分湖控藻绩效评估法的制作方法

本发明属于环境保护与管理领域，具体地说，尤其涉及基于滤波轨线的一种分湖控藻绩效评估法。
背景技术：
：目前的湖泊富营养化评价大致有达标评价、营养状态评估、藻华灾害程度评估三个层面：1)地表水达标评价以tp为主、以tn为辅的一主一辅的氮磷双控考核，认为其可以反映藻华(chla)的变化。2)富营养化状态评估以chla为主，以tp、tn、高锰酸盐指数和透明度为辅的一主四辅的加权平均(综合营养指数tliσ)评价。3)藻华灾害程度评估目前太湖等湖泊有藻华的灾害等级评价，强调范围及强度，以及年度评价中增加的频次。即考虑藻华密度(chla)的年内峰值、分布面积等。但在实际实施中，发现存在着以下缺陷：1)地表水达标评价缺点是：(1)全国一标，必然会存在较大范围的过保护及欠保护情况，5个分类虽降低过保护及欠保护情况。(2)不考核chla，在背景环境因子出现趋势变化时，对很多湖泊的富营养化状态产生误判。如水资源枯竭、气候变暖等趋势下，欠保护程度及范围会逐步加大。例如，“依法被污染”的情况-氮磷达标，藻华严重。2)富营养化状态评估缺点是：(1)全国一标，且采用的是回归线控制，约50％的保证率，背景条件平稳时过保护及欠保护大致相当，严格的讲欠保护范围可达40-50％；背景条件恶化时过欠保护增加，欠保护范围超过40-50％；。(2)由于辅助指标过多，任何一个辅助指标不是限制因子时，均对富营养化水平及程度产生一定影响，而多个辅助指标不是限制因子时，影响加大。例如，“被依法污染”的情况-依chla评价持续贫营养状态，tn持续劣v类重富营养，综合评价可能是轻、中富营养化，但实际贫营养化被认为超载。(3)忽视单指标的tli的定位功能，如tli(chla)指标最大时，实际的富营养化危害具有决定性以包含辅助指标的作用及其他作用，计算中以四个辅助指标的影响权重降低富营养化危害程度的评估是不合理的，当且仅当主控指标低才具有一定的合理性。(4)tli方法仅适用于chla与营养物存在协调关系(正相关)时段可用，而目前许多湖泊处在非典型的非协调段，并不适用于改方法。3)藻华灾害程度评估缺点是：目前标准中对tp、tn并无对应的时间保证率的明确要求要求及对应藻类密度的控制要求，导致即使tp、tn100％达标，也可能对应60-90％的藻华爆发。因此急需开发一种克服上述缺陷的分湖控藻绩效评估法。技术实现要素：为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于滤波轨线的分湖控藻绩效评估法，其中，包含以下步骤：均值滤波轨线建立步骤：采用滤波方法建立chla值与限制营养物浓度的均值滤波轨线；等效射线建立步骤：在所述均值滤波轨线上寻找等效率轨线，并根据所述等效率轨线建立等产藻效率值的等效射线；极值射线建立步骤：根据所述等效射线在所述均值滤波轨线上寻找拐点建立至少一条过零点的极值射线；效益值获得步骤：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点，并通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述等效射线及所述极值射线获得评估参考点，根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述效益值获得步骤中包括：定义时间点步骤：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点；评估参考点获得步骤：通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述等效射线及所述极值射线的最近或最适交点获得评估参考点；效益值获得步骤：根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点的chla值获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述均值滤波轨线建立步骤中所述均值滤波轨线为年度均值滤波轨线，所述起点时间点为起点年份，所述终点时间点为终点年份。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述等效射线建立步骤中所述等效率轨线为与过零点的所述极值射线重合较多的轨线。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述等效射线建立步骤中所述等效射线为多条。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述极值射线建立步骤中，所述拐点为产藻效率最高或最低的拐点。