[发明专利]基于Copula函数的流域氮代谢环境风险评价方法

说明书

本发明公开了基于Copula函数的流域氮代谢环境风险评价方法，包括：建立流域氮代谢网络模型，计算氮物质流；拟合大气氮排放量、地表水氮负荷量以及土壤氮积累量的边缘分布函数；构造大气氮排放量、地表水氮负荷量以及土壤氮积累量的三元联合分布函数；根据三元联合分布函数计算多元联合分布函数值，进行环境风险评价；利用主成分分析法识别氮代谢环境风险的关键影响因素；利用通径分析法获得氮代谢环境风险各影响因素之间的相互作用关系。本发明依据多元联合分布函数值实现了流域内氮代谢环境风险的评价与分级；识别了氮代谢环境风险的关键影响因素，探寻了各影响因素之间的相互作用关系，揭示了流域氮代谢环境风险源的形成机制。

技术领域

本发明属于环境风险控制领域，具体涉及基于Copula函数的流域氮代谢环境风险评价方法。

背景技术

非点源污染具有分散性、不确定性和复杂性的特征，为有效解决流域非点源氮污染问题，对氮代谢环境风险进行评价是十分有必要的。

目前，对氮代谢环境风险评价的研究主要是在氮污染源流失负荷的基础上进行的，评价方法有多因子综合评价法、氮指数法、分布式面源污染模型评价法等，但是这些方法较少考虑氮代谢综合环境风险以及环境风险评价结果的不确定性。

氮代谢的最终环境归宿包括排入大气、排入地表水体以及在土壤中积累，这三个过程本身具有随机性，可能同时发生并且相互联系。排入大气的氮会增加温室气体的含量；排入地表水体的氮会引起富营养化；积累在土壤中的氮会在淋洗作用下进入水体或者通过反硝化、氨挥发过程产生温室气体排入大气。因此，氮代谢环境风险评价应综合考虑排入大气、排入地表水体，以及在土壤中积累这三个随机过程。

发明内容

本发明的目的是提供基于Copula函数的流域氮代谢环境风险评价方法，解决现有方法中较少考虑氮代谢综合环境风险以及环境风险评价结果不确定性的问题。

本发明的技术方案是基于Copula函数的流域氮代谢环境风险评价方法，包括以下步骤：

步骤1：建立流域氮代谢网络模型，计算氮物质流；

步骤2：拟合大气氮排放量、地表水氮负荷量以及土壤氮积累量的边缘分布函数；

步骤3：根据步骤2的边缘分布函数，构造大气氮排放量、地表水氮负荷量以及土壤氮积累量的三元联合分布函数；

步骤4：根据步骤3的三元联合分布函数，采用环境风险源危险度评价模型，进行环境风险评价；

步骤5：利用主成分分析法识别氮代谢环境风险的关键影响因素；

步骤6：利用通径分析法获得氮代谢环境风险各影响因素之间的相互作用关系。

步骤1中，选取的氮密切相关的生产系统和生活系统的节点包括：居民生活、农作物种植、蔬菜种植、干鲜果种植、生猪养殖、牛羊养殖、家禽养殖、水产养殖、工业；根据氮在各个节点的输入、消费、回收以及排放过程，建立流域氮代谢网络模型，将降水、灌溉、渗漏、排污等与氮排放到自然水体相关的过程纳入氮代谢网络模型，不考虑氮在土壤中淋溶过程，只考虑氮排放入大气和流域地表水体以及在土壤中积累的过程。

所述步骤2采用蒙特卡洛方法，拟合大气氮排放量的边缘分布函数的过程具体包括：

(1)据流域氮代谢网络模型，建立大气氮排放与其影响因素之间的函数关系式B1，

(2)根据文献数据和专家咨询，确定每个影响因素的概率密度函数和累积概率函数；

(3)利用随机数发生器对每个影响因素产生均匀分布的随机数并带入函数关系式B1得到大气氮排放值；

(4)根据每次得到的大气氮排放值，做频率直方图，计算统计特征量并拟合概率分布。