本发明属于湿地设计领域，具体涉及一种生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法及系统。
背景技术：
1、我国将小微湿地定义为面积在8公顷以下的湿地，主要包括小型湖泊、沼泽、库塘、河流、沟渠及城市小型景观水体。小微湿地虽面积较小却在维持关键物种种群、提供生物迁移踏脚石、水资源调节、水质改善、营造城乡优美景观等方面发挥着重要作用。
2、在小微湿地设计领域，已有根据小微湿地的水质净化能力、生态保育能力、景观营造能力或调蓄调节能力，设计小微湿地的水体形态、岸带材料、附属设施、植物种类配置、基质材料和结构的方法，但对于一些具有水文边界的流域或具有行政边界的县市区域范围，小微湿地的配置规模和配置位置设计方法相对缺乏。当前小微湿地空间配置方法的原理是在面源污染物汇集最集中的位置配置小微湿地，将小微湿地作为一种农业面源污染治理措施，依据农业面源污染的空间差异性格局和污染物削减目标来设计小微湿地的空间位置和配置规模，从而提升水质净化效率，这种方法虽具备一定的先进性，但仅发挥了小微湿地的水质净化功能，忽视了其水资源调蓄调节功能。
3、日常生活中，氮磷虽是面源污染物，但也是作物生长的重要营养盐。在我国农区，利用小微湿地的水资源调蓄功能促进氮磷资源循环利用的方法，比单纯依靠小微湿地水质净化功能的方法，实现农业面源污染减排的效果明显增强。现有的技术未考虑小微湿地的水资源调蓄调节功能，空间优化配置结果无法兼顾提升农业生产的资源利用率，难以实现农业面源污染减排效果最大化。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种利用小微湿地水资源调蓄功能实现生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法及系统。
2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提出生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，包括：
4、s1、依据需治理农区的地形、水系、土地利用数据，将其划分为若干个小微湿地潜在配置单元；
5、s2、以最大化水资源循环利用率为目标，依据需治理农区内各类农业生产用地的潜在水资源消耗量和尾水排放量，确定各小微湿地潜在配置单元的配置容量；
6、s3、以最大化氮磷循环利用率为目标，依据需治理农区内各类农业生产用地的氮磷排放量和各小微湿地潜在配置单元的配置容量，确定各小微湿地潜在配置单元的氮磷减排量，选择单位面积农用地的氮磷减排量靠前的若干小微湿地潜在配置单元作为小微湿地最终配置单元；
7、s4、依据小微湿地最终配置单元内的地形地貌、水系和生产布局现状，确定各最终配置单元中小微湿地的配置位置。
8、所述s2包括：
9、s21、依据需治理农区内各类农业生产用地的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro，统计各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm；
10、s22、基于各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm，以最大化水资源循环利用率为目标，采用迭代法计算小微湿地潜在配置单元的最佳配置容量v0；
11、s23、采用以下公式确定各小微湿地潜在配置单元的配置容量v：
12、v＝min(vmax，v0)；
13、上式中，vmax为各小微湿地潜在配置单元的最大配置容量；
14、所述s22包括：
15、s221、对v0、rovacc初始化赋值：
16、v0＝0；
17、rovacc＝0；
18、上式中，rovacc为小微湿地潜在配置单元存蓄的上个时段农业尾水量；
19、s222、采用以下公式计算第一时段的配置容量：
20、
21、上式中，vm为时段m的配置容量，wrvm为时段m的潜在水资源消耗总量体积，rovm为时段m的尾水排放总量体积，etwm为时段m的水面蒸散发，aw为小微湿地潜在配置单元的配置面积；
22、s223、更新v0和rovacc：
23、v0＝max(v0，vm)；
24、rovacc＝vm；
25、s224、不断重复s222和s223，以完成所有时段的迭代求解，得到小微湿地潜在配置单元的最佳配置容量v0；
26、所述s21中，
27、各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm采用以下公式计算得到：
28、wrvm＝∑jwrvm，j；
29、wrvm，j＝wrm，j·aj；
30、rovm＝∑jrovm，j；
31、rovm，j＝rom，j·aj；
32、上式中，wrvm，j为时段m第j类农业用地的潜在水资源消耗量体积，wrm，j为时段m第j类农业用地的潜在水资源消耗量，aj为第j类农业用地在潜在配置单元的面积，rovm，j为时段m第j类农业用地的尾水排放量体积，rom，j为时段m第j类农业用地的尾水排放量；
33、需治理农区内各类农业生产用地包括稻田、旱田、菜地和水产养殖塘；
34、稻田、旱田、菜地的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro采用以下公式计算得到：
35、
36、
37、上式中，etc为作物水分蒸散发量，p为降雨量，sw为根层土壤含水量，fc为根层土壤田间持水含量，wp为根层土壤萎蔫点水分含量，dp为淋溶下渗量；
38、水产养殖塘的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro采用以下公式计算得到：
