一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境、管理領(lǐng)域的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，普遍適用于湖泊水華問題的管理和決 策方面，特別是快速識(shí)別和量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響。 技術(shù)背景
[0002] 在自然狀態(tài)下，湖泊自身發(fā)生、發(fā)展、衰老和消亡的必然過(guò)程是極為緩慢的，但城 市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，在人類活動(dòng)的影響下，這種演化過(guò)程大大加快，由湖泊水華引發(fā) 的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，已然成為世界性水污染治理的難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約有75%以上的封 閉型水體存在富營(yíng)養(yǎng)化問題。為了有效地預(yù)防、治理湖泊水華，湖泊水華的定量化研宄有著 重要意義。其中，量化方法的選擇和使用是必不可少和極為重要的。
[0003] 綜觀國(guó)內(nèi)外對(duì)湖泊水華的量化方法研宄，自從Vollenweider提出第一個(gè)描述湖 泊水華過(guò)程的模型至今，這類模型已有50多年的研宄歷史，按其復(fù)雜程度可分為以下幾 類：簡(jiǎn)單的回歸模型，簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)物平衡模型，復(fù)雜的水質(zhì)、生態(tài)、水動(dòng)力及其綜合模型和復(fù) 雜的生態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。然而，大多學(xué)者側(cè)重水華形成機(jī)理及其評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)模型的研宄， 模型包含的參數(shù)較多，形式復(fù)雜，且較少涉及研宄人為活動(dòng)對(duì)其的影響。自然環(huán)境因素對(duì)湖 泊水華的影響固然重要，但隨著人類活動(dòng)的加劇，明確人為活動(dòng)與湖泊水華的輸入響應(yīng)關(guān) 系并加以約束和管理，對(duì)預(yù)防、治理水華有著重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，形式簡(jiǎn)單而實(shí)用的量 化模型因具有可操作性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，更容易為管理和決策者所接受。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的為提供一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法，該 方法基于多元線性回歸方法，并結(jié)合湖泊水華程度的背景值快速量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華 的影響程度，有助于管理者和決策者明確治理方向，并啟發(fā)其從控制人為活動(dòng)的角度來(lái)預(yù) 防、治理湖泊水華。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 通過(guò)多元線性回歸的方法構(gòu)建表征湖泊水華的數(shù)學(xué)模型：
[0007] (1)通過(guò)因子分析的方法，確定表征湖泊水華回歸方程中的解釋變量和被解釋變 量；
[0008] (2)考慮各種模型的形式，精確度和可操作性確定回歸模型；
[0009] (3)通過(guò)試驗(yàn)并結(jié)合變量及參數(shù)的物理意義建立回歸方程；
[0010] ⑷對(duì)回歸方程進(jìn)行各種檢驗(yàn)。
[0011] 再根據(jù)所得表征湖泊水華的數(shù)學(xué)模型計(jì)算自然因素與人為活動(dòng)共同影響下的湖 泊水華表征值，與湖泊水華在在自然條件下的背景值相比較，即可量化人類活動(dòng)對(duì)湖泊水 華的影響程度。
[0012] 與現(xiàn)有的技術(shù)和方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] (1)突出人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響：湖泊水華是人為活動(dòng)與自然因素共同作用 的結(jié)果，但自然影響不可或難以控制，而人為影響則不然，本發(fā)明通過(guò)量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊 水華的影響給管理者和決策者以啟發(fā)，為湖泊水華的治理提供了新的思路。
[0014] (2)快速：本發(fā)明原理清晰明了，采用簡(jiǎn)明的模型形式，在可靠的數(shù)據(jù)支持下可以 很容易的進(jìn)行量化分析，可以節(jié)約時(shí)間，達(dá)到快速識(shí)別的目的，為湖泊治理和環(huán)境管理提供 科學(xué)高效的決策支持。
[0015] (3)形式簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)：本發(fā)明選擇簡(jiǎn)單的多元線性回歸模型，以環(huán)境規(guī)劃與 決策為目的，在滿足其精度的基礎(chǔ)上，形式簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 1?建立多元線性回歸模型
