[发明专利]一种基于联合概率分析的水库供水安全风险评估方法

说明书

本发明公开了一种基于入库流量和水质联合概率分析的水库供水安全风险评估方法。本发明涉及地表水环境风险评估研究领域。本发明包括以下步骤：(1)获取入库流量水质多年数据，判断水质、水量变化趋势，确定入库主要污染物质及水量变化典型季节；(2)分别确定水质、水量的边缘概率分布，并采用Frank Copula模型确定水质水量的联合概率函数；(3)依据地表水质量标准及水库供水量参数，对入库各断面水质、水量进行情景设置，利用联合概率函数计算典型季节不利情景发生概率，实现对水库供水安全的风险评估。本发明提出基于入库流量和水质联合概率分析方法，确定不利情景发生的概率，实现水库供水安全的风险评估，为解决水库供水安全问题提供科学依据。

技术领域

本发明涉及水库供水安全风险评价研究领域，具体涉及一种基于入库流量和水质联合概率分析的水库供水安全风险评估方法，为水库的综合治理提供科学依据。

背景技术

水库作为具有供水、灌概等多种功能的水体，与人类生产与生活息息相关，长期以来水库水质和水量变化趋势和规律研究受到国内外学者的重视。由于水库受人类活动影响较大，污染来源广、途径多、种类复杂，水库的水质、水量状况直接关系到整个城市的供水安全。水库供水安全风险是指水库水质、水量低于一定标准的概率。使用合理的水库供水安全风险评估方法对城市供水安全有着极其重要的意义。

目前水库供水安全风险评估主要是对水库或入库支流的水量或水质单一指标分别进行控制，没有考虑水量、水质多变量共同作用对水库供水安全的影响。如针对水量的供水安全评估，裴金萍和马新萍^[1]采用Kendall秩相关系数、R/S方法分析了渭河干流中游的四季径流变化趋势；苏贺等^[2]运用累计距平法和Mann-Kendall趋势检验法分析1954年到2009年间温家川水文站以上窟野河流域降雨与径流的变化特征，并通过径流与降雨趋势变化的比较，推断人类工程活动的影响是引发径流趋势变化的主要原因；Bae等^[3]利用Mann-Kendall趋势检验法和回归分析法探究韩国境内径流与降雨在年尺度、季尺度与月尺度的趋势变化规律，并以此为区域防洪防旱提供指导和建议。同样针对水质供水安全的分析方法应用也十分普遍，如Boyacioglu^[4]基于包括硝态氮、硫酸盐、Na⁺等水化学参数的多维数据资料，采用Mann-Kendall检验法和斜率估计法对土耳其Tahtali河流域的水质变化趋势进行了分析；吴涛等^[5]采用Danid趋势检验衡量黄河徐州市区段2004年到2008年其间水质污染变化趋势的显著性；李彦平等^[6]选取运城境内汾河和沫水河的3个重要断面为研究区，以COD_Cr指标作为研究参数，运用Spearman秩相关系数法对其2002年到2008年的变化趋势进行了定量分析，并据此对水环境质量的改善提出建议。综上所述，目前水库供水安全风险评估研究多是针对水量或水质单一指标分别进行控制，综合考虑水量、水质多变量共同作用对水库供水安全影响的研究较少。

目前基于多变量联合分布的概率分析方法目前在多个领域已经得到应用。如陈子燊等^[7]构建了不同区域最高增水高度和相应风速之间联合概率分布模型，用于海域历年最高增水高度与相应风速的遭遇研究和台风浪与风暴增水值的模拟，并以此用于指导海洋工程设计工作；在环境方面，Wang等^[8]对不同水质指标建立多维联合概率分布，用以进行超标组合风险定量分析和相关性分析；张翔等^[9]对淮河水质与水量建立联合概率分布，并应用于水量水质综合管理之中。综上所述，虽然多变量的联合分布概率分析方法已经在多个领域得到应用并取得了较好的成果，但目前并没有将其用于评估水库的供水安全风险。

综上所述，由于入库支流的水量水质变化情况对水库的供水安全至关重要，因此本专利以入库支流作为研究对象。依据国内外研究现状，同时考虑入库河流流量与水质共同作用对水库供水安全风险的影响。此外，如何在水库供水安全目标下，给出入库流量和水质的联合概率分布区间，直接服务于区域水资源保护和管理决策，虽然是水资源和水环境科学管理的趋势，但当前的研究还尚未涉及。