城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法

技术特征：
1.一种城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标区域的至少一个城镇化指标值和至少一个水生态服务功能指标值；基于主成分分析算法，获取所述至少一个城镇化指标值对应的至少一个城镇化主成分，根据所述至少一个城镇化主成分构建城镇化指标的综合函数，根据城镇化指标的综合函数对所述城镇化指标值的偏导数的绝对值，获取城镇化指标值的权重；基于主成分分析算法，获取所述至少一个水生态服务功能指标值对应的至少一个水生态服务功能主成分，根据所述至少一个水生态服务功能主成分构建水生态服务功能指标的综合函数，根据水生态服务功能指标的综合函数对所述水生态服务功能指标值的偏导数的绝对值，获取水生态服务功能指标值的权重；根据所述城镇化指标值的权重，对所述至少一个城镇化指标值进行加权求和，获取城镇化的综合指数；根据所述水生态服务功能指标值的权重，对所述至少一个水生态服务功能指标值进行加权求和，获取水生态服务功能的综合指数；以水生态服务功能的综合指数作为因变量，以城镇化的综合指数作为自变量，构建用于拟合城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数的环境库兹涅茨曲线的拟合模型，获取所述拟合模型拟合的环境库兹涅茨曲线；获取所述环境库兹涅茨曲线的拐点对应的城镇化的综合指数阈值，当目标区域的城镇化的综合指数与所述城镇化的综合指数阈值的差值小于预设阈值时，发出预警信号。2.根据权利要求1所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，其特征在于，在获取至少一个水生态服务功能指标值之后，还包括以下步骤：根据所述水生态服务功能指标对水生态服务功能的影响关系，确定所述水生态服务功能指标为正向指标或负向指标；其中，正向指标对水生态服务功能具有正向作用，负向指标对水生态服务功能具有负向作用；当所述水生态服务功能指标为正向指标，按照以下方式，对所述水生态服务功能指标进行标准化：当所述水生态服务功能指标为负向指标，按照以下方式，对所述水生态服务功能指标进行标准化：其中，为地区第i年的水生态服务功能指标j的标准化值，为地区第i年的水生态服务功能指标j的初始值，为不同地区不同年份的水生态服务功能指标j中的最小值，为不同地区不同年份的水生态服务功能指标j中的最大值。3.根据权利要求1所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，其特征在于，获取水生态服务功能指标值的权重的步骤具体包括：按照以下方式，获取水生态服务功能指标的k个主成分：f
k
＝a
k1
s1 a
k2
s2
…
a
km
s
m
其中，f
k
为水生态服务功能指标的第k个主成分，s1、s2……
s
m
为m个水生态服务功能指标的标准化值，a
k1
、a
k2
……
a
km
为第k个主成分的各个水生态服务功能指标值s1、s2……
s
m
对应的因子系数，k子系；按照以下方式，构建水生态服务功能指标的综合函数：其中，f为水生态服务功能指标的综合函数，n为水生态服务功能指标的个数，θ
j
为主成分f
j
的方差贡献率；按照以下方式，获取水生态服务功能指标的权重：其中，ω
j
为水生态服务功能指标j的权重，为地区第i年的水生态服务功能指标j的标准化值。4.根据权利要求1所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，在根据城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数构建用于拟合城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数的环境库兹涅茨曲线的拟合模型之前，还包括以下步骤：按照以下方式，构建计量回归模型：其中，为地区的水生态服务功能的综合指数，χ
i1
、χ
i2
、χ
i3
、χ
i4
…
为多个城镇化指标值，α1、α2、α3、α4…
分别为与多个城镇化指标对应的多个回归系数，γ
i1
、γ
i2
、γ
i3
、γ
i4
…
为多个水生态服务功能指标值，β1、β2、β3、β4…
分别为为与多个水生态服务功能指标对应的的回归系数，ε
i
为城镇化发展对水生态服务功能指数回归模型的个体效应项，μ
i
为计量回归模型的随机干扰项，为城镇化的综合指数；基于单位根检验方法，对所述计量回归模型各变量的平稳性进行验证；若所述回归模型存在至少两个不平稳的变量，对所述至少两个不平稳的变量进行协整检验；若城镇化的综合指数与水生态服务功能的综合指数之间存在协整关系，基于格兰杰因果关系检验方法，确定城镇化的综合指数与水生态服务功能的综合指数为单向因果关系或双向因果关系；建立城镇化的综合指数与水生态服务功能的综合指数的联立方程模型，对所述联立方程模型进行t检验，获取各变量的p值，并剔除p值小于预设阈值的变量。5.根据权利要求1所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，所述根据城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数，构建用于拟合城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数的环境库兹涅茨曲线的拟合模型的步骤具体包括：将所述城镇化的综合指数和所述水生态服务功能的综合指数输入二次对数模型中，获取二次对数模型的r2值；
其中，为地区的水生态服务功能的综合指数，为地区的城镇化的综合指数，β
01
为二次对数模型的常数项，β
11
、β
21
、β
31
为二次对数模型的系数，e1为二次对数模型的影响因素，ε1为二次对数模型的误差项；将所述城镇化的综合指数和所述水生态服务功能的综合指数输入三次对数模型中，获取三次对数模型的r2值；其中，β
