[发明专利]一种流域径流溯源解析的方法及系统

说明书

本发明公开了一种流域径流溯源解析的方法及系统，属于流域尺度水文过程研究领域。所述方法包括获取待解析流域径流及其各潜在端元水体的示踪剂数据；根据所述获取的数据构建径流水体示踪剂数据矩阵；根据所述示踪剂数据矩阵，初步确定径流潜在端元数量，并选取出适用于该流域径流溯源的保守性示踪剂；根据对保守性示踪剂数据进行的诊断分析，确定该流域径流主要端元，并计算各主要端元的贡献比例；根据各主要端元的贡献比例以及实测的各主要端元的保守性示踪剂浓度，反演流域径流的保守性示踪剂浓度。所述系统包括数据获取单元、矩阵构建单元、初选单元、第一计算单元和第二计算单元。利用本发明能够对流域径流进行更为有效的溯源解析。

技术领域

本发明属于流域尺度水文过程研究领域，具体涉及一种流域径流溯源解析的方法及系统。

背景技术

随着对流域尺度水文过程研究的不断深入，流域径流溯源解析作为理解水文过程的重点，可为揭示流域水文循环特征、化学物质的迁移、归宿与污染负荷提供基本的水分运移机理认识，为水资源管理和水污染控制提供理论指导。基于地球化学离子示踪剂的混合模型被广泛应用于流域径流水源解析和水流路径的探索，由于多数选用的示踪剂是水体自身携带的且具有保守性，因而能较好将具有不同组分的水体区分开来。不同来源的水体混合时，物质组分遵循质量守恒定律，然而由于混合模型获得的结果经常没有实际物理意义而存在各种争议，而且示踪剂的选择多数基于人为主观判断。另外，不同示踪剂组合的端元模型可能导致径流溯源结果的很大差异。更重要的是，径流中的化学离子可能是由具有很长滞留时间的地下水中的离子演化而来，而不是人们通常认为的是由来自不同水文单元的多个水体中的离子物理混合。因此，利用现有技术对流域径流溯源解析时，并不能得到较为理想的结果，需要进一步的改进优化，更加客观的反映实际。

发明内容

技术问题：针对上述的问题，本发明提供一种流域径流溯源解析的方法及系统，保守示踪剂的筛选及端元数量的确定更加客观，避免人为主观经验判断带来的差异，同时避免了不同示踪剂组合的端元模型可能导致径流溯源结果的差异，从而对流域径流进行更有效的溯源解析。

技术方案：一方面，本发明提供一种流域径流溯源解析的方法，获取待解析流域径流及各潜在端元水体的示踪剂数据；

根据所述获取的数据构建径流水体示踪剂数据矩阵；

根据所述示踪剂数据矩阵，初步确定潜在的端元数量，并选取出适用于该流域径流溯源的保守性示踪剂；

根据对保守性示踪剂的数据进行诊断分析，确定该流域径流主要端元，并计算各主要端元的贡献比例；

根据各主要端元的贡献比例以及实测的各主要端元的保守性示踪剂浓度，反演流域径流的保守性示踪剂浓度。

进一步地，根据所述径流水体示踪剂数据矩阵，初步确定潜在端元数量，并选取出适用于该流域径流溯源的保守性示踪剂包括：

对示踪剂数据矩阵进行主成分分析，得到特征向量、特征值和累计贡献率；

根据所述特征值和累计贡献率，确定潜在的端元数量；

根据所述特征向量，选取出适用于该流域径流溯源的保守性示踪剂。

进一步地，根据所述特征值和累计贡献率，确定潜在的端元数量包括：

根据累计贡献率越接近1越好的法则，若原变量有n个，则新变量必须至少解释1/n方差，从而确定需保留的主成分个数，若需保留m个主成分，则可确定有m+1个端元。

进一步地，根据所述特征向量，选取出适用于该流域径流溯源的保守性示踪剂包括：

对流域径流水体中各示踪剂的实测值进行映射，所述映射公式为：其中，X^*代表流域径流各示踪剂数据标准化后的矩阵，V₁表示前m个特征向量组成的相关矩阵；