[發明專利]基于Copula函數的流域氮代謝環境風險評價方法

有效

• 申請號: 202011120385.7
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112232680B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 徐文;李虎;朱士江
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了基于Copula函數的流域氮代謝環境風險評價方法，包括：建立流域氮代謝網絡模型，計算氮物質流；擬合大氣氮排放量、地表水氮負荷量以及土壤氮積累量的邊緣分布函數；構造大氣氮排放量、地表水氮負荷量以及土壤氮積累量的三元聯合分布函數；根據三元聯合分布函數計算多元聯合分布函數值，進行環境風險評價；利用主成分分析法識別氮代謝環境風險的關鍵影響因素；利用通徑分析法獲得氮代謝環境風險各影響因素之間的相互作用關系。本發明依據多元聯合分布函數值實現了流域內氮代謝環境風險的評價與分級；識別了氮代謝環境風險的關鍵影響因素，探尋了各影響因素之間的相互作用關系，揭示了流域氮代謝環境風險源的形成機制。

技術領域

本發明屬于環境風險控制領域，具體涉及基于Copula函數的流域氮代謝環境風險評價方法。

背景技術

非點源污染具有分散性、不確定性和復雜性的特征，為有效解決流域非點源氮污染問題，對氮代謝環境風險進行評價是十分有必要的。

目前，對氮代謝環境風險評價的研究主要是在氮污染源流失負荷的基礎上進行的，評價方法有多因子綜合評價法、氮指數法、分布式面源污染模型評價法等，但是這些方法較少考慮氮代謝綜合環境風險以及環境風險評價結果的不確定性。

氮代謝的最終環境歸宿包括排入大氣、排入地表水體以及在土壤中積累，這三個過程本身具有隨機性，可能同時發生并且相互聯系。排入大氣的氮會增加溫室氣體的含量；排入地表水體的氮會引起富營養化；積累在土壤中的氮會在淋洗作用下進入水體或者通過反硝化、氨揮發過程產生溫室氣體排入大氣。因此，氮代謝環境風險評價應綜合考慮排入大氣、排入地表水體，以及在土壤中積累這三個隨機過程。

發明內容

本發明的目的是提供基于Copula函數的流域氮代謝環境風險評價方法，解決現有方法中較少考慮氮代謝綜合環境風險以及環境風險評價結果不確定性的問題。

本發明的技術方案是基于Copula函數的流域氮代謝環境風險評價方法，包括以下步驟：

步驟1：建立流域氮代謝網絡模型，計算氮物質流；

步驟2：擬合大氣氮排放量、地表水氮負荷量以及土壤氮積累量的邊緣分布函數；

步驟3：根據步驟2的邊緣分布函數，構造大氣氮排放量、地表水氮負荷量以及土壤氮積累量的三元聯合分布函數；

步驟4：根據步驟3的三元聯合分布函數，采用環境風險源危險度評價模型，進行環境風險評價；

步驟5：利用主成分分析法識別氮代謝環境風險的關鍵影響因素；

步驟6：利用通徑分析法獲得氮代謝環境風險各影響因素之間的相互作用關系。

步驟1中，選取的氮密切相關的生產系統和生活系統的節點包括：居民生活、農作物種植、蔬菜種植、干鮮果種植、生豬養殖、牛羊養殖、家禽養殖、水產養殖、工業；根據氮在各個節點的輸入、消費、回收以及排放過程，建立流域氮代謝網絡模型，將降水、灌溉、滲漏、排污等與氮排放到自然水體相關的過程納入氮代謝網絡模型，不考慮氮在土壤中淋溶過程，只考慮氮排放入大氣和流域地表水體以及在土壤中積累的過程。

所述步驟2采用蒙特卡洛方法，擬合大氣氮排放量的邊緣分布函數的過程具體包括：

(1)據流域氮代謝網絡模型，建立大氣氮排放與其影響因素之間的函數關系式B1，

(2)根據文獻數據和專家咨詢，確定每個影響因素的概率密度函數和累積概率函數；

(3)利用隨機數發生器對每個影響因素產生均勻分布的隨機數并帶入函數關系式B1得到大氣氮排放值；

(4)根據每次得到的大氣氮排放值，做頻率直方圖，計算統計特征量并擬合概率分布。