02
为三次对数模型的常数项，β
12
、β
22
、β
32
、β
42
为三次对数模型的系数，e2为三次对数模型的影响因素，ε2为三次对数模型的误差项；根据二次对数模型的r2值和三次对数模型的r2值，确定最贴合的拟合模型，根据所述拟合模型拟合城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数的环境库兹涅茨曲线。6.根据权利要求1所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，在对所述至少一个城镇化指标值进行加权求和之前，还包括以下步骤：获取每两个城镇化指标之间的相关系数，若存在两个城镇化指标的相关系数大于预设系数阈值，分别计算两个城镇化指标与其它城镇化指标的平均相关系数，删除其中平均相关系数最大的城镇化指标。7.根据权利要求1-6任一项所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，其特征在于，所述获取目标区域的至少一个城镇化指标值和至少一个水生态服务功能指标值的步骤具体包括：获取目标区域的统计年鉴数据和水生态系统数据；基于城镇化评价指标体系，根据所述统计年鉴数据获取目标区域的至少一个城镇化指标值；基于水生态服务功能评价指标体系，根据所述统计年鉴数据和所述水生态系统数据获取目标区域的至少一个水生态服务功能指标值；其中，所述城镇化评价指标体系包括多个一级城镇化指标和多个二级城镇化指标；每一个一级城镇化指标包括至少一个二级城镇化指标；其中，一级城镇化指标包括人口城镇化、经济城镇化、土地城镇化和政策城镇化；人口城镇化对应的二级城镇化指标包括人口密度、人口增长率、第二产业从业人员比重和第三产业从业人员比重；经济城镇化对应的二级城镇化指标包括地区生产总值、工业总产值、农业总产值、人均生产总值、轻工业占工业总产值比重、地区生产总值增长率、居民可支配收入和居民消费零售额；土地城镇化对应的二级城镇化指标包括建设用地面积、耕地用地面积、水域面积、交通路径和城镇绿地面积；政策城镇化对应的二级城镇化指标包括科技投入占gdp的比重、环保投入占gdp的比重、教育支出占地区gdp的比重、医疗卫生支出占地区gdp的比重和财政支出占地区gdp的比重；所述水生态服务功能评价指标体系包括多个一级水生态服务功能指标和多个二级水生态服务功能指标；每一个一级水生态服务功能指标包括至少一个二级水生态服务功能指
标；其中，一级水生态服务功能指标对应的二级水生态服务功能指标包括产品提供功能、调节功能、文化功能和生命支持功能；产品提供功能对应的二级水生态服务功能指标包括生活用水、产业用水、水资源供给、水产品提供、水力发电和内陆航运；调节功能对应的二级水生态服务功能指标包括水量调节、空气净化、水质净化、土壤保持和水源涵养；文化功能对应的二级水生态服务功能指标包括文化科研教育和美学价值；生命支持功能对应的二级水生态服务功能指标包括物种多样性、固碳释氧和物质循环。8.一种城镇化指标对水生态服务功能的影响关系获取装置，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取目标区域的至少一个城镇化指标值和至少一个水生态服务功能指标值；第一权重获取模块，用于基于主成分分析算法，获取所述至少一个城镇化指标值对应的至少一个城镇化主成分，根据所述至少一个城镇化主成分构建城镇化指标的综合函数，根据城镇化指标的综合函数对所述城镇化指标值的偏导数的绝对值，获取城镇化指标值的权重；第二权重获取模块，用于基于主成分分析算法，获取所述至少一个水生态服务功能指标值对应的至少一个水生态服务功能主成分，根据所述至少一个水生态服务功能主成分构建水生态服务功能指标的综合函数，根据水生态服务功能指标的综合函数对所述水生态服务功能指标值的偏导数的绝对值，获取水生态服务功能指标值的权重；第一指数获取模块，用于根据所述城镇化指标值的权重，对所述至少一个城镇化指标值进行加权求和，获取城镇化的综合指数；第二指数获取模块，用于根据水生态服务功能指标值的权重，对所述至少一个水生态服务功能指标值进行加权求和，获取水生态服务功能的综合指数；环境库兹涅茨曲线获取模块，用于以水生态服务功能的综合指数作为因变量，以城镇化的综合指数作为自变量，构建用于拟合城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数的环境库兹涅茨曲线的拟合模型，获取所述拟合模型拟合的环境库兹涅茨曲线；预警模块，用于获取所述环境库兹涅茨曲线的拐点对应的城镇化的综合指数阈值，当目标区域的城镇化的综合指数与所述城镇化的综合指数阈值的差值小于预设阈值时，发出预警信号。9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法的步骤。10.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种城镇化差异对流域水生态服务功能的影响预警方法，基于主成分分析算法将城镇化指标值和水生态服务功能指标值转换为城镇化主成分和水生态服务功能主成分，通过构建城镇化指标的综合函数和水生态服务功能指标的综合函数来获取对应指标的权重，再通过对城镇化指标值和水生态服务功能指标值进行加权求和，利用城镇化的综合指数和水生态服务功能的综合指数来构建拟合模型，根据拟合的环境库兹涅茨曲线来获取城镇化的综合指数阈值，在目标区域的城镇化的综合指数与城镇化的综合指数阈值的差值小于预设阈值时发出预警信号，从而使研究人员可以了解城镇化差异对当地水生态服务功能演变的影响，并及时制定相应的防范措施及应对策略。防范措施及应对策略。防范措施及应对策略。


技术研发人员：尹小玲 邓丽明 杨骥 贾凯 刘旭拢 荆文龙 邓应彬 孙嘉 林卓玲
受保护的技术使用者：广东省科学院广州地理研究所
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2022/11/29