一种水环境承载力数据处理方法与流程

本发明涉及数据处理
技术领域：
，特别是指一种水环境承载力数据处理方法。
背景技术：
：由于人口高度聚集，经济高速发展，资源环境承载力的有限性及特殊的地理条件，正面临着资源约束趋紧，生态系统退化的严峻形势。特别是在水环境方面，水资源匮缺，尽管近些年来水污染物排放量呈逐年下降趋势，但是与水环境容量相比，部分地区污染物排放量已经超过水环境最大允许排放量，由于污染物排放量远远超过环境容量，很多河流水质超标。为了使得社会环境可以持续发展，就必须对水环境进行精细化的控制和管理，脱离粗放型管理的现状；因此迫切需要对水环境承载力的各种数据进行精确分析和处理的技术。技术实现要素：本发明提供了一种水环境承载力数据处理方法，以对水环境承载力各项指标的数据进行精细化分析和处理。为解决上述技术问题，本发明解决的技术问题是提供一种水环境承载力数据处理方法，避免粗放的对数据进行处理导致的水环境承载力判断结果不准确的问题。针对上述问题，本发明解决的技术问题是提供一种水环境承载力数据处理方法，包括：步骤1、对水环境承载力各项指标进行归一化处理；步骤2、确定水环境承载力各项指标的权重；步骤3、根据确定的水环境承载力各项指标以及其对应的权重值，生成评价模型；步骤4、根据水污染物浓度超标指数校验水环境承载力。在一些实施例中，所述步骤1包括：对正向指标处理公式进行处理，正向指标的值越大，水环境承载力越大；逆向指标处理公式进行处理，逆向指标的值越大，水环境承载力越小；其中对于正向指标的处理公式为：其中对于逆向指标的处理公式为：式中:vj为标准化指标值，vj≤1；bj为第j项指标的实际值；bjmax为第j项指标实际值对应区间标准值的上限值；bjmin第j项指标实际值对应区间标准值的下限值；qjmax为第j项指标实际值对应承载程度的上限值；qjmin为第j项指标实际值对应承载程度的下限值。在一些实施例中，所述步骤2包括：步骤21、建立层次结构模型：将影响水环境的元素按照属性自上而下地分解成多干层次，其中每一层中的元素从属于上一层的元素或对上层元素有影响；且所述层次机构模型的顶层为目标层，且底层为指标层；步骤22、构造两两比较判断矩阵：确定层次结构模型中不同层的元素之间的隶属关系，对元素之间根据隶属关系进行两两比较；对同层中各元素进行两两比较；确定出元素之间的相对重要度，并生成判断矩阵b，记为(bij)n×n：步骤23、对于构造出的判断矩阵b，求出最大特征值所对应的特征向量，包括：计算每一列规范化求规范列的平均向量w＝(w1,w2,…,wn)，其中w是所求的特征向量；计算判断矩阵b的最大特征值式中(bw)i为向量bw中的第i个元素；确定判断矩阵最大特征根λmax及其对应的特征向量w；根据一致性比率cr对判断矩阵进行一致性检验，若有满意的一致性，则特征向量w归一化后即可作为单排序的排序权值向量；否则，需对判断矩阵的标度做修正；判断矩阵是否具有满意的一致性用随机一致性比率cr判断，一般认为cr<0.1，则认为判断矩阵具有满意的一致性；cr的计算公式如下:式中:cr为随机一致性比率；ci为一致性指标；ri为平均随机一致性指标，由表3可查得；λmax为判断矩阵的最大特征值；n为判断矩阵的阶数。在一些实施例中，所述步骤3包括：采用加权求和方法得到表征区域水环境承载力相对大小的综合指数评价模型swecc：式中，swecc为水环境承载力综合评价指数；si为指标层中第i个指标的分数值；ωi为指标层中第i个指标的权重；m为指标的个数。在一些实施例中，所述方法步骤4包括：确定水污染物浓度超标指数：当i＝1，即水污染物为do时：r水ijk＝1/(cijk/sik)-1当i＝2,…,6，即水污染物分别为codmn、bod5、codcr、nh3-n、tp时：r水ijk＝cijk/sik-1r水jk＝max(r水ijk)，i＝1,2,…,6其中，r水ijk为区域j第k个断面i项水污染物浓度超标指数，r水ij为区域j第i项水污染物浓度超标指数，r水jk为区域j第k个断面水污染物浓度超标指数，r水j为区域j水污染物浓度超标指数，cijk为区域j第k个断面第i项水污染物的年均浓度监测值，sik为第k个断面第i项水污染物的水质标准限值。