一种河流水资源资产负债系统及其计算方法与流程

本发明属于水资源资产评价计算的技术领域，尤其涉及一种河流水资源资产负债系统及其计算方法。

背景技术：

现有技术中，水资源的概念被定义为“可被利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用”。1999年，中国科学院在《2000年中国可持续发展战略报告》中，首次比较系统地提出了以可持续发展理论为基础的水资源可持续发展能力资产负债表的基本原理和方法。2015年，国务院办公厅发布了《编制自然资源资产负债表试点方案》，旨在通过计算区域资源的资产负债情况，全面评价区域可持续发展能力。在该试点方案中探索编制自然资源资产负债表，对领导干部实行自然资源资产离任审计，是十八届三中全会提出的重要决定，国内外尚未见编制先例。

水资源资产负债表在本质上强调对于区域发展质量的评判，资产负债表分为水资源存量及变动表(简称水量表)、水环境质量及变动表(简称水质表)，并应用函数或模型对水质、水量表相结合进行评价。简言之，水资源资产负债表体现的是在一定时间、空间内具有足够数量的能满足某种用途的可用水，它是一个“质”与“量”的函数。

如何从水质水量相结合的角度正确评价一条河流的水资源资产负债情况，对改善河流水质、合理利用有限的河流水资源有着重要的意义。目前，关于水质水量相结合的评价国内外已经开展了许多研究，然而，现有的这些研究工作没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，也未考虑降雨因素对评价结果的影响，考虑因素不全面导致无法正确合理评价一条河流的水资源资产负债情况。

综上所述，目前水资源资产负债表的研究中，如何从水质水量相结合的角度正确评价一条河流的水资源资产负债情况，同时兼顾考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价以及降雨因素对评价结果的影响的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，克服现有技术中现有的水资源资产负债表研究工作没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，也未考虑降雨因素对评价结果的影响的问题，提供一种河流水资源资产负债系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种河流水资源资产负债系统，该系统包括河流水资源负债模块，所述河流水资源负债模块被配置为计算河流水资源负债的模块，包括：

河流水资源静态资产负债模块，所述河流水资源静态资产负债模块被配置为河流水资源现状水质未达到目标水质要求形成河流水资源负债时，根据内梅罗指数法计算多种污染物综合超标倍数并细化河流水资源功能区的划分，计算河流水资源静态资产负债的模块，

和

河流水资源动态资产负债模块，所述河流水资源动态资产负债模块被配置为根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率、以及计算扣除降雨量变化影响下的河流径流资产以及负债的模块。

进一步的，所述河流水资源负债为人类经济活动会对水资源数量、水环境质量带来不利影响，包括水资源的过度消耗造成对水循环过程及水资源可再生能力的损害、向天然水体的过度排放造成水环境容量的降低；

所述河流水资源负债包括未平衡降雨影响的静态资产负债

和

平衡降水影响的动态资产负债。

本发明为了解决上述问题，克服现有技术中现有的水资源资产负债表研究工作没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，也未考虑降雨因素对评价结果的影响的问题，提供一种河流水资源资产负债计算方法，该方法以河流水资源水质水量综合评价方法为基础，创造性的提出河流水资源静态资产负债与动态资产负债计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种河流水资源资产负债计算方法，该方法基于一种河流水资源资产负债系统，该方法的具体步骤包括：

(1)根据内梅罗指数法计算多种污染物综合超标倍数并细化河流水资源功能区的划分，计算河流水资源资产、河流静态资产负债和水资源净资产；

(2)根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率；

(3)计算降雨量距平，根据步骤(1)中水资源净资产，计算扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债。

进一步的，所述步骤(1)中计算河流水资源资产的具体步骤为：

当水功能区现状水质等于目标水质时候以及当功能区现状水质优于目标水质时，根据考虑全要素的河流水资源静态资产计算方法计算河流水资源资产

δqa+＝q·(cc-ca+1)(1)

式中，δqa+为河流水资源资产，单位为亿m³；q为水体的水量，单位为亿m³；cc为水资源功能区目标水质，单位为mg/l；ca为水体实际的水质级别，单位为mg/l。

进一步的，所述步骤(1)中根据

δqa-＝q·(ca-cc+1)(2)

计算河流水资源静态负债，式中，δqa-为河流水资源负债，单位为亿m³；

最终的河流水资源净资产为资产与负债相减

δq总＝δqa+-δqa-(3)

