网pCO

本实施例从河流自然特征(流速、流量、河流宽度以及沉积物类型等)和水环境因子两方面进行分析。简单线性回归分析结果表明，河流表层水体pCO

作为优选的实施方式，所述S1的所述CH

(1)河网水体CH

深圳都市区河网表层水体溶解性CH

(2)河网水-气界面CH

本实施例中采用保守的基于风速模型的气体排放速率进行河网表层水-气界面CH

作为优选的实施方式，所述S2的基于所述时空格局确定河流CO

(1)河网CH

河流自然特征(流速、流量、河宽、水深以及底质类型)决定流域碳输入过程、水体湍流能与扰动、原位CH

(2)河网CH

将河网水体CH

(3)河网表层水体CH

河网表层水体CH

(4)河网表层水体CH

尽管大多数营养盐与CH

(5)河网表层水体CH

结果表明，河网表层水体CH

实施例二

参见图2，本实施例提供一种城市水系统碳排放空间格局动态分析系统，包括：

数据分析模块101，用于确定研究区域并进行实验设计、样品采集、样品分析和数据分析，获得城市水系统河网CO

动态分析模块102，基于所述时空格局确定河流CO

本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如实施例一所述的方法。

如图3所示，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器301和与所述处理器301连接的存储器302，所述存储器302存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如实施例一所述的方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。