i＝1,2,…,6，分别对应do、codmn、bod5、codcr、nh3-n、tp；k为某一控制断面，k＝1,2,…,nj，nj表示区域j内控制断面个数。当污染物浓度超标指数大于0时，水污染物浓度处于超标状态；当污染物浓度超标指数介于-0.2～0时，污染物浓度处于接近超标状态；当污染物浓度超标指数小于-0.2时，水污染物浓度处于未超标状态。在一些实施例中，所述方法还包括：根据水环境承载力swecc的取值范围确定区域水环境承载力；其中当水环境承载力swecc的取值范围为0-0.25时，承载能力为低；当水环境承载力swecc的取值范围为0.25-0.5时，承载能力为中；当水环境承载力swecc的取值范围为0.5-0.75时，承载能力为高；当水环境承载力swecc的取值范围为0.75-1时，承载能力为极高。在一些实施例中，所述方法还包括：根据确定的水污染物浓度超标指数计算结果对水环境承载力swecc进行修正；具体包括：当污染物浓度超标指数大于0时，水污染物浓度处于超标状态，水环境承载力swecc应小于0.5；当污染物浓度超标指数小于-0.2时，水污染物浓度处于未超标状态，水环境承载力swecc应大于0.75。本发明的上述方案至少包括以下有益效果：本发明的上述方案提出了一种水环境承载力数据处理方法，能够更为精确的对水环境承载能力进行评估，防止人类社会对自然环境造成不可逆的损伤。附图说明图1为本发明实施例中的水环境承载力数据处理方法的流程示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。如图1所示的，本发明实施例提供了一种水环境承载力数据处理方法，包括：指标归一化处理步骤：为克服评价指标量纲和数量级不同对评价结果的影响，需要对评价指标作归一化处理。对正向指标用式(1)进行处理，正向指标的值越大，水环境承载力越大；逆向指标用式(2)进行处理，逆向指标的值越大，水环境承载力越小。对于正向指标:对于逆向指标:式中:vj为标准化指标值，vj≤1；bj为第j项指标的实际值；bjmax为第j项指标实际值对应区间标准值的上限值；bjmin第j项指标实际值对应区间标准值的下限值；qjmax为第j项指标实际值对应承载程度的上限值；qjmin为第j项指标实际值对应承载程度的下限值。权重确定步骤：由于水环境承载力的各种影响因素相互联系和制约，具有很大的模糊性和不确定性，因此需要选取层次分析法来确定各指标的权重；该步骤具体包括：(1)建立层次结构模型在深入分析实际问题的基础上，将有关的各个因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次，同层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响。最上层为目标层，通常只有1个因素，其次为指标层。(2)构造两两比较判断矩阵层次分析法的一个重要特点就是用两两重要性程度之比的形式表示出两个指标的相应重要性程度等级。层次结构模型确定了上、下层元素间的隶属关系，对于同层各元素，以相邻上层有联系的元素为准分别两两比较，运用1-9标度评分方法(见表1)划定其相对重要性或优劣程度。若判断矩阵b记为(bij)n×n，则有：表1相对重要性标度及意义标度定义1两个元素相比，具有同样重要性3两个元素相比，一个比另一个稍微重要5两个元素相比，一个比另一个比较重要7两个元素相比，一个比另一个十分重要9两个元素相比，一个比另一个绝对重要2，4，6，8上述两个相邻判断的中值1/bi，j两个元素的反比较(3)由判断矩阵确定各要素的相对权重对于构造出的判断矩阵，就可以求出最大特征值所对应的特征向量，可采用规范列平均法(和积法)计算。