[发明专利]分段回归突变点确定浅水湖泊水质管理目标方法

摘要

本发明公开了一种分段回归突变点确定浅水湖泊水质管理目标方法，包括以下步骤(1)搜集需要确定水质管理目标的浅水湖泊n组叶绿素a的浓度Zi，总磷浓度Xi以及总氮浓度Yi值，获得对应的值logZi、logXi及logYi；(2)初步确定总磷突变点；(3)精确确定总磷的突变点；(4)用总氮浓度代替总磷浓度，重复步骤(2)和(3)精确确定总氮的突变点；(5)确定浅水湖泊候选营养盐水质管理目标；(6)确定浅水湖泊水体用途所要求水质并与候选营养盐水质管理目标比较，最终确定具体湖泊营养盐水质管理目标。本发明完全利用了客观观测数据中自然展现的统计突变点，精确的确定水质等级区间，易于在各种受污染浅水湖泊水质管理目标的确定中推广使用。

主权项

一种分段回归突变点确定浅水湖泊水质管理目标方法，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浅水湖泊n组叶绿素a的浓度、总磷浓度以及总氮浓度，n为大于50的整数，Zi、Xi和Yi分别表示第i组叶绿素a的浓度、总磷浓度和总氮浓度的值，统一叶绿素a的浓度、总磷浓度和总氮浓度的单位；并将叶绿素a的浓度、总磷浓度以及总氮浓度分别取自然对数e为底的对数，获得对应的值logZi、logXi及logYi；(2)以叶绿素a的浓度对数值为因变量，以总磷浓度对数值为自变量做非参数回归，并初步确定总磷突变点；(3)以叶绿素a的浓度对数值为因变量，以总磷浓度对数值为自变量做分段线性回归，用步骤(2)中确定的总磷浓度突变点作为求解初始值，精确确定总磷突变点；(4)用总氮浓度代替总磷浓度，重复步骤(2)和(3)精确确定总氮的突变点；(5)根据总氮突变点和总磷突变点及湖泊所在区域的社会经济发展情况和国家水质标准，确定浅水湖泊候选营养盐水质管理目标；(6)确定浅水湖泊水体用途所要求水质并与候选营养盐水质管理目标比较，最终确定具体湖泊营养盐水质管理目标；所述步骤(2)具体包括以下步骤：a.根据湖泊总磷浓度和叶绿素a的浓度的观测值数据数量n，用h＝n‑1/5计算最佳带宽值h；b.在总磷浓度对数值的取值范围内均匀取1000个数值作为自变量logM的值logMp，即logM1、logM2、logM3...logM1000；c.从logM1开始计算得到所有满足条件logXi≤logM1+3h及logXi≥logM1‑3h的总磷对数值logXi，对每一个满足条件的logXi及logM1计算相应的核函数K(logXi‑logM1)，作为logXi在点logM1上的权重，不满足条件logXi≤logM1+3h及logXi≥logM1‑3h的logXi权重为0；其中：K(logXi-logM1)=12πhe-12h2(logXi-logM1)2]]>d.利用已有数值求解法，对logM1依次求解两组实数a(logM1)，b(logM1)；具体即要求a(logM1)，b(logM1)使下式最小，Σi=1n{logZi-a(logM1)-b(logM1)logXi}2K(logXi-logM1)]]>e.重复步骤c和d，依次将logM2、logM3...logM1000替换logM1计算出两组实数a(logMp)，b(logMp)；f.画出回归方程logZ＝a(logMp)+b(logMp)logM的曲线，其中logZ代表回归方程的因变量，logM是回归方程的自变量；再次注意a(logMp)，b(logMp)是回归方程的系数，是随着自变量logM的取值logMp的不同而不同的两组实数，观察方程logZ＝a(logMp)+b(logMp)logM的曲线中的转折点，并记录该变量的突变点logγ对应的值作为分段回归求解迭代的初始值，如有多个总磷突变点，取最小的总磷浓度突变点。