39、
40、
41、上式中，h为水产养殖塘的水位，hmax为水产养殖塘的最高水位，hmin为水产养殖塘的最低水位。
42、所述s3包括：
43、s31、依据需治理农区内各类农业生产用地的氮磷排放量和各小微湿地潜在配置单元的配置容量v，以最大化氮磷循环利用率为目标，确定小微湿地潜在配置单元各时段的氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm；
44、s32、采用以下公式计算各小微湿地潜在配置单元的氮磷循环利用率rcr和氮磷减排量loadcut：
45、rcr＝∑mload_rcrm/∑mloadm；
46、loadcut＝∑mloadm-∑mload_outm；
47、上式中，load_rcrm为时段m的氮磷回用量，loadm为时段m的氮磷排放量，load_outm为时段m的氮磷负荷外排量；
48、所述s31中，小微湿地潜在配置单元各时段的氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下方式确定：
49、当wrvmm≥rovm+rovacc-etwm·aw时，当前时段的农业尾水和小微湿地存蓄的上一时段的农业尾水全部回用，氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下公式计算得到：
50、
51、load_outm＝0；
52、上式中，wrvm为时段m的潜在水资源消耗总量体积，rovm为时段m的尾水排放总量体积，rovacc为小微湿地潜在配置单元存蓄的上个时段农业尾水量，etwm为时段m的水面蒸散发，aw为小微湿地潜在配置单元的配置面积，为小微湿地存蓄水在时段m的氮磷浓度；
53、当wrvm＜rovm+rovacc-etwm·aw时，优先回用氮磷浓度较高的尾水，直至回用水量等于当前时段水资源消耗量，未能回用的尾水将氮磷浓度较高的优先存蓄在小微湿地，超出小微湿地潜在配置单元配置容量v的部分外排，氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下公式计算得到：
54、
55、
56、∑a(rovm，a+rovaccm)＝wrvm；
57、∑b(rovm，b+rovaccm)＝rovm+rovaccm-etwm·aw-wrvm-v；
58、
59、上式中，a为尾水回用的农业用地类型，为时段m第a类农业用地的尾水浓度，rovm，a为时段m第a类农业用地的尾水排放量体积，rovaccm为小微湿地存蓄的m上一时段农业尾水量，b为尾水外排的农业用地类型，为时段m第b类农业用地的尾水浓度，rovm，b为时段m第b类农业用地的尾水排放量体积，k为小微湿地的氮磷截留消纳速率参数，t为上一时段到这一时段的时间差。
60、第二方面，本发明提出生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置系统，包括配置单元划分模块、配置容量核算模块、最终配置单元选定模块和配置位置优化设计模块；
61、所述配置单元划分模块用于依据需治理农区的地形、水系、土地利用数据，将农区划分为若干个小微湿地潜在配置单元；
62、所述配置容量核算模块用于以最大化水资源循环利用率为目标，依据需治理农区内各类农业生产用地的潜在水资源消耗量和尾水排放量，确定各小微湿地潜在配置单元的配置容量；
63、所述最终配置单元选定模块用于以最大化氮磷循环利用率为目标，依据需治理农区内各类农业生产用地的氮磷排放量和各小微湿地潜在配置单元的配置容量，确定各小微湿地潜在配置单元的氮磷减排量，选择单位面积农用地的氮磷减排量靠前的若干小微湿地潜在配置单元作为小微湿地最终配置单元；
64、所述配置位置优化设计模块用于依据小微湿地最终配置单元内的地形地貌、水系和生产布局现状，确定各最终配置单元中小微湿地的配置位置。
65、所述配置容量核算模块包括水资源总体积统计单元、最佳配置容量计算单元、配置容量确定单元；
66、所述水资源总体积统计单元用于依据需治理农区内各类农业生产用地的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro，统计各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm；
67、所述最佳配置容量计算单元用于基于各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm，以最大化水资源循环利用率为目标，采用迭代法计算小微湿地潜在配置单元的最佳配置容量v0；
68、所述配置容量确定单元用于采用以下公式确定各小微湿地潜在配置单元的配置容量v：
69、v＝min(vmax，v0)；
70、上式中，vmax为各小微湿地潜在配置单元的最大配置容量。
71、所述最佳配置容量计算单元还包括初始化赋值单元、各时段配置容量计算单元、更新单元、迭代单元；
72、所述初始化赋值单元用于对v0、rovacc初始化赋值：
73、v0＝0；
74、rovacc＝0；
75、上式中，rovacc为小微湿地潜在配置单元存蓄的上个时段农业尾水量；
76、所述各时段配置容量计算单元用于采用以下公式计算第一时段的配置容量：
77、
78、上式中，vm为时段m的配置容量，wrvm为时段m的潜在水资源消耗总量体积，rovm为时段m的尾水排放总量体积，etwm为时段m的水面蒸散发，aw为小微湿地潜在配置单元的配置面积；
79、所述更新单元用于更新v0和rovacc：
80、v0＝max(v0，vm)；
81、rovacc＝vm；
82、所述迭代单元用于不断重复各时段配置容量计算单元和更新单元，以完成所有时段的迭代求解，得到小微湿地潜在配置单元的最佳配置容量v0；