本发明还提供一种基于滤波轨线的分湖控藻绩效评估法，其中，包含以下步骤：均值滤波轨线建立步骤：采用滤波方法建立chla值与限制营养物浓度的均值滤波轨线；趋势外推线建立步骤：在所述均值滤波轨线上寻找拐点，并根据所述拐点建立趋势外推线；效益值获得步骤：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点，并通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述趋势外推线获得评估参考点，根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述效益值获得步骤中包括：定义时间点步骤：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点；评估参考点获得步骤：通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述趋势外推线的最近或最适交点获得评估参考点；效益值获得步骤：根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点的chla值获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述趋势外推线建立步骤中包括：分段步骤：根据所述拐点对所述均值滤波轨线进行分段；趋势外推线获得步骤：在所有分段选择chla-限制性营养物协调分段建立所述趋势外推线。上述的分湖控藻绩效评估法，其中，于所述均值滤波轨线建立步骤中所述均值滤波轨线为年度均值滤波轨线，所述起点时间点为起点年份，所述终点时间点为终点年份。针对于现有技术本发明的功效在于：基于滤波轨线的分湖控藻绩效评估法，可评估治理项目和背景条件对控藻过程的贡献，采用视在效率(治理过程前后叶绿素a浓度的减量)、实在效率(治理项目措施减量)、潜在效率(背景条件影响减量)的解析方法，可以分析背景条件发生趋势变化时，如何从视在效率中看到减污工程的实在效率，可以识别实在效率与潜在效率的相对变化，从而不会因视在效率低而否认减污过程的贡献；也不会因视在效率高而夸大减污过程的贡献，从而避免误判投资效益；而潜在效率的持续为负，往往会促进治理投资向湖泊生境的恢复及保护倾斜。合理的控藻绩效评估可为富营养化湖泊恢复措施的调整提供技术支持，以利于实现精准的水质目标过程管理。附图说明图1为本发明分湖控藻绩效评估法第一实施例的流程图；图2为图1的分步骤流程图；图3为基于图1的控藻绩效评估图；图4为本发明分湖控藻绩效评估法第二实施例的流程图；图5-6为图4的分步骤流程图；图7为基于图4的第二实施例的控藻绩效评估图；图8为基于图4的第三实施例的控藻绩效评估图；图9为案例一和二的控藻绩效评估图；图10为案例三的控藻绩效评估图。具体实施方式下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。为更好地阐述本发明，以下将涉及本发明的相关名词进行相应地解释。视在效益bs：治理项目前后chla浓度的减量。直接体现的直观或表观效果。综合影响可由湖内的监控藻类初级生产力指标chla和营养物浓度指标tp(tn)趋势变化表达出来。实在效益br：减污项目对chla浓度的减量贡献。治理措施产生的效益，即项目实施后的自身达到的效果(不是指设计效益。这里不讨论设计效益与实施效益之差及原因)。背景条件无趋势性变化时，有无治理项目的chla浓度的减量改变。潜在效益bp：背景条件对chla的减量贡献。为视在效益与实在效益之差,体现背景条件的贡献或治理措施之外的其他贡献。当治理期间背景条件过程平稳，则视在效益与实在效益等同。无治理项目时，背景条件趋势性变化导致chla浓度的减量改变。与效益对应的效率也可同样定义，将效益除以初值，可得视在效率es、实在效率er和潜在效率ep。chla为湖水中叶绿素a含量(mg/m3)；tp为湖水中总磷浓度(mg/m3)。以下请参照图1-3，图1为本发明分湖控藻绩效评估法第一实施例的流程图；图2为图1的分步骤流程图；图3为基于图1的控藻绩效评估图。如图1-3所示，本发明分湖控藻绩效评估法包括：均值滤波轨线建立步骤s11：采用滤波方法建立chla值与限制营养物浓度的均值滤波轨线l0，其中所述均值滤波轨线为年度均值滤波轨线，所述起点时间点为起点年份，所述终点时间点为终点年份，但本发明并不以此为限；等效射线建立步骤s12：在所述均值滤波轨线上寻找等效率轨线，并根据等效率轨线等产藻效率值的等效射线，其中所述等效射线为与过零点的极值射线重合较多的轨线，所述等效射线可以为多条；极值射线建立步骤s13：根据所述等效射线在所述均值滤波轨线上寻找拐点建立至少一条过零点的极值射线，所述拐点为产藻效率最高或最低的拐点；效益值获得步骤s14：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点，并通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述等效射线及所述极值射线获得评估参考点，根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。进一步地，于所述效益值获得步骤s14中包括：定义时间点步骤s141：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点；评估参考点获得步骤s142：通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述等效射线及所述极值射线的最近或最适交点获得评估参考点；效益值获得步骤s143：根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点的chla值获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值，进而分析影响三效比例的原因，评估治理过程的得失，提出改进的对策。