本申請屬于水環(huán)境工程，具體地說，涉及一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法。

背景技術(shù)：

1、在水資源匱乏的地區(qū)，再生水或跨區(qū)域調(diào)水被作為一種至關(guān)重要的可利用資源，它不僅被廣泛用作農(nóng)業(yè)灌溉、城市工業(yè)和綠化所需的水源，還承擔(dān)著修復(fù)枯竭河道、優(yōu)化河道生態(tài)環(huán)境的重任，隨著遠(yuǎn)跨區(qū)域調(diào)用地表水和再生水在河道中的大規(guī)模應(yīng)用，其對地下水環(huán)境所產(chǎn)生的影響也日益成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、地表水或再生水的使用可為干旱環(huán)境中的城市河流帶來生態(tài)效益，但對水生系統(tǒng)和人類健康的潛在負(fù)面影響也不容忽視，目前，在分析河道水或地表水相連的地下水系統(tǒng)中的混合作用時(shí)，未充分考慮每個(gè)端元物理化學(xué)參數(shù)時(shí)空變異性給計(jì)算混合比例的準(zhǔn)確性帶來不確定性，可能不足以滿足準(zhǔn)確評估不同端元水體下滲對地下水的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題和技術(shù)缺陷，本申請實(shí)施例采用如下的技術(shù)方案，一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，包括以下步驟：

2、步驟s1、篩選河道和地下水水樣品的數(shù)據(jù)；

3、步驟s2、分析河道水樣品的主成分；

4、步驟s3、篩選河道水混合端元；

5、步驟s4、分析地下水樣品的主成分；

6、步驟s5、篩選地下水混合端元。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s1中水樣品的篩選數(shù)據(jù)參數(shù)包括：現(xiàn)場指數(shù)、陽離子、陰離子、氮、總有機(jī)碳、高錳酸鹽指數(shù)和總?cè)芙夤腆w；

8、所述篩選方法采用直接剔除法。

9、優(yōu)選地，所述步驟s2分析河道水樣品的主成分的具體步驟如下：

10、步驟s201、設(shè)定包含m個(gè)樣品和n個(gè)化學(xué)物理參數(shù)的數(shù)據(jù)集x；

11、步驟s202、計(jì)算樣本的均值向量，將數(shù)據(jù)集進(jìn)行中心化處理，得到中心化后的數(shù)據(jù)集，再計(jì)算數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；

12、步驟s203、對協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到特征值和對應(yīng)的特征向量；

13、步驟s204、將特征值按照大小進(jìn)行排序；

14、步驟s205、根據(jù)排序后的特征值對應(yīng)的特征向量得到主成分得分。

15、進(jìn)一步地，所述步驟s202中協(xié)方差矩陣的計(jì)算公式如下：

16、

17、xcentered是中心化處理后的數(shù)據(jù)，

18、進(jìn)一步地，對協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到特征值λ1，λ2，λ3...λn和對應(yīng)的特征向量ν1，v2，v3...vn。

19、更進(jìn)一步地，第一個(gè)特征向量可以表示為v1＝[v11,v21,v31...,λn1]t，特征向量對應(yīng)于數(shù)據(jù)集中的主成分方向，特征值表示每個(gè)主成分所解釋的數(shù)據(jù)方差。

20、更進(jìn)一步地，每個(gè)主成分pc的貢獻(xiàn)率為：

21、λ1/sum(λ1，λ2，λ3...λn)

22、再進(jìn)一步地，按照特征值的大小排序，從大到小選擇前k個(gè)特征值對應(yīng)的特征向量；每個(gè)主成分概括原變量的為：

23、pck＝v1kx1+v2kx2+ν3kx3+...+vnkxm

24、還進(jìn)一步地，主成分能夠解釋數(shù)據(jù)集中的最大方差，選擇前幾個(gè)主成分有效保留數(shù)據(jù)的主要信息，原始水樣數(shù)據(jù)投影到主成分坐標(biāo)系下得到不同樣品的主成分得分。

25、優(yōu)選地，所述步驟s3中篩選河道水混合端元的具體步驟如下：

26、步驟s301、對河道水樣本進(jìn)行混合分析；

27、步驟s302、使用保守物種進(jìn)行末端成員分析，計(jì)算每個(gè)樣本的混合比。

28、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本申請實(shí)施例的有益效果為：

29、(1)本申請一方面可以有效識別出河道水混合端元，另一方面還可以進(jìn)一步篩選出具有代表性的物理化學(xué)參量，實(shí)現(xiàn)混合比例的定量估算，以及混合端元的物理化學(xué)參量數(shù)據(jù)；同時(shí)可以有效識別出不同水體混合過程中的地下水端元，直觀且定量評估河道水入滲對地下水的影響，提高地下水混合端元識別的精度和有效性。

技術(shù)特征：

1.一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，所述步驟s1中水樣品的篩選數(shù)據(jù)參數(shù)包括：現(xiàn)場指數(shù)、陽離子、陰離子、氮、總有機(jī)碳、高錳酸鹽指數(shù)和總?cè)芙夤腆w；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，所述步驟s2分析河道水樣品的主成分的具體步驟如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，所述步驟s202中協(xié)方差矩陣的計(jì)算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，對協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到特征值λ1，λ2，λ3...λn和對應(yīng)的特征向量ν1，v2，v3...vn。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，第一個(gè)特征向量可以表示為v1＝[v11,v21,v31...,λn1]t，特征向量對應(yīng)于數(shù)據(jù)集中的主成分方向，特征值表示每個(gè)主成分所解釋的數(shù)據(jù)方差。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，每個(gè)主成分pc的貢獻(xiàn)率為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，按照特征值的大小排序，從大到小選擇前k個(gè)特征值對應(yīng)的特征向量；每個(gè)主成分概括原變量的為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，主成分能夠解釋數(shù)據(jù)集中的最大方差，選擇前幾個(gè)主成分有效保留數(shù)據(jù)的主要信息，原始水樣數(shù)據(jù)投影到主成分坐標(biāo)系下得到不同樣品的主成分得分。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，其特征在于，所述步驟s3中篩選河道水混合端元的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，屬于水環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，本申請實(shí)施例采用如下的技術(shù)方案，一種考慮河道水季節(jié)變化影響的地下水混合端元識別方法，包括以下步驟：篩選河道和地下水水樣品的數(shù)據(jù)；分析河道水樣品的主成分；篩選河道水混合端元；分析地下水樣品的主成分；篩選地下水混合端元；本申請一方面可以有效識別出河道水混合端元，另一方面還可以進(jìn)一步篩選出具有代表性的物理化學(xué)參量，實(shí)現(xiàn)混合比例的定量估算，以及混合端元的物理化學(xué)參量數(shù)據(jù)；同時(shí)可以有效識別出不同水體混合過程中的地下水端元，直觀且定量評估河道水入滲對地下水的影響，提高地下水混合端元識別的精度和有效性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙占鋒,宋獻(xiàn)方,戚友存,張巖坤,王淑媛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28