河網(wǎng)水質(zhì)時空地統(tǒng)計模擬的貝葉斯最大熵估計理論與應(yīng)用.pdf

1、近年來，水資源環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，全面掌握河網(wǎng)水質(zhì)污染現(xiàn)狀及其空間演化動態(tài)是進行污染防治工作的首要任務(wù)。實際工作中，水質(zhì)監(jiān)測站點的數(shù)目總是有限的，需要運用科學(xué)的、合適的空間統(tǒng)計插值方法，根據(jù)有限個監(jiān)測點上的數(shù)據(jù)信息推算未監(jiān)測點處的水質(zhì)數(shù)據(jù)。
　　傳統(tǒng)的空間地統(tǒng)計插值分析方法根據(jù)歐氏距離協(xié)方差函數(shù)表達的變量空間自相關(guān)特征來估算待估點的值。然而，河流系統(tǒng)中的有些水質(zhì)參數(shù)，由于受河流幾何拓撲結(jié)構(gòu)的約束，將表現(xiàn)出更為強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)計方法的基礎(chǔ)上，通過河流距離替代歐氏距離進行了距離度量方式的擴展，定義了時空一體化的協(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)時空插值的新模型——RN-BME(RiverNetwork-BME)，并進行了受控于河流幾何結(jié)構(gòu)約束的水質(zhì)參數(shù)時空插值實例分析，取得了比基于歐氏距離的傳統(tǒng)地統(tǒng)計分析方法更真實可靠的時空預(yù)測結(jié)果。本研

3、究的主要工作是:(1)拓展了BME空間地統(tǒng)計方法的基本理論。針對河流系統(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空插值動態(tài)顯示制圖表達的方法。(2)在此基礎(chǔ)上，建立了RN-BME時空地統(tǒng)計分析模型，設(shè)計了河流距離相關(guān)新函數(shù)，修改了BME部分原有函數(shù)，并進行了虛擬數(shù)據(jù)模型測試。(3)將RN-BME模型應(yīng)用于真實流域中，對溶解氧含量、化學(xué)需氧量和氨氮含量三個水質(zhì)參

4、數(shù)在河網(wǎng)水系中的時空演化狀態(tài)進行實例研究。
　　研究結(jié)果表明，對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時空地統(tǒng)計分析方法與傳統(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，還可以進一步提高插值估算精度。本研究的三個實例最高可將時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)空間動態(tài)演化規(guī)律等問題提供了一套高精度的時空地統(tǒng)計分