一种采用融合技术建立尼尔基水库水生态风险预警模型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尼尔基水库水生态风险预警模型的方法。
【背景技术】
[0002] 贝叶斯网络模型的功能是根据上游监测点位水质变化数据对下游断面的水质情 况进行预警，同时依据水质变化的预警结果结合评价指标体系对尼尔基水库的水生态风险 情况进行预警，从而实现预警功能，但是当下游断面水质产生变化时，仅能通过贝叶斯网络 模型推断出上游监测点位水质异常的概率，而由此得到的例如"控制排放"等方案必然是不 具体和不准确的。
[0003] 目前国内关于生态预警方面的研究还是主要存在于水环境生态安全预警方面，主 要是利用"状态一压力一响应"模型，建立环境生态安全评价指标体系。何焰采取综合指数 法结合其所建立起针对水环境生态安全评价比较有效的评价指标，在此分析的基础上，结 合定量的方法，对水环境生态安全的警情从横向和纵向方面的变化分布来进行判别。文俊 构建了关于水资源可持续利用的预警指标方法和体系，应用相关的数学方法进行建模，构 建水资源在区域范围内得以可持续利用的预警模型。此外，在对于生态预警的技术研究方 面，周晓惠等把对生态系统的技术监测引用到生态预警中，对生态系统监测对象进行分类、 构建指标体系、预测其发展趋势。刘普幸运用层次分析法对其构建的酒泉绿洲的生态环境 预警评价指标体系进行风险评估，对其生态环境状况做出了预警评价分析，并在此基础上 提出主要生态环境问题的防治措施。而且，针对于嫩江流域的水生态风险评估并没有一种 有效的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明在决策部分采用的是系统动力学模型，从控制反馈的角度出发，构建C0D、 氨氮、总磷、总氮、有毒物质5个水质指标的上游来水、支流汇入、沿江排污、非点源汇入成 因，以及其与嫩江县社会经济发展的联系。而提供了一种采用融合技术建立尼尔基水库水 生态风险预警模型的方法。
[0005] 本发明的一种采用融合技术建立尼尔基水库水生态风险预警模型的方法，它是 采用系统动力学决策模型进行风险预警决策定性分析，然后依据定性分析的结果，采用贝 叶斯网络模型进行风险预警决策定量分析，从而实现尼尔基水库的水生态风险预警与决 策；，其中所述的定性分析与定量分析均是针对尼尔基库末水质的4个空间因素的6个水 质指标进行分析，所述的4个空间因素为甘河-柳家屯、嫩江上游干流-石灰窑、嫩江上游 支流-嫩江浮桥和嫩江县；所述的6个水质指标为C0D、高锰酸钾指数、氨氮、总磷、B0D5和 重金属；
[0006] 具体操作如下：
[0007] -、依据沿江排污、非点源污染、上游来水与上游支流汇入和特征污染物为考察因 素构建系统动力学决策模型对嫩江示范区水生态进行定性分析；
[0008] 二、采用贝叶斯网络模型进行风险预警决策定量分析，从而实现尼尔基水库的水 生态风险预警与决策；
[0009] 其中，所述的沿江排污分为嫩江县污水处理厂的生活污水排放与嫩江县喇叭河排 污口的工业废水排放；
[0010] 所述的嫩江县污水处理厂的生活污水排放入河量的计算公式为：
[0011] PSLCODNJ = PSLCOD X PSLC0DCR
[0012] PSLCOD = UP X CODpUP X SPDR
[0013] 式中，PSLCODNJ为嫩江县生活污水排放入河COD量；
[0014] PSLC0DCR为生活点源COD排放入河系数；
[0015] CODpUP为每年单位非农业人口排放COD的量；
[0016] SPDR为嫩江县污水处理厂排放量占嫩江县排放总量的比例；
[0017] UP为嫩江县第t年的非农业人口数量；
[0018] PSLCOD为嫩江县生活点源COD排放入河COD量；
[0019] 所述的嫩江县喇叭河排污口的工业废水排放入河量的计算公式为：
[0020] PSICODNJ = PSI COD X PSICODCR