以下结合图3进一步说明本发明分湖控藻绩效评估法。如图3所示，本实施例基于零点射线法进行三效分解，由于chla-tp总体非协调，加三条过零点的极值射线l1、l2、l3作为降藻效率评估的辅助线。根据设计的起点时间点s和评价终点时间点e，利用等值tp得到起点评估参考点rs和终点评估参考点re。表1和表2分别为根据终点估参考点和起点评估参考点估算的三效估值。可以看到治理的实在效益为正，但潜在效益超过实在效益导致视在效益为负。潜在效益的来源可以认为包括气候变暖(各种背景气象因子变化产藻效率提升)、运行水位抬高(强化藻型稳态不利大型水生植物恢复)等多种因素。本例假设终点时间点延伸到终点评估参考点产藻效率基本稳定，采用终点评估参考点评估可体现不治污大致可以达到chla高点(重富营养化)；假设起点时间点尚未进入稳固的藻型稳态，采用起点评估参考点可体现背景条件维持早期水平大致可以达到的治理后chla低点(轻富营养)。表3为两者效益的平均结果，从定性准确的角度看更合理一些。表1控藻治理效率评估—参考终点基础数据标识点年份chla(μg/l)起点s199222.6终点e201141.5参照终点re201178.8效率指标chla减量算式chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益chla(s)-chla(e)-84％-18.9实在效率-效益chla(re)-chla(e)165％37.3潜在效率-效益chla(s)-chla(re)-249％-56.2表2控藻治理效率评估—参考起点表3控藻治理效率评估平均结果效率指标chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益-84％-18.9实在效率-效益106％24.0潜在效率-效益-190％-42.9以下请参照图4-6，图4为本发明分湖控藻绩效评估法第二实施例的流程图；图5-6为图4的分步骤流程图。如图4-6所示，本发明分湖控藻绩效评估法包括：均值滤波轨线建立步骤s21：采用滤波方法建立chla值与限制营养物浓度的均值滤波轨线l0，其中所述均值滤波轨线为年度均值滤波轨线，所述起点时间点为起点年份，所述终点时间点为终点年份，但本发明并不以此为限；趋势外推线建立步骤s22：在所述均值滤波轨线上寻找拐点，并根据所述拐点建立趋势外推线l4；效益值获得步骤s23：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点，并通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述趋势外推线获得评估参考点，根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值。进一步地，于所述趋势外推线建立步骤s22中包括：分段步骤s221：根据所述拐点对所述均值滤波轨线进行分段；趋势外推线获得步骤s222：在所有分段选择chla-限制性营养物协调分段建立所述趋势外推线。更进一步地，于所述效益值获得步骤s23中包括：定义时间点步骤s231：在所述均值滤波轨线上定义起点时间点及终点时间点；评估参考点获得步骤s232：通过所述起点时间点或所述终点时间点的营养物浓度值与所述趋势外推线的最近或最适交点获得评估参考点；效益值获得步骤s233：根据所述起点时间点、所述终点时间点及所述评估参考点的chla值获得视在效益值、实在效益值及潜在效益值，进而分析影响三效比例的原因，评估治理过程的得失，提出改进的对策。以下结合图7进一步说明本发明分湖控藻绩效评估法，图7为基于图4的第二实施例的控藻绩效评估图。如图7所示，本实施例基于单调轨线延伸法，即采用实际分段滤波轨线得到参考点的方法，并利用单调轨线确定参考点的方法。若评价点不在轨线数据区间内，用实际分段滤波轨线向外延伸得到参考点。单调轨线延伸法假设：在滤波轨线的拐点之间一般为单调曲线，如果该线是协调的，假定背景条件平稳，则该线的外推是合理的，因此，通过该线上的点做回归线作为终点线的势轨线，从而根据起点确定参考点。单调轨线延伸法则不适合非协调段。由于chla-tp总体协调，四段轨线及其延伸线可作为降藻效率评估的趋势外推线。根据设计的起点时间点s和终点时间点e，利用等值tp得到起点评估参考点rs和终点评估参考点re。在本实施例中，为根据终点评估参考点re估算三效估值的算例，其算法与前述实施例大致相同，因此在此就不再赘述了。可以看到治理的实在效益为正，但潜在效益超过实在效益导致视在效益为负。潜在效益的来源可以认为包括气候变暖(各种背景气象因子变化产藻效率提升)、运行水位抬高(强化藻型稳态不利大型水生植物恢复)、入湖水量减少(产藻效率提升)等多种因素。从近期数据来看，近期tp总量减排及补水工程对上述负效应有抵消作用，保持入湖水量对于降藻更为有效。表4控藻治理效率评估—参考终点图8为基于图4的第三实施例的控藻绩效评估图。如图8所示，在本实施例中，为根据起点评估参考点rs估算三效估值的算例，由于chla-tp总体协调，四段轨线及其延伸线可作为降藻效率评估的辅助线。