一种水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法

摘要

一种流域水环境承载力预警指标的阈值及分级标准确定方法，包括以下步骤：(1)构建流域水环境承载力预警指标体系；(2)根据预警指标的历史数据集获取分布函数，结合控制图方法划分控制界限；(3)收集确定国际、国内及流域地方标准规划等预警指标限值；(4)建立综合统计分析控制图方法及标准规范相结合的指标阈值与分级标准；据此进行流域水环境承载力预警指标阈值区间确定及预警等级划分。本发明以定量与定性相结合的原则，构建了一套具有普适性、可在不同行业运用的指标阈值及分级标准确定方法。

说明书

技术领域

本发明属于数据处理技术领域和指标分析技术领域，具体涉及一种水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法。

背景技术

随着经济的发展，数据分析和数据处理等数理统计技术已逐步应用于各行各业。数据量大与指标数据性质不同等问题，都可以利用数理统计分析的方法进行处理。

我国是一个水资源分布不均且水资源量严重短缺的国家，同时水体受污染的情况也很突出，使得流域的发展与自然生态的矛盾日益突出。尤其是流域的水环境承载状态与社会经济发展和自然环境都有密切联系。对于流域能够承载的最大水资源开发利用程度、最大污染负荷等，是评价一个地区水环境承载力的关键指标。而要评估流域当前以及未来的人口、经济以及污染物排放等指标状态是否恰当，则需要对水环境承载力进行准确的监测预警。但是现有技术中缺乏利用数据分析与流域发展规划相结合的方法来实现预警指标阈值确定的方式。

发明内容

本发明的目是提供一种水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法，能够通过数理统计分析与当地标准规范相结合的方式更为准确的对各项指标的阈值区间进行划定，以使研究结果更为精准。

为实现上述目的，本发明提供的水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法，具体包括：

(1)构建流域水环境承载力预警指标体系

从流域水环境功能和区域发展的角度出发，构建多目标多层次的流域水环境承载力预警指标体系；

(2)根据预警指标的历史数据集获取分布函数，结合控制图方法划分控制界限；

根据预警指标的历史数据集进行统计分析，确定历史数据集所属的概率分布并进行函数拟合，结合控制图方法划分预警指标均值与上下控制界限；

(3)收集确定国际、国内及流域地方标准、规划的预警指标限值；

根据国际、国内公认的一些指标值，同时结合流域当地标准与发展规划的目标值，确定预警指标的限值；

(4)建立综合统计分析方法及标准规范相结合的指标阈值区间划定标准；

结合步骤(2)所述的统计分析方法与步骤(3)所述的标准规划方法，从定量和定性的角度建立预警指标阈值及分级标准。

所述的方法，其中，所述预警指标体系中的预警指标是选取结合流域水环境功能要求和流域区域经济社会发展规划等方面的影响，综合选取包含人口经济、水资源、水环境与水生态四部分的指标，构建流域水环境承载力预警指标体系。

所述的方法，其中，所述统计分析结合控制图方法划分预警指标均值与上下控制界限，是根据指标历史数据集进行统计分析。

所述的方法，其中，所述统计分析为根据历史数据集进行曲线拟合，得到相应的分布函数，根据分布函数进行短期预测，结合历史数据和预测数据，采用控制图方法划分上下控制界限。

所述的方法，其中，所述控制图方法划分上下控制界限时根据样本的均值μ和标准差σ两个参数来决定，指标值应以99.73％的概率落在μ±3σ范围之内，以此作为指标上下控制限。

所述的方法，其中，所述标准规划确定指标限值，该方法为根据国际、国内公认的一些指标值，同时结合流域当地标准与发展规划的目标值，确定预警指标的基准限值。

所述的方法，其中，所述指标阈值区间划定标准中，是结合数理统计和标准规划的结果综合分析，以取得准确可靠的指标阈值。

本发明能够通过数据分析与区域发展规划相结合的方法来实现预警指标阈值确定，以使阈值确定的结果更为精准。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法流程图。

具体实施方式

针对当前指标阈值多依靠文献总结、专家经验打分等方法确定的不足，本发明提出了一种水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法，能够通过数理统计分析与当地标准规范相结合的方式更为准确的对各项指标的阈值区间进行划定，以使研究结果更为精准。

本发明提供的水环境承载力预警指标阈值及分级标准确定方法，包括：

流域水环境承载力预警指标体系构建步骤：从流域水环境功能和区域发展的角度出发进行指标的筛选，构建多目标多层次的流域水环境承载力预警指标体系。

数理统计方法控制上下限确定步骤：根据收集的各项指标历史数据集进行统计分析，经曲线拟合后得到相应的分布函数，利用分布函数进行短期预测，结合历史数据和预测数据采用控制图法，依据3σ原理，指标均值以99.73％的概率落在3倍标准差的范围之内，以此作为指标控制上下限；