[0021] PSICOD = I⑶P X CODpI⑶P X ICODDR
[0022] 式中，PSIC0DNJ为嫩江喇叭河排污口 COD入河量；
[0023] PSICOD为嫩江县喇叭河排污口排放量；
[0024] PSIC0DCR为工业点源COD排放入河系数；
[0025] CODpI⑶P为万元工业增加值COD排放量；
[0026] I⑶P为嫩江县工业增加值量；
[0027] 所述的所述的非点源污染公式为：
[0028] NPSCODE = NPSCOD X NPSC0DC
[0029] NPSCOD = CODDL+CODFL+TreeL X CODpTc+GrassL X CODpGC+UncoverL X C0DpUCC+U rbanLXCODpUC
[0030] CODDL = DLA X CODpDLC+DLA X FUS X FUScr
[0031] CODFL = FLA X CODpFLC+FLA X FUS X FUScrF
[0032] 式中，NPSCODE为非点源COD排放入河量；NPSCOD为非点源COD产生了；NPSC0DC 为非点源污染排放入河系数；CODDL为旱田产生COD量；CODFL为水田产生COD量；TreeL为 研究区林地面积；CODpTC为林地COD输出系数；GrassL为研究区草地面积：CODpGC为草地 COD输出系数；UncoverL为研究区荒地面积；CODpUCC为荒地COD输出系数；UrbanL为研究 区建成区面积；⑶PpUC为建设用地COD输出系数；DLA为研究区旱田面积；CODpDLC为旱田 输出系数；FUS为研究区内单位耕地化肥施用量；FUScr为研究区旱田化肥效率；FLA为研 究区水田面积；CODpFLC为水田输出系数；FUScr为研究区水田化肥效率；
[0033] 所述的上游来水与上游支流汇入污染物含量计算公式如下：
[0040] 式中，CODPW为嫩江县排污口处的COD浓度；CODUT为上游来水浓度；QUT为上游 来水流量；PSLC0DNJ为嫩江县污水厂排污口排放浓度；NJLQ为嫩江县污水厂污水排放量； PSIC0DNJ为嫩江县喇叭河排污口排放浓度；NJIQ为嫩江县喇叭河排污口排放量；CODGH 为甘河汇入处的COD浓度；Kl为上游来水断面到排污口之间河段的COD降解系数；Ll为 上游来水断面到排污口之间河段的河长；Vl为上游来水断面到排污口之间河段的流速； C0DGHHUI为甘河汇入点处COD浓度；QUTT为上游来水汇合嫩江县排污污水量；CODLJT为甘 河COD浓度；QLJT为甘河流量；endPSCOD为尼尔基库末COD点源浓度；k2为甘河汇入点到 尼尔基库末之间河段的COD降解系数；12为甘河汇入点到尼尔基库末之间河段的河长；v2 为甘河汇入点到尼尔基库末之间河段的流速；
[0041] 所述的特征污染物模拟计算公式为：
[0042] NPCE = NPC X NPCC
[0043] NPC = DLA X CUS X CUSr+FLA X CUS X CUSrF
[0044] 式中，NPCE为特征污染物排放量；NPC为特征污染物产生量；NPCC为特征污染物排 放入河系数；⑶S为农药每亩农田的施用量；⑶Sr为旱田农药残留系数；⑶SrF为水田农药 残留系数。
[0045] 本发明包含以下有益效果：
[0046] 本发明是基于水利部948项目水生态风险监控系统技术引进（201416)内容完成 的。
[0047] 本发明建立尼尔基水库水生态风险预警决策模型，采用了系统动力学融合贝叶斯 网络模型技术，突出了预警决策研究中的定量化优势，实现尼尔基水库的水生态风险预警 与决策；并在对现状数据进行对比分析的基础上，验证了模型的准确性，通过对相关风险源 风险的预警研究与控制策略的决策研究，验证了模型的可用性。
[0048] 本发明利用建立好的尼尔基水库水生态风险评估指标体系，对尼尔基水库进行生 态风险评价，并利用系统动力学建立尼尔基水库上游嫩江县社会经济发展，与下游尼尔基 水库水生态风险之间的互动响应关系，最终以贝叶斯网络建立尼尔基水库的预警机制与理 论依据。
