[发明专利]确定湖泊水质管理目标可接受范围及其可达性风险方法

权利要求书

1.一种确定湖泊水质管理目标可接受范围及其可达性风险方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搜集需要确定水质管理目标的湖泊n组环境变量的观测值，n大于等于60，且n为12的整数倍，观测时间连续，观测地点固定，观测频率为每月一次，将所有观测值记为x_i,i＝1,2,...,n；

(2)利用处理完成的观测值，代入马尔可夫－极值模型计算，得到模型参数，确定模型结果；

具体包括以下步骤：

a.根据经验为处理后的环境变量的观测值设定一个阈值u；

b.利用下式为每个处理后的环境变量观测值x_i计算其对应的“伴生”观测值

其中，

ξ、σ分别是分布函数的形状参数和尺度参数，H(y)是处理后的环境变量观测值与阈值u的差x_i-u应服从的分布，即：

P(x_i-u＜y|x_i＞u)≈H(y)；

c.根据处理后的环境变量相邻两个月的观测值x_i,x_i-1，计算它们的联合概率密度函数f(ξ,σ,α；x_i,x_i-1)：

其中F是处理后的环境变量相邻两个月的观测值x_i,x_i-1的联合分布函数，可利用“伴生”观测值计算，其表达式如下：

其中α称为依赖系数；

d.依据数据的马尔可夫性，得到马尔可夫极值模型的似然函数L(x₁,…,x_n；ξ,σ,α)：

其中，h(x_i；ξ,σ)由下式计算

e.利用Newton法求解L(x₁,…,x_n；μ,ξ,σ,α)的最大值及其对应的参数ξ,σ,α；

(3)根据水体使用目标确定该环境变量在本湖泊中的管理目标；

(4)结合模型结果及湖泊水体使用目标确定湖泊水质管理的可以接受的目标范围：a.根据环境变量性质，判断是否要将步骤(3)确定的管理目标x_p取相反数：如果环境变量符合“观测值越小，湖泊水质越好”的性质，则该环境变量的管理目标需要取相反数，否则不需要取相反数，处理后的环境变量管理目标仍然记为x_p：

b.应用下式计算x_p对应的分位点p：

其中N是处理后的环境变量观测值x_i中超过阈值u的个数；

c.利用Fisher方法和p确定x_p的95％置信区间，并取相反数，得到该环境变量的可以接受的管理目标范围；

(5)确定管理目标的重现期，根据管理目标的重现期确定该管理目标的可达性风险：

a.运用下式计算x_p对应的重现期T_p，其对应的单位是年：

b.重现期代表湖泊水质环境变量观测值出现一次好于管理目标x_p所需要的时间，如果重现期小于2年，含2年，则管理目标可达性风险低；若重现期为2～5年，含5年，则管理目标可达性风险中等；若重现期为5～10年，含10年，则管理目标可达性风险高；如果重现期大于10年，则该管理目标可达性风险非常高。

2.根据权利要求1所述的确定湖泊水质管理目标可接受范围及其可达性风险方法，其特征在于：所述步骤(1)中对于观测值越小，湖泊水质越好的环境变量观测值取相反数，其余环境变量观测值不变。

3.根据权利要求2所述的确定湖泊水质管理目标可接受范围及其可达性风险方法，其特征在于：

a.根据环境变量的性质，分辨其是否属于“观测值越小，湖泊水质越好”的环境变量；

b.将“观测值越小，湖泊水质越好”的环境变量的观测值取相反数，其余环境变量观测值不变；将处理后的环境变量观测值仍然记为x_i,i＝1,2,...,n。

4.根据权利要求1所述确定湖泊水质管理目标可接受范围及其可达性风险方法，其特征在于：所述步骤(3)包括以下步骤：

a.根据区域规划，确定湖泊水体用途：我国的水体用途一般可分为自然保护区、饮用水源地、渔业、工业和农业五大类；

b.对照国家标准《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中的I、II、III、IV和V类水标准，这五类水分别对应于步骤a中的五类水用途；确定湖泊水体水质管理目标。