本实施例根据设计的评价起点s和评价终点e，利用等值tp得到参考起点rs。表5控藻治理效率评估—参考起点基础数据标识点滤波中点年份chla(μg/l)起点s199120终点e199660参照起点rs199630效率指标chla减量算式chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益chla(s)-chla(e)-200％-40实在效率-效益chla(s)-chla(rs)-150％-30潜在效率-效益chla(rs)-chla(e)-50％-10表5为根据起点评估参考点rs估算三效估值算例。这是污染早期的算例，可以看到三效均为负值，其中增污的实在效率为-50％，但潜在效益为-150％，为实在效益的3倍，即非污染损害远超直接污染损害。可以认为潜在效益的包括背景条件变化气候变暖影响以及与直接污染损害间接导致的草藻迁跃及沉水植物消亡，磷的产藻效率的提高，污染加1倍，损害翻两番。所以，浅水湖泊的保护应绝对避免“先污染后治理”的方式，否则将进入“越治越污”的极难恢复的轨道；而滞留时间长的浅水湖泊更应该避让为先，不让超背景的增量氮磷负荷入湖。请参照图9及图10，图9为案例一和二的控藻绩效评估图；图10为案例三的控藻绩效评估图；以下结合图9-10具体说明三效分解方法及关系：案例一：减污藻增升轨案例起点时间点s、终点时间点e和终点评估参考点re位置见图6的标记，并依据表7进行计算设治理项目前后背景条件由低势轨线l5-中势轨线l6-高势轨线l7。视在效益：bs＝chla(s)-chla(e)＝40-55＝-15μg/l实在效益：br＝chla(r)-chla(e)＝90-55＝35μg/l潜在效益：bp＝chla(s)-chla(r)＝40-90＝-50μg/l可以看到视在效率为负，但减污效率为正。减污的成效被背景条件的变化淹没。表7减污升轨降藻效率(效益)计算表基础数据标识点年份chla(μg/l)起点s199940终点e200755参照终点r200790效率指标chla减量算式chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益chla(s)-chla(e)-38％-15实在效率-效益chla(r)-chla(e)88％35潜在效率-效益chla(s)-chla(r)-125％-50案例二：增污藻减降轨案例起点时间点s、终点时间点e和终点评估参考点re位置见图6的标记，设增污前后背景条件由高势轨线l7-中势轨线l6-低势轨线l5。该例的三效评估结果见表8。可以看到视在效率为正，但减污效率为负。增污负效益被背景条件的正效益淹没。表8增污升轨降藻效率(效益)计算表基础数据标识点年份chla(μg/l)起点s199955终点e200740参照终点r200730效率指标chla减量算式chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益chla(s)-chla(e)27％15实在效率-效益chla(r)-chla(e)-18％-10潜在效率-效益chla(s)-chla(r)45％25案例三：减污藻减升轨案例起点时间点s、终点时间点e和终点评估参考点re位置见图7的标记，设治理项目前后背景条件由低势轨线l5-中势轨线l6-高势轨线l7。该例的三效评估结果见表9。可以看到视在效率较小，减污效率很大，为视在效率的6倍。若不实施减污，chla会增加2倍；实施减污，chla降低25％。表9增污升轨降藻效率(效益)计算表基础数据标识点年份chla(μg/l)起点s2000110终点e2010100参照终点r2010155效率指标chla减量算式chla降效(％)chla(μg/l)减量视在效率-效益chla(s)-chla(e)9％10实在效率-效益chla(r)-chla(e)50％55潜在效率-效益chla(s)-chla(r)-41％-45从以上三例可以看出，在背景条件发生趋势变化时，可从视在效率中看到控藻工程项目的实在效率，能有效识别实在效率与潜在效率的相对变化，减少效率评估的误判。综上所述，本发明采用分湖年尺度的chla和tp数据，基于低通滤波轨线识别背景条件的趋势变化引起的chla-tp响应关系变化，进行控藻绩效三效分解，同时首创零点射线法、单调轨线延伸法应用于控藻绩效评估。因此基于滤波轨线的分湖控藻绩效评估法，可评估治理项目和背景条件对控藻过程的贡献，采用视在效率(治理过程前后叶绿素a浓度的减量)、实在效率(治理项目措施减量)、潜在效率(背景条件影响减量)的解析方法，可以分析背景条件发生趋势变化时，如何从视在效率中看到减污工程的实在效率，可以识别实在效率与潜在效率的相对变化，从而不会因视在效率低而否认减污过程的贡献；也不会因视在效率高而夸大减污过程的贡献，从而避免误判投资效益；而潜在效率的持续为负，往往会促进治理投资向湖泊生境的恢复及保护倾斜。合理的控藻绩效评估可为富营养化湖泊恢复措施的调整提供技术支持，以利于实现精准的水质目标过程管理。需要说明的是：以上实施例仅仅用以说明本发明，而并非限制本发明所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。当前第1页12