计算步骤如下:计算每一列规范化求规范列的平均向量w＝(w1,w2,…,wn)，其中t是所求的特征向量。计算判断矩阵b的最大特征值式中(bw)i为向量bw中的第i个元素。运用和积法得到各判断矩阵最大特征根λmax及其对应的特征向量w。根据一致性比率cr对判断矩阵进行一致性检验，若有满意的一致性，则特征向量w归一化后即可作为单排序的排序权值向量。否则，需对判断矩阵的标度做适当修正。判断矩阵是否具有满意的一致性用随机一致性比率cr判断，一般认为cr<0.1，则认为判断矩阵具有满意的一致性。cr的计算公式如下:式中:cr为随机一致性比率；ci为一致性指标；ri为平均随机一致性指标，由表2可查得；λmax为判断矩阵的最大特征值；n为判断矩阵的阶数。表2平均随机一致性指标ri标准值n123456789101112ri000.580.901.121.241.321.411.451.491.511.48评价模型确定步骤：采用加权求和方法得到表征区域水环境承载力相对大小的综合指数评价模型swecc，即：式中，swecc为水环境承载力综合评价指数；si为指标层中第i个指标的分数值；ωi为指标层中第i个指标的权重；m为指标的个数。根据水污染物浓度超标指数校验水环境承载力计算区域水污染物浓度超标指数，水污染物浓度超标指数通过主要污染物年均浓度监测值与国家现行环境质量标准的对比值反映。根据水污染物浓度超标指数计算结果，对水环境承载力swecc进行必要校核。当污染物浓度超标指数大于0时，水污染物浓度处于超标状态，水环境承载力swecc原则上应小于0.5；当污染物浓度超标指数小于-0.2时，水污染物浓度处于未超标状态，水环境承载力swecc原则上应大于0.75。水污染物浓度超标指数的计算方法如下：当i＝1，即水污染物为do时：r水ijk＝1/(cijk/sik)-1当i＝2,…,6，即水污染物分别为codmn、bod5、codcr、nh3-n、tp时：r水ijk＝cijk/sik-1r水jk＝max(r水ijk)，i＝1,2,…,6其中，r水ijk为区域j第k个断面i项水污染物浓度超标指数，r水ij为区域j第i项水污染物浓度超标指数，r水jk为区域j第k个断面水污染物浓度超标指数，r水j为区域j水污染物浓度超标指数，cijk为区域j第k个断面第i项水污染物的年均浓度监测值，sik为第k个断面第i项水污染物的水质标准限值。i＝1,2,…,6，分别对应do、codmn、bod5、codcr、nh3-n、tp；k为某一控制断面，k＝1,2,…,nj，nj表示区域j内控制断面个数。当污染物浓度超标指数大于0时，水污染物浓度处于超标状态；当污染物浓度超标指数介于-0.2～0时，污染物浓度处于接近超标状态；当污染物浓度超标指数小于-0.2时，水污染物浓度处于未超标状态。表3地表水环境质量标准基本项目标准限值(单位：mg/l)评价等级划分水环境承载力(swecc)的取值范围是介于0～1之间的，其大小反映了区域水环境承载力的好坏程度，值越大说明该区域水环境承载力越大；值越小说明该区域水环境承载力越小，不能够承受较大的压力，水环境很脆弱，甚至处于崩溃的边缘。为定性评价水环境承载力，将水环境承载力的取值划分为不同等级，以此评价水环境承载力的大小程度。划分等级结果如表4所示。表4水环境承载力综合评价等级划分水环境承载力监控预警根据水环境承载力综合评价结果，进行水环境承载力预警等级划分，具体见表5。表5水环境承载力预警等级划分提出对策建议根据水环境承载力的评价结果，结合评价区域自身实际，从自然资源条件、社会经济发展、污染物排放及水环境管理等角度分析影响区域水环境承载力大小的主要因素。从“增容”和“减排”两条主线出发，提出生态需水量保障方案和水污染物削减方案。