[0049] 从而丰富了国内外关于生态风险评价、研究与决策的研究领域，加快了生态风险 评价的实际工程应用，创新了水生态风险评价的方法，分析了水生态风险评价与尼尔基水 库水生态风险状况的关系，提出了针对嫩江流域典型区的水生态风险评价，为后续建立评 价-预警-决策平台提供理论依据与技术支持。
[0050] 本发明在构建了尼尔基水库水生态风险评价指标体系的基础上，考虑上游来水， 支流汇入（甘河）与社会经济发展等诸要素对尼尔基水库水生态风险的影响，采用Ithink 软件平台，构建了水库上游地区社会经济发展、上游支流汇入、湖库周边景观变化与水库的 水生态风险的互动相应关系的系统动力学模型。通过对系统动力学模型相关参数的设定， 模拟不同的治理方案降低水库生态风险的效果，对比出最优方案，实现方案决策。
【附图说明】
[0051] 图1为人口数量模型图；图2为嫩江县生活污水排放COD入河量图；图3为嫩江 县工业增加值模型图；图4为嫩江县工业污染源排放模型图；图5为非点源排放模型图；图 6为尼尔基水库库末水质模型图；图7为特征污染物排放量模型图；图8为贝叶斯预警模型 图；图9为COD贝叶斯网络模型图；图10为化学需氧量指标的贝叶斯网络模型图；图11为 氨氮指标的贝叶斯网络模型图；图12为总磷指标的贝叶斯网络模型图；图13为尼尔基库 末COD浓度模拟结果图；图14为人口增长方案下嫩江排污口处COD浓度图；图15为工业 增加值增长方案下排污口处COD浓度图；图16为水田面积增长方案下入库断面COD浓度值 图；图17为控制生活源COD排放策略排污口 COD浓度模拟结果图；图18为控制工业源COD 排放策略下尼尔基水库库末COD浓度模拟结果图；图19为控制上游来水策略下上游来水 COD浓度模拟结果图；图20为控制直流汇入策略下柳家屯断面COD浓度模拟结果图；图21 为调整土地利用策略下尼尔基水库库末COD浓度模拟结果图；图22为限制水田面积策略下 尼尔基水库氨氮浓度模拟结果图；图23为限制水田策略下尼尔基水库总磷模拟结果图。
【具体实施方式】
[0052] 本
【发明内容】
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个【具体实施方式】的组 合同样也可以实现发明的目的。
[0053] 为了更详尽地说明本发明的技术方案，本发明给出了如下实施例：
[0054] 1、水生态风险预警-决策研究
[0055] 1. 1、模型建立
[0056] (一）基于系统动力学的社会经济发展与水环境关系模型
[0057] 贝叶斯网络模型的功能是根据上游监测点位水质变化数据对下游断面的水质情 况进行预警，同时依据水质变化的预警结果结合评价指标体系对尼尔基水库的水生态风险 情况进行预警，从而实现预警功能，但是当下游断面水质产生变化时，本实施例仅能通过贝 叶斯网络模型推断出上游监测点位水质异常的概率，而由此得到的例如"控制排放"等方案 必然是不具体和不准确的。有鉴于此，本实施例在决策部分采用的是系统动力学模型，从控 制反馈的角度出发，构建C0D、氨氮、总磷、总氮、有毒物质5个水质指标的上游来水、支流汇 入、沿江排污、非点源汇入成因，以及其与嫩江县社会经济发展的联系。下文详述之。
[0058] I. 1. 1、模型构建
[0059] 对尼尔基水库入库的污染源量影响较大的是支流汇入、非点源排放、上游来水与 沿江排污，因此本实施例从以上四个方面探讨其成因，主要的影响因素等构件其系统动力 学决策模型。
[0060] (1)沿江排污
[0061] 尼尔基水库上游，嫩江干流中主要的排污点为嫩江县污水处理厂的生活污水排放 与嫩江县喇叭河排污口的工业废水排放，二者皆来自于嫩江县的社会经济发展，受到嫩江 县人口以及社会经济发展的影响。因此本实施构建了以下系统动力学模型来模拟社会经济 发展对嫩江县排污口的影响，从而实现优化嫩江县社会经济发展形式控制嫩江县排污量， 降低由点源排放造成的尼尔基水库水生态风险。
[0062] 由图1所示，人口数量变化受到人口增