[发明专利]一种基于流域大尺度水质时空规律分析和预测一体化方法

说明书

本发明涉及流域污染预测技术领域，尤其涉及一种基于流域大尺度水质时空规律分析和预测一体化方法，包括S1、收集各断面监测站点不同水质数据、用随机森林补全水质缺失值数据；S2、采用方差分析对水质指标进行时空差异性分析；S3、采用综合污染指数法和动态度分析法相结合，分析水质时间和空间变化规律；S4、利用ARIMA模型预测出湖河污染因子变化趋势。本发明利用方差分析对水质指标进行差异性分析，采用Tukey HSD检验差异性的显著程度；本发明采用水质综合污染指数法和动态度分析法，从时间和空间维度，定性和定量相结合对流域水环境时空规律进行分析；选用ARIMA预测河流主要污染物未来一段时间的变化趋势。

技术领域

本发明涉及流域污染预测技术领域，尤其涉及一种基于流域大尺度水质时 空规律分析和预测一体化方法。

背景技术

洮滆流域是太湖流域西部中洮滆太水系的主要区域，也是太湖流域上游重 要的汇水区；洮滆流域水生态环境质量的改善，对提升太湖主要入湖河流水质， 改善太湖水生态环境质量效益极其重要。然而由于近些年城市化的不断发展， 洮滆流域浅水湖泊富营养化、蓝藻频繁爆发。因此，如何采取有效的环境管理 措施来改善浅水湖泊水环境状况已经成为急需解决的问题。

目前应用河流湖泊水质评价方法有单因子评价法、模糊综合评价法、灰色 系统理论、主成分分析法等。当前针对流域水环境的研究多以单个湖泊或河流 为研究对象，综合评价水质变化；或结合多元统计方法对某一区域水环境质量 时空变化进行分析。目前对于太湖流域水质研究较多，较少有对洮滆流域内多 条河流水质进行时空研究分析，并且结合深度学习模型对河流未来较长一段时 间水质趋势进行预测。

发明内容

本发明解决的技术问题：利用综合污染指数和动态度探究其时间和空间上 水质变化特征，科学分析流域湖河水质时空变化特征，深入剖析流域中所面临 的生态环境的短板；并结合移动差分平均自回归模型预测流域出入湖河流主要 污染因子未来变化趋势，深入解析变化趋势所造成的原因，提出可行性的科学 建议。

本发明所采用的技术方案是：一种基于流域大尺度水质时空规律分析和预 测一体化方法，包括以下步骤：

S1、对流域主要出入湖河流各断面监测站点水质数据进行预处理：包括收 集各断面监测站点不同水质数据、用随机森林补全水质缺失数据、并对其进行 归一化处理；

S2、采用方差分析对流域主要出入湖河流水质指标进行时空差异性分析， 同时利用Tukey HSD检验差异性的显著程度；

S3、采用综合污染指数法和动态度分析法相结合，分析流域主要出入湖河 流水质时间和空间上的变化规律，并依据湖河连通关系，将流域主要出入湖河 流划分不同水系，进而分析不同水系对水质影响程度；

S4、利用差分移动平均自回归模型(ARIMA)预测出湖河主要污染因子未 来一段时间变化趋势，并得到污染因子区间变化范围，为流域水环境治理提供 技术支撑。

进一步地，所述的步骤S1具体包括：

S11、用python语言中numpy和pandas库，对洮滆流域主要出入湖河流断 面水质数据进行批量化收集，并保存在Exel表格中；

S12、用随机森林算法将湖河断面水质数据缺失进行补全；

S13、将补全后的水质数据进行归一化处理，使不同水质因子类型数据归一 化到同一数量级上。

进一步地，所述的步骤S2具体包括：

S21、从时间和空间两个维度中，采用方差分析对流域主要出入湖河流水质 进行差异性分析，判别出其水质因子是具有时空差异性的；