83、水资源总体积统计单元所述各小微湿地潜在配置单元内不同时段的潜在水资源消耗量总体积wrvm和尾水排放量总体积rovm采用以下公式计算得到：
84、wrvm＝∑j wrvm，j；
85、wrvm，j＝wrm，j·aj；
86、rovm＝∑jrovm，j；
87、rovm，j＝rom，j·aj；
88、上式中，wrvm，j为时段m第j类农业用地的潜在水资源消耗量体积，wrm，j为时段m第j类农业用地的潜在水资源消耗量，aj为第j类农业用地在潜在配置单元的面积，rovm，j为时段m第j类农业用地的尾水排放量体积，rom，j为时段m第j类农业用地的尾水排放量；
89、水资源总体积统计单元所述需治理农区内各类农业生产用地包括稻田、旱田、菜地和水产养殖塘；
90、稻田、旱田、菜地的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro采用以下公式计算得到：
91、
92、
93、上式中，etc为作物水分蒸散发量，p为降雨量，sw为根层土壤含水量，fc为根层土壤田间持水含量，wp为根层土壤萎蔫点水分含量，dp为淋溶下渗量；
94、水产养殖塘的潜在水资源消耗量wr和尾水排放量ro采用以下公式计算得到：
95、
96、
97、上式中，h为水产养殖塘的水位，hmax为水产养殖塘的最高水位，hmin为水产养殖塘的最低水位。
98、所述最终配置单元选定模块包括氮磷回用量和氮磷外排量计算单元、氮磷循环利用率和氮磷减排量计算单元；
99、所述氮磷回用量和氮磷外排量计算单元用于小微湿地潜在配置单元各时段的氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下方式确定：
100、当wrvm≥rovm+rovacc-etwm·aw时，当前时段的农业尾水和小微湿地存蓄的上一时段的农业尾水全部回用，氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下公式计算得到：
101、
102、load_outm＝0；
103、上式中，wrvm为时段m的潜在水资源消耗总量体积，rovm为时段m的尾水排放总量体积，rovacc为小微湿地潜在配置单元存蓄的上个时段农业尾水量，etwm为时段m的水面蒸散发，aw为小微湿地潜在配置单元的配置面积，为小微湿地存蓄水在时段m的氮磷浓度；
104、当wrvm＜rovm+rovacc-etwm·aw时，优先回用氮磷浓度较高的尾水，直至回用水量等于当前时段水资源消耗量，未能回用的尾水将氮磷浓度较高的优先存蓄在小微湿地，超出小微湿地潜在配置单元配置容量v的部分外排，氮磷回用量load_rcrm和氮磷负荷外排量load_outm采用以下公式计算得到：
105、
106、
107、∑a(rovm，a+rovaccm)＝wrvm；
108、∑b(rovm，b+rovaccm)＝rovm+rovaccm-etwm·aw-wrvm-v；
109、
110、上式中，a为尾水回用的农业用地类型，为时段m第a类农业用地的尾水浓度，rovm，a为时段m第a类农业用地的尾水排放量体积，rovaccm为小微湿地存蓄的m上一时段农业尾水量，b为尾水外排的农业用地类型，为时段m第b类农业用地的尾水浓度，rovm，b为时段m第b类农业用地的尾水排放量体积，k为小微湿地的氮磷截留消纳速率参数，t为上一时段到这一时段的时间差；
111、所述氮磷循环利用率和氮磷减排量计算单元用于采用以下公式计算各小微湿地潜在配置单元的氮磷循环利用率rcr和氮磷减排量loadcut：
112、rcr＝∑mload_rcrm/∑mloadm；
113、loadcut＝∑mloadm-∑mload_outm；
114、上式中，load_rcrm为时段m的氮磷回用量，loadm为时段m的氮磷排放量，load_outm为时段m的氮磷负荷外排量。
115、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
116、1、本发明牛产-牛态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法依据需治理农区的地形、水系、土地利用数据，划分若干个小微湿地潜在配置单元，筛选水资源和氮磷营养盐资源供给和需求相匹配的水文单元，充分发挥小微湿地的水资源调蓄调节功能，提升资源循环利用率的同时实现面源污染减排，兼顾农业生产安全和生态环境安全。
117、2、本发明生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法利用需治理农区内各类农业生产用地排水排污和耗水纳污的时间差，将小微湿地作为潜在配置单元内农业尾水的短期调蓄利用场所，以最大化水资源循环利用率和氮磷循环利用率为目标，设计小微湿地的配置容量和配置位置，最大限度回用高浓度农业尾水，实现从源头减排回用，相较于在面源污染汇流路径上配置小微湿地进行水质净化的技术而言，面源污染减排效率更高。
1.生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置方法，其特征在于，
7.生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置系统，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置系统，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置系统，其特征在于，
10.根据权利要求7所述的生产-生态双赢的农区小微湿地空间优化配置系统，其特征在于，
