河網(wǎng)水質(zhì)時(shí)空地統(tǒng)計(jì)模擬的貝葉斯最大熵估計(jì)理論與應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，水資源環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，全面掌握河網(wǎng)水質(zhì)污染現(xiàn)狀及其空間演化動(dòng)態(tài)是進(jìn)行污染防治工作的首要任務(wù)。實(shí)際工作中，水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)目總是有限的，需要運(yùn)用科學(xué)的、合適的空間統(tǒng)計(jì)插值方法，根據(jù)有限個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信息推算未監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的水質(zhì)數(shù)據(jù)。
　　傳統(tǒng)的空間地統(tǒng)計(jì)插值分析方法根據(jù)歐氏距離協(xié)方差函數(shù)表達(dá)的變量空間自相關(guān)特征來(lái)估算待估點(diǎn)的值。然而，河流系統(tǒng)中的有些水質(zhì)參數(shù)，由于受河流幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的約束，將表現(xiàn)出更為強(qiáng)烈的河流距離空間自

2、相關(guān)特征。本文在貝葉斯最大熵(Bayesian Maximum Entropy，BME)空間地統(tǒng)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)河流距離替代歐氏距離進(jìn)行了距離度量方式的擴(kuò)展，定義了時(shí)空一體化的協(xié)方差模型，并結(jié)合軟數(shù)據(jù)信息，建立了適用于河流網(wǎng)水系中水質(zhì)參數(shù)時(shí)空插值的新模型——RN-BME(RiverNetwork-BME)，并進(jìn)行了受控于河流幾何結(jié)構(gòu)約束的水質(zhì)參數(shù)時(shí)空插值實(shí)例分析，取得了比基于歐氏距離的傳統(tǒng)地統(tǒng)計(jì)分析方法更真實(shí)可靠的時(shí)空預(yù)測(cè)結(jié)果。本研

3、究的主要工作是:(1)拓展了BME空間地統(tǒng)計(jì)方法的基本理論。針對(duì)河流系統(tǒng)中的河網(wǎng)幾何結(jié)構(gòu)特征，引入了等方性河流距離度量方式，發(fā)展了由河流距離定義下引發(fā)的協(xié)方差分析方法、估算鄰域的確定方式和時(shí)空插值動(dòng)態(tài)顯示制圖表達(dá)的方法。(2)在此基礎(chǔ)上，建立了RN-BME時(shí)空地統(tǒng)計(jì)分析模型，設(shè)計(jì)了河流距離相關(guān)新函數(shù)，修改了BME部分原有函數(shù)，并進(jìn)行了虛擬數(shù)據(jù)模型測(cè)試。(3)將RN-BME模型應(yīng)用于真實(shí)流域中，對(duì)溶解氧含量、化學(xué)需氧量和氨氮含量三個(gè)水質(zhì)參

4、數(shù)在河網(wǎng)水系中的時(shí)空演化狀態(tài)進(jìn)行實(shí)例研究。
　　研究結(jié)果表明，對(duì)于受控于河流幾何結(jié)構(gòu)約束的水質(zhì)參數(shù)，以河流距離為基礎(chǔ)的RN-BME時(shí)空地統(tǒng)計(jì)分析方法與傳統(tǒng)的以歐氏距離為基礎(chǔ)的線性地統(tǒng)計(jì)方法相比，在插值估算精度上有明顯提高。如果加載軟數(shù)據(jù)信息，還可以進(jìn)一步提高插值估算精度。本研究的三個(gè)實(shí)例最高可將時(shí)空插值估算精度提高16.13％。
　　總之，本研究為科學(xué)理解河流水系中水質(zhì)參數(shù)空間動(dòng)態(tài)演化規(guī)律等問(wèn)題提供了一套高精度的時(shí)空地統(tǒng)計(jì)分