标准规划指标限值确定步骤：根据筛选的各项指标，查找国际、国内公认的一些基准值，同时结合流域当地制定的标准与发展规划的目标值，确定预警指标的目标限值。

指标阈值确定步骤：结合数理统计确定控制界限和标准规划确定指标限值的结果，从定量和定性两方面综合分析，以取得准确可靠的指标阈值确定方法；

其中所述流域水环境承载力预警指标体系构建步骤中，多目标多层次的流域水环境承载力预警指标体系包含人口经济、水资源、水环境与水生态等方面。

其中所述阈值包括上下限阈值，当指标数值低于阈值下限时，则流域水环境承载力状态极差；当指标数值高于阈值上限时，则流域水环境承载力状态较好；同时也可以根据实际研究情况，划分不同等级，确定水环境承载力分级标准。

对阈值区间进行细化，划定不同承载级别，以准确确定水环境承载力状态的变化情况。

以下结合附图和一个优选实施例进行描述，本发明的技术方案及其技术效果将变得更加清楚，且更加易于理解。

在流域水环境承载力预警评估时，本发明实施例中是以人口经济、水资源、水环境、水生态为主体要素。综合考虑人口经济、水环境、水资源、水生态对流域水环境承载力的影响。

(1)人口经济

人口与经济发展情况间接反映了人类活动与自然环境的协调程度，包括人口发展规划、土地利用情况与产业结构等各项发展规划都应与区域的水环境承载力为参考和依据。

(2)水资源

流域水资源量是衡量人类社会与自然平衡的纽带，具有蓄洪滞沥、水土保持和生态涵养等重要功能，因此水资源承载状态评价是人类活动和经济社会发展对流域水资源利用程度的表征。

(3)水环境

流域水环境承载能力评价是从水环境污染现状和剩余环境容量的角度来考虑人类活动和经济社会发展对流域整体的环境影响程度。

(4)水生态

流域水生态系统包括水源涵养、水土保持、生物多样性保护和洪水调蓄等重要的生态功能，而当地社会的可持续发展必须建立在生态系统不被破坏、生态功能不降低的基础之上。因此在对流域水环境承载力预警评估中，应将人口经济、水资源、水环境与水生态结合起来进行研究，综合考虑各方面对承载力的影响，确定关键预警指标。

在确定了用于评价流域水环境承载力的主要因素，构建流域水环境承载力预警指标体系之后，需要进一步确定各项预警指标的阈值区间。

其中流域水环境承载力预警指标的阈值区间采用以下方式确定：

数理统计方法控制界限确定：根据收集选取的各项指标历史数据集进行统计分析处理，经曲线拟合后得到相应的分布函数，利用分布函数进行短期预测，结合历史数据和预测数据采用控制图法，假定指标均值以99.73％的概率落在3倍标准差的范围之内，以此作为指标控制界限，若均值落在±3倍标准差的范围之外，则认为超出了控制界限；

标准规划指标限值确定：根据筛选的各项指标，查找国际、国内公认的一些基准值，同时结合流域当地制定的标准，相关发展规划中的现状、近期及远期规划值，综合确定预警指标的目标限值。

指标阈值确定步骤：结合数理统计控制图法确定控制界限和标准规划等确定指标的目标限值的结果，从定量和定性两方面综合分析，以取得准确可靠的指标阈值确定方法。

其中所述阈值包括上下限阈值，当指标数值低于阈值下限时，则流域水环境承载力状态较差；当指标数值高于阈值上限时，则流域水环境承载力状态较好；具体阈值区间划分可以根据以上基本思路，结合研究区域情况，对阈值区间进行细化，划定不同数量的级别。

实施例：研究区为某湖泊及周边区域

请结合图1。

首先从流域水环境功能和区域发展的角度出发，对研究区的人口经济、水资源、水环境与水生态现状等信息进行收集，选取包含人口经济、水资源、水环境与生态四个子系统的12项预警指标，构建多层次水环境承载力预警指标体系如表1所示。

表1：水环境承载力预警指标体系

收集12项预警指标2012-2017年的历史数据，并根据历史数据集进行统计分析，确定历史数据集所属的概率分布并进行函数拟合，结合控制图方法划分预警指标均值与上下控制限；根据国际、国内公认的一些指标值，同时结合流域当地标准与发展规划的目标值，确定预警指标的限值；最后综合统计分析控制图结果及流域标准规范限值确定指标阈值区间。分别以四个子系统每两个指标为例，如表2所示。

表2：水环境承载力指标阈值确定方法

采用五级区间确定研究流域水环境承载力评价指标分级标准，从低到高依次分为五个级别，建立综合统计分析控制图法与流域标准规划相结合的分级标准确定方法，如表3所示；

表3：水环境承载力预警指标分级标准

对于所属技术领域的技术人员而言，随着技术的发展，本发明构思可以不同方式实现。本发明的实施方式并不受于以上描述的实施例的限制，同时可在权利要求的范围内进行变化。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。