一種快速識別人為活動對湖泊水華影響的定量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境、管理領域的統計學方法，普遍適用于湖泊水華問題的管理和決 策方面，特別是快速識別和量化人為活動對湖泊水華影響。 技術背景
[0002] 在自然狀態下，湖泊自身發生、發展、衰老和消亡的必然過程是極為緩慢的，但城 市化和工業化進程的加快，在人類活動的影響下，這種演化過程大大加快，由湖泊水華引發 的環境問題日益嚴重，已然成為世界性水污染治理的難題。據統計，全球約有75%以上的封 閉型水體存在富營養化問題。為了有效地預防、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] 綜觀國內外對湖泊水華的量化方法研宄，自從Vollenweider提出第一個描述湖 泊水華過程的模型至今，這類模型已有50多年的研宄歷史，按其復雜程度可分為以下幾 類：簡單的回歸模型，簡單的營養物平衡模型，復雜的水質、生態、水動力及其綜合模型和復 雜的生態結構動力學模型。然而，大多學者側重水華形成機理及其評價、預測模型的研宄， 模型包含的參數較多，形式復雜，且較少涉及研宄人為活動對其的影響。自然環境因素對湖 泊水華的影響固然重要，但隨著人類活動的加劇，明確人為活動與湖泊水華的輸入響應關 系并加以約束和管理，對預防、治理水華有著重要的指導意義。同時，形式簡單而實用的量 化模型因具有可操作性較強的優勢，更容易為管理和決策者所接受。
【發明內容】
[0004] 本發明的主要目的為提供一種快速識別人為活動對湖泊水華影響的定量方法，該 方法基于多元線性回歸方法，并結合湖泊水華程度的背景值快速量化人為活動對湖泊水華 的影響程度，有助于管理者和決策者明確治理方向，并啟發其從控制人為活動的角度來預 防、治理湖泊水華。
[0005] 本發明的技術方案如下：
[0006] 通過多元線性回歸的方法構建表征湖泊水華的數學模型：
[0007] (1)通過因子分析的方法，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)通過試驗并結合變量及參數的物理意義建立回歸方程；
[0010] ⑷對回歸方程進行各種檢驗。
[0011] 再根據所得表征湖泊水華的數學模型計算自然因素與人為活動共同影響下的湖 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，即可量化人類活動對湖泊水 華的影響程度。
[0012] 與現有的技術和方法相比，本發明具有以下優點：
[0013] (1)突出人為活動對湖泊水華的影響：湖泊水華是人為活動與自然因素共同作用 的結果，但自然影響不可或難以控制，而人為影響則不然，本發明通過量化人為活動對湖泊 水華的影響給管理者和決策者以啟發，為湖泊水華的治理提供了新的思路。
[0014] (2)快速：本發明原理清晰明了，采用簡明的模型形式，在可靠的數據支持下可以 很容易的進行量化分析，可以節約時間，達到快速識別的目的，為湖泊治理和環境管理提供 科學高效的決策支持。
[0015] (3)形式簡單，可操作性強：本發明選擇簡單的多元線性回歸模型，以環境規劃與 決策為目的，在滿足其精度的基礎上，形式簡單，應用方便。
【具體實施方式】
[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 與其他多個解釋變量之間的線性關系。多元回歸分析的數學模型為：
[0018]ya=e+ |3 〇+|3J1+|3 2x2+…+ |3pxp (1)
[0019] 式中，e為隨機誤差；ya為被解釋變量，這里即自然因素與人為活動共同影響下湖 泊水華的表征指標；P為解釋變量的數量；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。
[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，由其他隨機因素引起 y的變化部分，即e。
[0021] 通過因子分析的方法，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；通過試驗并結合變量及參數的物 理意義建立回歸方程；對回歸方程進行各種檢驗。
[0022] 2.前后對比法定量化人為活動對湖泊水華的影響
[0023] 為了表征人為活動對湖泊水華的影響程度，本發明的思路是設定一個時間的湖泊 各項指標作為基礎，也就是說將此時的各類指標代入模型得到作為不受人為活動干擾的湖 泊葉綠素a含量；再以現在的各項指標代入，得到在人為活動和自然環境共同作用下的湖 泊水華表征值；進而，計算出人為活動對湖泊水華的影響程度。在此，將這種方法命名為前 后對比法。前后對比法的表達式為：
【主權項】
1. 一種快速識別人為活動對湖泊水華影響的定量方法，其特點在于：通過多元回歸模 型量化自然因素與人為活動共同影響下的湖泊水華程度；再通過前后對比的方法，在確定 的背景條件下，量化人為活動對湖泊水華的影響程度。
2. 根據1所述的一種快速識別人為活動對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解釋變量之間的線性關系，多元回歸分析的數學模型為： 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；P為湖泊水華影響因子的數量；Xl，x2，…，Xp為解釋變量，該里指湖泊水華的影響因子；e為隨機誤差；el，P2，…，ep為 偏回歸系數。
3. 根據1所述的一種快速識別人為活動對湖泊水華影響的定量方法，其特征在于：用 前后對比法定量化人為活動對湖泊水華的影響程度，前后對比法的表達式為：
式中，P為人為活動對湖泊水華的影響程度；y。為自然因素與人為活動共同影響下的湖 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】本發明涉及環境、管理領域一種快速識別人為活動對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，特別是快速識別和量化人為活動對湖泊水華影響。針對當前人為活動對湖泊尤其是位于城市中或近郊的湖泊影響嚴重，而湖泊水華的量化方法研究多側重水華形成機理及其評價、預測模型的研究，模型包含的參數較多，形式復雜，且較少涉及人為活動對其影響的不足，本發明提出一種快速識別人為活動對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，并通過背景值比較量化出人為活動對湖泊水華的影響程度。結果可以為管理者和決策者提供明確的治理方向，并啟發管理者和決策者從控制人為活動的角度來預防、治理湖泊水華。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104794346
【申請號】CN201510192071
【發明人】李洋旸, 王烜, 曾勇, 楊志峰, 李春暉, 蔡宴朋
【申請人】北京師范大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月22日