式中，δq总为水资源净资产，单位为亿m³。

进一步的，所述步骤(1)中水资源功能区目标水质级别划分的具体步骤为：

当水功能区现状水质未达到目标水质的要求，水功能未能满足当前的生产、生活需求，形成了水资源负债，采用内梅罗指数法计算多种污染物的综合超标倍数i综：

式中，imax为水功能区多种超标污染物中超标最严重污染物；为水功能区多种污染物超标倍数的均值；

当i综≤4时，设定此时的水质级别为ⅵ；

当4＜i综≤8时，设定此时的水质级别为ⅶ；

当8＜i综≤12时，设定此时的水质级别为ⅷ；

当12＜i综≤16时，设定此时的水质级别为ⅸ；

当i综＞16时，设定此时的水质级别为ⅹ，

进一步的，所述步骤(2)中的根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率的具体步骤为：

(2-1)采集样本容量为n的河流水资源样本，针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间序列x(x1,x2,x3,...,xn)，构造它的秩序列，得到标准化计算后的值ufτ；

(2-2)采集样本容量为n的河流水资源样本，针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间逆序列{xn,xn-1,...,1}，构造它的秩序列，令ubτ＝-ufτ，得到标准化计算后的值ubτ；

(2-3)根据ufτ和ubτ值绘制uf和ub图寻找序列变异突变点，计算出受人类活动影响阶段的还原径流深，进而计算出降雨量对径流量影响的百分比，即贡献率。

进一步的，所述步骤(2-1)中针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间序列x(x1,x2,x3,...,xn)，构造它的秩序列：

式中，dτ为第i时刻时所有大于j时刻数值的个数累计值；τ为i的取值范围，τ＝1,2,...,n；n为样本容量；ri为i时刻时依据xi与xj的大小取值0或1；

式中，xi为i时刻的数值；xj为j时刻的数值，j＝1,2,...,i；

式中，ufτ为dτ标准化计算后得到的值；e(dτ)、v(dτ)为dτ的均值和方差；

通过查找正态分布函数表，可以得出在一个显著水平为α时的临界值uα，若公式(8)所计算的|ufτ|＞uα，则该序列存在明显的上升或者下降的变化趋势；

进一步的，所述步骤(2-3)中，若ufτ和ubτ值小于0，序列呈现减少的趋势，反之，序列为增加趋势；若ufτ和ubτ两趋势线相交于临界值为uα＝±1.96(α＝0.05)的临界线之间，交点所处时刻是序列变异开始时刻。

进一步的，降雨量对径流量影响的百分比计算的具体步骤为：

根据

δrt＝rhn-rhr(11)

计算降雨量变化对流量影响的百分比；

式中，δrt为径流变化总量，单位为亿m³；rhn为人类活动影响阶段还原径流深，单位为亿m³；rhr为人类活动影响阶段实测径流深，单位为亿m³；j为降雨量变化对流量影响的百分比，即贡献率。

进一步的，所述步骤(3)中

通过式(13)计算降水距平；

式中，pi为第i年降雨量，单位为mm；为多年平均降雨量，单位为mm；

利用式(14)算出每年扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债

式中，q′总为扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债，单位为亿m³。

本发明的有益效果：

本发明的一种河流水资源资产负债系统及计算方法，以河流水资源水质水量综合评价方法为基础，提出河流水资源资产负债系统以及河流水资源静态与动态资产负债计算方法，综合考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，同时考虑降雨因素对评价结果的影响，实现了正确合理评价河流的水资源资产负债情况。

附图说明

图1是本发明的一种河流水资源资产负债系统的示意图；

图2是本发明的一种河流水资源资产负债计算方法的方法流程图；

图3是本发明的实施例1中的mann-kendall法变异诊断结果图；

图4是本发明的实施例1中的降雨径流关系相关图。

具体实施方式：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明为了解决上述问题，克服现有技术中现有的水资源资产负债表研究工作没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，也未考虑降雨因素对评价结果的影响的问题，提供一种河流水资源资产负债系统。

河流水资源价值的计算结果受水量、水质的共同影响，这与水资源资产负债表的内涵相同，故而引出河流水资源资产和河流水资源负债的概念分析河流水量、水质和水资源现状。本发明将河流水资源资产定义为：降水形成的赋存于河流中的地表水，以水的实物量(数量及质量)的形式来衡量；河流水资源负债定义为：人类经济活动会对水资源数量、水环境质量带来不利影响，包括水资源的过度消耗造成对水循环过程及水资源可再生能力的损害、向天然水体的过度排放造成水环境容量的降低。其中，河流资产负债又可以进一步细分为未平衡降雨影响的静态资产负债以及平衡降水影响的动态资产负债。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种河流水资源资产负债系统，如图1所示，该系统包括河流水资源负债模块，所述河流水资源负债模块被配置为计算河流水资源负债的模块，包括：

河流水资源静态资产负债模块，所述河流水资源静态资产负债模块被配置为河流水资源现状水质未达到目标水质要求形成河流水资源负债时，根据内梅罗指数法计算多种污染物综合超标倍数并细化河流水资源功能区的划分，计算河流水资源静态资产负债的模块，