[0017] 多元線性回歸模型是指含有多個(gè)解釋變量的線性回歸模型，用于解釋被解釋變量 與其他多個(gè)解釋變量之間的線性關(guān)系。多元回歸分析的數(shù)學(xué)模型為：
[0018]ya=e+ |3 〇+|3J1+|3 2x2+…+ |3pxp (1)
[0019] 式中，e為隨機(jī)誤差；ya為被解釋變量，這里即自然因素與人為活動(dòng)共同影響下湖 泊水華的表征指標(biāo)；P為解釋變量的數(shù)量；X1,X2，…，Xp為解釋變量，這里即湖泊水華的影 響因子J1, 02，…，0P為偏回歸系數(shù)。
[0020] 上式表明被解釋變量y的變化可能由兩部分組成：第一，由p個(gè)解釋變量X引起被 解釋變量y的線性變化部分，即y=fVeA+e士+…+epXp;第二，由其他隨機(jī)因素引起 y的變化部分，即e。
[0021] 通過(guò)因子分析的方法，確定表征湖泊水華回歸方程中的解釋變量和被解釋變量； 考慮各種模型的形式，精確度和可操作性確定回歸模型；通過(guò)試驗(yàn)并結(jié)合變量及參數(shù)的物 理意義建立回歸方程；對(duì)回歸方程進(jìn)行各種檢驗(yàn)。
[0022] 2.前后對(duì)比法定量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響
[0023] 為了表征人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度，本發(fā)明的思路是設(shè)定一個(gè)時(shí)間的湖泊 各項(xiàng)指標(biāo)作為基礎(chǔ)，也就是說(shuō)將此時(shí)的各類指標(biāo)代入模型得到作為不受人為活動(dòng)干擾的湖 泊葉綠素a含量；再以現(xiàn)在的各項(xiàng)指標(biāo)代入，得到在人為活動(dòng)和自然環(huán)境共同作用下的湖 泊水華表征值；進(jìn)而，計(jì)算出人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度。在此，將這種方法命名為前 后對(duì)比法。前后對(duì)比法的表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法，其特點(diǎn)在于：通過(guò)多元回歸模 型量化自然因素與人為活動(dòng)共同影響下的湖泊水華程度；再通過(guò)前后對(duì)比的方法，在確定 的背景條件下，量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度。
2. 根據(jù)1所述的一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法，其特征在于：快 速建立多元線性回歸模型，多元線性回歸模型是指含有多個(gè)解釋變量的線性回歸模型，用 于解釋被解釋變量與其他多個(gè)解釋變量之間的線性關(guān)系，多元回歸分析的數(shù)學(xué)模型為： ya=e+0 〇+01又1+0 2& +…+ 0pXp 式中，y。為被解釋變量，該里指湖泊水華的表征指標(biāo)；P為湖泊水華影響因子的數(shù)量；Xl，x2，…，Xp為解釋變量，該里指湖泊水華的影響因子；e為隨機(jī)誤差；el，P2，…，ep為 偏回歸系數(shù)。
3. 根據(jù)1所述的一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法，其特征在于：用 前后對(duì)比法定量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度，前后對(duì)比法的表達(dá)式為：
式中，P為人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度；y。為自然因素與人為活動(dòng)共同影響下的湖 泊水華表征值；Yb為湖泊在自然條件下的水華背景值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)境、管理領(lǐng)域一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法，普遍適用于湖泊水華問題的管理和決策方面，特別是快速識(shí)別和量化人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響。針對(duì)當(dāng)前人為活動(dòng)對(duì)湖泊尤其是位于城市中或近郊的湖泊影響嚴(yán)重，而湖泊水華的量化方法研究多側(cè)重水華形成機(jī)理及其評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)模型的研究，模型包含的參數(shù)較多，形式復(fù)雜，且較少涉及人為活動(dòng)對(duì)其影響的不足，本發(fā)明提出一種快速識(shí)別人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華影響的定量方法。本方法基于多元線性回歸的方法量化湖泊水華程度，并通過(guò)背景值比較量化出人為活動(dòng)對(duì)湖泊水華的影響程度。結(jié)果可以為管理者和決策者提供明確的治理方向，并啟發(fā)管理者和決策者從控制人為活動(dòng)的角度來(lái)預(yù)防、治理湖泊水華。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104794346
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510192071
【發(fā)明人】李洋旸, 王烜, 曾勇, 楊志峰, 李春暉, 蔡宴朋
【申請(qǐng)人】北京師范大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日