基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于“源‑汇”风险分析的流域水环境质量预测方法及系统，对影响流域水化学变化的控制因素、物质来源和基本过程进行分析，确定流域水化学变化的来源分布，并通过构建“源‑汇”阻力模型评估和预测环境压力变化对流域水环境质量造成的影响。本发明专利技术的有益效果是通过对流域水化学控制因素、物质来源和基本过程进行分析，确定流域水化学变化的风险源分布，实现对流域水化学变化风险的评估。

【技术实现步骤摘要】
基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法及系统
本专利技术涉及水环境预测
，更具体地说涉及一种基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法及系统。
技术介绍
河流是自然遗产中极为重要的部分。几千年来，人类一直在使用河流，但是现在几乎没有河流处于自然状态。作为人类社会的重要水源之一，河流的水环境质量直接关系到人类的生存环境质量与用水安全。传统的河流水环境质量监测通过在河流水质、水量发生变化及水体不同用途的功能区处设置监测断面获取水质数据，并一般采用水环境质量指数(WQI)对水环境质量进行评测，由此发展的水环境质量预测方法大多为基于单一水质指标的模型。一方面，河流作为沿地势流动的线性水体，需要考虑实际采样的可行性和方便性，难以实现对河流全流域水质指标的全过程、连读、动态的监测。另一方面，水质对生态及健康的影响主要是由于水体中多种离子元素共同作用的结果，单一水质指标无法全面表征水环境质量。是以结合多水质指标模拟流域水体离子元素对水环境质量贡献度方面比目前的单一污染物模型更有效。河流的水化学成分是流域的重要特征，它指示了河流所经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法，其特征在于：按照下述步骤进行：/nS1、基于流域水化学数据，采用舒卡列夫分类原理确定流域水化学类型特征，结合流域土壤类型及属性，通过相关性及差异性分析确定流域水化学物质来源相关性因素，构建多因素重要性标度矩阵，量化不同区域水化学物质来源强度，并以此为依据细化风险程度，划定流域水化学物质来源风险等级分布；/nS2、基于河流水化学来源基本过程分析，获取流域相关环境因素空间分布数据，构建多因素重要性标度矩阵，量化不同区域基本过程阻力强度，并以此为依据细化风险程度，划定环境阻力风险等级分布；/nS3、将S1得到的流域水化学物质来源风险等级分布和S2得...

【技术特征摘要】
1.基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
S1、基于流域水化学数据，采用舒卡列夫分类原理确定流域水化学类型特征，结合流域土壤类型及属性，通过相关性及差异性分析确定流域水化学物质来源相关性因素，构建多因素重要性标度矩阵，量化不同区域水化学物质来源强度，并以此为依据细化风险程度，划定流域水化学物质来源风险等级分布；
S2、基于河流水化学来源基本过程分析，获取流域相关环境因素空间分布数据，构建多因素重要性标度矩阵，量化不同区域基本过程阻力强度，并以此为依据细化风险程度，划定环境阻力风险等级分布；
S3、将S1得到的流域水化学物质来源风险等级分布和S2得到的环境阻力风险等级分布进行叠加，量化后得到流域水化学来源强度及分布，并以此为依据细化流域水化学变化来源等级及空间分布，基于各等级来源空间分布，建立流域“源-汇”阻力模型，通过计算各等级源至水体的最小累积阻力值，评估河流水化学变化风险分布情况，模型公式如下：



式中f是一未知负函数，为最小累积阻力与生态适宜性的负相关关系；Dij为从源j到景观单元的空间距离；Ri为景观单元对i运动过程的阻力系数；
S4、将流域水体的水质参数的变化曲线进行归一化处理，然后分别以不同等级源风险变化曲线中与归一化处理得到的各数据曲线线性度最高的一条变化曲线作为基准曲线，与其他曲线进行加权平均，加权系数与对应的线性度成正比，最后建立一系列归一化的各数据曲线与加权平均后的风险曲线的函数映射，作为水质数据与环境风险关联函数集；
S5、设置量化环境压力强度变化情景，参照S4得出的水质数据与环境风险关联函数集，预测流域各水质数据变化情况，根据实际水质监测数据，计算预测结果和实际水质监测数据之间的残差序列，设定流域水环境质量阈值，基于预测数据变化趋势分析，获取水环境质量异常变化值及区域，评价流域水环境质量状况。


2.根据权利要求1所述的基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法，其特征在于：S3包括：
S3-1、考虑地表单元到流域水体通达性，基于河流水体汇成本分析，构建流域缓冲区，在叠加S1得到的流域水化学物质来源风险等级分布和S2得到的环境阻力风险等级分布的基础上细化流域水化学变化来源等级及空间分布；
S3-2、采用最小累积阻力模型计算各等级源至水体的最小累积阻力值，依据累积成本值与风险大小完全负相关关系，评估河流水化学变化风险分布情况。


3.根据权利要求1所述的基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法，其特征在于：在S4中，水质参数包括但不限于，主要离子浓度：Ca2+(mg/L)、Mg2+(mg/L)、K+(mg/L)、Na+(mg/L)、SO42-(mg/L)、HCO3-(mg/L)、Cl-(mg/L)、NO3-(mg/L)；微量元素浓度：Hg(μg/L)、Ni(μg/L)、Co(μg/L)、Zn(μg/L)、Cu(μg/L)、Cr(μg/L)、Mn(μg/L)。


4.根据权利要求1所述的基于“源-汇”风险分析的流域水环境质量预测方法，其特征在于：S5包括：
S5-1、将预测出的水质变化数据采用小波重构方法进行信号重构，并与实际的水质量监测数据进行对比重建出残差序列，采用对应的分布函数去拟合残差序列的分布，计算得到拟合优度及分布方程，根据残差分布方程，校正关联函数集；
S5-2、将预测出的水质变化数据采用M-K趋势检验法进行空间上的变化趋势分析及突变点检验，基于设定流域水环境质量阈值，计算区分正常水质数据和异常水质数据，评价流域水环境质量状况。


5.基于权利要求1-4任一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛国柱，徐吉平，吴艳丽，李明民，史考，陈江运，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12