[發明專利]一種基于聯合概率分析的水庫供水安全風險評估方法

有效

• 申請號: 201611164199.7
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106777978B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張云龍;王烜;藏楠;梁培瑜;楊志峰
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于入庫流量和水質聯合概率分析的水庫供水安全風險評估方法。本發明涉及地表水環境風險評估研究領域。本發明包括以下步驟：(1)獲取入庫流量水質多年數據，判斷水質、水量變化趨勢，確定入庫主要污染物質及水量變化典型季節；(2)分別確定水質、水量的邊緣概率分布，并采用Frank Copula模型確定水質水量的聯合概率函數；(3)依據地表水質量標準及水庫供水量參數，對入庫各斷面水質、水量進行情景設置，利用聯合概率函數計算典型季節不利情景發生概率，實現對水庫供水安全的風險評估。本發明提出基于入庫流量和水質聯合概率分析方法，確定不利情景發生的概率，實現水庫供水安全的風險評估，為解決水庫供水安全問題提供科學依據。

技術領域

本發明涉及水庫供水安全風險評價研究領域，具體涉及一種基于入庫流量和水質聯合概率分析的水庫供水安全風險評估方法，為水庫的綜合治理提供科學依據。

背景技術

水庫作為具有供水、灌概等多種功能的水體，與人類生產與生活息息相關，長期以來水庫水質和水量變化趨勢和規律研究受到國內外學者的重視。由于水庫受人類活動影響較大，污染來源廣、途徑多、種類復雜，水庫的水質、水量狀況直接關系到整個城市的供水安全。水庫供水安全風險是指水庫水質、水量低于一定標準的概率。使用合理的水庫供水安全風險評估方法對城市供水安全有著極其重要的意義。

目前水庫供水安全風險評估主要是對水庫或入庫支流的水量或水質單一指標分別進行控制，沒有考慮水量、水質多變量共同作用對水庫供水安全的影響。如針對水量的供水安全評估，裴金萍和馬新萍^[1]采用Kendall秩相關系數、R/S方法分析了渭河干流中游的四季徑流變化趨勢；蘇賀等^[2]運用累計距平法和Mann-Kendall趨勢檢驗法分析1954年到2009年間溫家川水文站以上窟野河流域降雨與徑流的變化特征，并通過徑流與降雨趨勢變化的比較，推斷人類工程活動的影響是引發徑流趨勢變化的主要原因；Bae等^[3]利用Mann-Kendall趨勢檢驗法和回歸分析法探究韓國境內徑流與降雨在年尺度、季尺度與月尺度的趨勢變化規律，并以此為區域防洪防旱提供指導和建議。同樣針對水質供水安全的分析方法應用也十分普遍，如Boyacioglu^[4]基于包括硝態氮、硫酸鹽、Na⁺等水化學參數的多維數據資料，采用Mann-Kendall檢驗法和斜率估計法對土耳其Tahtali河流域的水質變化趨勢進行了分析；吳濤等^[5]采用Danid趨勢檢驗衡量黃河徐州市區段2004年到2008年其間水質污染變化趨勢的顯著性；李彥平等^[6]選取運城境內汾河和沫水河的3個重要斷面為研究區，以COD_Cr指標作為研究參數，運用Spearman秩相關系數法對其2002年到2008年的變化趨勢進行了定量分析，并據此對水環境質量的改善提出建議。綜上所述，目前水庫供水安全風險評估研究多是針對水量或水質單一指標分別進行控制，綜合考慮水量、水質多變量共同作用對水庫供水安全影響的研究較少。

目前基于多變量聯合分布的概率分析方法目前在多個領域已經得到應用。如陳子燊等^[7]構建了不同區域最高增水高度和相應風速之間聯合概率分布模型，用于海域歷年最高增水高度與相應風速的遭遇研究和臺風浪與風暴增水值的模擬，并以此用于指導海洋工程設計工作；在環境方面，Wang等^[8]對不同水質指標建立多維聯合概率分布，用以進行超標組合風險定量分析和相關性分析；張翔等^[9]對淮河水質與水量建立聯合概率分布，并應用于水量水質綜合管理之中。綜上所述，雖然多變量的聯合分布概率分析方法已經在多個領域得到應用并取得了較好的成果，但目前并沒有將其用于評估水庫的供水安全風險。

綜上所述，由于入庫支流的水量水質變化情況對水庫的供水安全至關重要，因此本專利以入庫支流作為研究對象。依據國內外研究現狀，同時考慮入庫河流流量與水質共同作用對水庫供水安全風險的影響。此外，如何在水庫供水安全目標下，給出入庫流量和水質的聯合概率分布區間，直接服務于區域水資源保護和管理決策，雖然是水資源和水環境科學管理的趨勢，但當前的研究還尚未涉及。