和

河流水资源动态资产负债模块，所述河流水资源动态资产负债模块被配置为根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率、以及计算扣除降雨量变化影响下的河流径流资产以及负债的模块。

进一步的，所述河流水资源负债为人类经济活动会对水资源数量、水环境质量带来不利影响，包括水资源的过度消耗造成对水循环过程及水资源可再生能力的损害、向天然水体的过度排放造成水环境容量的降低；

所述河流水资源负债包括未平衡降雨影响的静态资产负债

和

平衡降水影响的动态资产负债。

本发明为了解决上述问题，克服现有技术中现有的水资源资产负债表研究工作没有考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，也未考虑降雨因素对评价结果的影响的问题，提供一种河流水资源资产负债计算方法，该方法以河流水资源水质水量综合评价方法为基础，创造性的提出河流水资源静态资产负债与动态资产负债计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种河流水资源资产负债计算方法，该方法基于一种河流水资源资产负债系统，如图2所示，该方法的具体步骤包括：

(1)根据内梅罗指数法计算多种污染物综合超标倍数并细化河流水资源功能区的划分，计算河流水资源资产、河流静态资产负债和水资源净资产；

所述步骤(1)中计算河流水资源资产的具体步骤为：

水功能区现状水质等于目标水质时候，可以满足一定的生产、生活需求，拥有了水资源基本资产；当功能区现状水质优于目标水质时，水资源资产也对应增加，出现盈余部分。根据考虑全要素的河流水资源静态资产计算方法计算河流水资源资产

δqa+＝q·(cc-ca+1)(1)

式中，δqa+为河流水资源资产，单位为亿m³；q为水体的水量，单位为亿m³；cc为水资源功能区目标水质，单位为mg/l；ca为水体实际的水质级别，单位为mg/l。

若水功能区现状水质没有达到目标水质的要求，说明水功能未能满足当前的生产、生活需求，形成了水资源负债。所述步骤(1)中根据

δqa-＝q·(ca-cc+1)(2)

计算河流水资源静态负债，式中，δqa-为河流水资源负债，单位为亿m³；

最终的河流水资源净资产为资产与负债相减

δq总＝δqa+-δqa-(3)

式中，δq总为水资源净资产，单位为亿m³。

所述步骤(1)中水资源功能区目标水质级别划分的具体步骤为：

当水功能区现状水质未达到目标水质的要求，水功能未能满足当前的生产、生活需求，形成了水资源负债，采用内梅罗指数法计算多种污染物的综合超标倍数i综：

式中，imax为水功能区多种超标污染物中超标最严重污染物；为水功能区多种污染物超标倍数的均值；

当i综≤4时，设定此时的水质级别为ⅵ；

当4＜i综≤8时，设定此时的水质级别为ⅶ；

当8＜i综≤12时，设定此时的水质级别为ⅷ；

当12＜i综≤16时，设定此时的水质级别为ⅸ；

当i综＞16时，设定此时的水质级别为ⅹ，

将式(4)带入式(5)中，将式(5)带入式(1)、式(2)中进行计算，通过式(1)-(5)计算河流静态资产负债。

通过式(1)-(5)计算沂河2008、2010、2012、2014年水资源静态资产负债如表1所示，沂河水资源静态资产负债计算(亿m3)。可以看出沂河河流水资源净资产的年际变化及其逐年趋势。在2008年和2010年沂河水资源产生的负债大于资产，水资源静态净资产分别为-3.96亿m³、-0.84亿m³。随着沂河河流水质的逐步改善，水资源资产不断增加和负债的逐年减少，2012年和2014年沂河水资源形成的静态资产已经大于其绝对负债，其差值分别为4.01亿m³、4.53亿m³。资产的增加与负债的减少同时表明，沂河流域水资源逐渐改善的事实。

表1

(2)根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率；

所述步骤(2)中的根据mann-kendall法计算降雨量变化对河流水资源的贡献率的具体步骤为：

(2-1)采集样本容量为n的河流水资源样本，针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间序列x(x1,x2,x3,...,xn)，构造它的秩序列，得到标准化计算后的值ufτ；

(2-2)采集样本容量为n的河流水资源样本，针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间逆序列{xn,xn-1,...,1}，构造它的秩序列，令ubτ＝-ufτ，得到标准化计算后的值ubτ；