提出水环境承载能力监控预警机制建设方案，包括基础数据的获取与传送、水环境承载能力研判系统构建、承载状态分析与发布、监控预警结果运用等在本发明实施例中，在进行水环境承载力数据处理的时候，可以进一步的参考以下参数：水资源指数、水环境指数、水生态指数。具体的：一.水资源指数(1)水资源开发利用率(a1)：用水量(工业、农业、生活、环境等)与流域多年平均水资源总量的比。(2)万元gdp耗水量(a2)：单位gdp(国民生产总值)消耗水资源量，即总用水量与国民生产总值(gdp)之比。(3)人均水域面积(a3)：在辖区内，人均拥有的水域面积，即总人口与水域总面积之比。该指标主要反应人类拥有水资源禀赋情况，还响应了水生态和水环境特征。二.水环境指数(1)工业污染强度指数(b1)：反映评估区工业生产过程中排放的污染物对流域生态环境的压力。(2)农业污染强度指数(b2)：反映评估区农业生产过程中排放/流失的污染物对流域生态环境的压力。(3)城镇生活污染强度指数(b3)：反映评估区城镇生活污水中排放的污染物对流域生态环境的压力。(4)城市面源污染强度指数(b4)：反映评估区域城市面源排放的污染物对流域生态环境的压力。城市面源污染物排放量的计算公式如下：g总＝∑gi×10-3g总—城市面源污染物排放量，吨/年；gi—各下垫面的年污染物量，千克/年，城市下垫面分为屋面、交通路面、绿地和综合用地。各下垫面的污染物量计算见下式。gi＝0.01αφpsemc式中：α—径流修正系数；φ—排水区域径流系数；p—年降水量，毫米/年；s—各下垫面面积，公顷；emc—事件平均浓度，毫克/升。上述各因子使用具体说明如下：①径流修正系数α，一般取值0.9；②排水区域径流系数φ，一般采取文献参考值，不同下垫面径流系数不同。北京市径流系数取值参照表类别参照值屋面0.90交通路面0.80绿地0.20综合用地0.60③年降水量p，可通过气象或水文部门资料获得。④排水区域面积s，指不同下垫面的面积，即屋面、交通路面、绿地和综合用地的面积，可通过遥感资料解译获得。⑤事件平均浓度emc(eventmeanconcentration)，指一次径流污染过程中污染物的流量加权平均浓度，即总污染物量与总径流量之比。在无实际监测数据的情况下，可采用下表中的事件平均浓度(emc)。事件平均浓度(emc)可参考值表单位：mg/l类别codtntp氨氮屋面75.898.860.0845.63交通路面197.457.910.285.19绿地60.7170.32.87综合用地176.115.860.125.55三.水生态指数(1)植被覆盖岸线比例(c1)：河流植被覆盖(>3米)岸线占总岸线的比例。反映河流岸边植被覆盖情况对河流生态的影响，植被覆盖岸线比例越大，河流生态状况越好，反之河流生态状况越差。(2)河流自然岸线比(c2)：河流自然岸线占总岸线的比例，自然岸线越多，越适合生物生长，江河生境状况越好。(3)河流连通性(c3)：河流单位长度修建水电站闸坝个数。反映水电站闸坝越少，河流纵向连通性越好，营养物质流和能量流的空间连通性、生物群落结构空间连通性以及信息流空间连通性越好，水环境承载力越大。(4)生态基流量保障率(c4)：基准年月实际流量占最小生态基流百分比。式中最小生态基流量：web＝近10年年平均流量×10％对于没有水文站点数据的，可参照下表的相关参数，计算河流的最小生态基流量。不同时段下水系的栖息地条件计算时段划分生态水深(m)生态流速(m/s)t1时段(3月1日～5月31日)0.60.02t2时段(6月1日～8月31日)0.80.05t3时段(9月1日～10月31日)0.80.02t4时段(11月1日～翌年2月28日)--本发明的上述方案提出了一种水环境承载力数据处理方法，能够更为精确的对水环境承载能力进行评估，防止人类社会对自然环境造成不可逆的损伤。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12