(2-3)根据ufτ和ubτ值绘制uf和ub图寻找序列变异突变点，计算出受人类活动影响阶段的还原径流深，进而计算出降雨量对径流量影响的百分比，即贡献率。

所述步骤(2-1)中针对某样本容量为n的河流水资源样本的时间序列x(x1,x2,x3,...,xn)，构造它的秩序列：

式中，dτ为第i时刻时所有大于j时刻数值的个数累计值；τ为i的取值范围，τ＝1,2,...,n；n为样本容量；ri为i时刻时依据xi与xj的大小取值0或1；

式中，xi为i时刻的数值；xj为j时刻的数值，j＝1,2,...,i；

式中，ufτ为dτ标准化计算后得到的值；e(dτ)、v(dτ)为dτ的均值和方差；

通过查找正态分布函数表，可以得出在一个显著水平为α时的临界值uα，若公式(8)所计算的|ufτ|＞uα，则该序列存在明显的上升或者下降的变化趋势；所述步骤(2-3)中，若ufτ和ubτ值小于0，序列呈现减少的趋势，反之，序列为增加趋势；若ufτ和ubτ两趋势线相交于临界值为uα＝±1.96(α＝0.05)的临界线之间，交点所处时刻是序列变异开始时刻。

降雨量对径流量影响的百分比计算的具体步骤为：

根据

δrt＝rhn-rhr(11)

计算降雨量变化对流量影响的百分比；

式中，δrt为径流变化总量，单位为亿m³；rhn为人类活动影响阶段还原径流深，单位为亿m³；rhr为人类活动影响阶段实测径流深，单位为亿m³；j为降雨量变化对流量影响的百分比，即贡献率。

对沂河流域1955-2014年逐年流量序列通过m-k法进行变异诊断分析，计算结果如图3所示。图3显示，由计算得出的ufτ和ubτ值绘制的uf和ub曲线。在置信度区间(α＝0.05，临界值uα＝±1.96)，曲线的交点在1967年，经过查证，60年代沂河修建大量水库开始对河流流量造成扰动，故选取1967年为该阶段变异点。从图3，可以看出变异点之后流量呈现逐年减小的趋势明显，因此主要研究变异点之后的流量序列，对其进行还原计算。

在沂河流域内，变异点之前的下垫面条件可以认为是受人类活动影响较少的天然河流。因此根据1955-1966年下垫面情况，建立降水-径流关系式，以变异前1955-1966年的降水量序列与还原径流深序列作为基准，取图4中的回归分析结果，以还原径流深为因变量(y)、降水量为自变量(x)建立降水-径流关系式，得到1955-1966年的降水－径流关系式为y＝0.1506x-76.111，序列的r²＝0.889，表明变异点前沂河受人为活动影响较小，降雨径流相关性良好。

降雨量变动情况及其他人类活动对径流变异影响的分析结果如表2所示，降雨量、下垫面及人类活动对沂河流量贡献分析，相对于变异前的1955-1966年，变异后研究阶段的2008-2014年的还原径流深呈增加趋势。降雨量变化使得径流深减少，对径流改变的贡献为42.22％，下垫面变化及人类引起的径流改变占径流深总变化量的57.78％。

表2

(3)计算降雨量距平，根据步骤(1)中水资源净资产，计算扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债。

所述步骤(3)中

通过式(13)计算降水距平；

式中，pi为第i年降雨量，单位为mm；为多年平均降雨量，单位为mm；

利用式(14)算出每年扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债

式中，q′总为扣除降雨影响下的河流径流资产以及负债，单位为亿m³。

利用式(13)计算沂河逐月降水距平，如表3所示，沂河逐月降水距平(％)，2008、2012年降雨量较为丰沛，2010、2014年降雨量较为稀少，因此平衡降雨的影响有利于更为客观的评价河流水资源的管理好坏。通过式(17)计算沂河平衡降雨因素影响后的水资源动态资产负债，如表4所示，沂河水资源动态资产负债计算(亿m3)，沂河水资源动态资产明显呈现逐年增加趋势，负债则逐年减少，且其动态净资产仍保持上升趋势。在平衡降雨因素且仅考虑水资源管理水平影响的情况下，可以进一步评价当地每年水资源管理情况。以水资源静态资产较为相似的2012与2014年比较，其静态净资产分别为4.01亿m³、4.53亿m³。由于2012年为丰水年，2014年为枯水年，通过平衡降雨量对河流资产负债的影响之后，沂河动态净资产分别为3.91亿m³、5.48亿m³。可知，在2014年沂河流域降雨较少的情况下，河流水质仍要优于2012年，可以看出动态净资产可以排除降雨的干扰，进一步分析管理者对河流环境的治理能力。

表3

表4

本发明的有益效果：

本发明的一种河流水资源资产负债系统及计算方法，以河流水资源水质水量综合评价方法为基础，提出河流水资源资产负债系统以及河流水资源静态与动态资产负债计算方法，综合考虑多种水质指标可能超标时的水质水量综合评价，同时考虑降雨因素对评价结果的影响，实现了正确合理评价河流的水资源资产负债情况。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。