[发明专利]一种基于贡献度的科普勒函数地下水位分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于贡献度的科普勒(Copula)函数地下水位分析方法，属于联合概率分析技术领域。

背景技术

水作为实现经济社会可持续发展的重要战略性资源,具有不可替代的作用。而地下水资源作为其中重要的组成部分,不仅弥补了地表水资源时空分布不均匀引起的区域供水不足,同时也支撑了生态环境的和谐。地下水为国民经济发展和人民生活水平提高提供了水源保证,做出了巨大贡献,但近年来，由于无序开采,地下水严重超采,特别是在河北、山西等地，引发了地下水位持续下降及其一系列的水环境问题。为实施最严格的水资源管理制度,加强对地下水资源优化配置,在及时掌握地下水动态的前提下,了解其的变化十分必要,地下水预测分析工作也是当前地下水研究的热点。

最早对地下水的分析研究方法采用的是比较简单的水均衡方法和水文地质比拟法，后来随着计算机的普遍应用，数值模拟法的使用日益广泛。由于确定性模型对于复杂的水文地质条件的模拟难以保证精度，随机模型方法也应运而生，主要有回归分析法、灰色模型和时间序列模型等。

地下水的补给来源主要是降雨，消耗主要是人类的开采，目前进行地下水位分析研究具有局限性。首先，目前的研究并没有考虑二者对于地下水位变化的贡献度问题，仅仅将二者作为影响因素带入模型进行预测分析，缺少对权重的考虑；其次，并没有从联合分布的角度去探求地下水位变化补给消耗之间的关系，从概率学的角度给出可能存在的风险，为决策者提供依据。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于贡献度的科普勒函数地下水位分析方法，以解决目前在进行地下水位分析是缺少对不同因素对地下水位变化贡献度的考虑，同时没有从联合概率分布的角度去研究地下水位和影响地下水位因素的补给消耗之间的概率关系。

本发明提出的基于贡献度的科普勒函数地下水位分析方法，包括以下步骤：

(1)获取待分析区域的相关资料，包括：从待分析区域所属水文部门获取待分析区域最近30年中各年平均地下水位资料A_年和最低地下水位资料A_低，从待分析区域所属政府规划部门获取待分析区域最近30年中各年第一产业、第二产业和第三产业分别的地下水使用量C₁、C₂、C₃和获取待分析区域最近30年中各年地下水总使用量C，从待分析区域所属水文部门获取待分析区域最近30年中年降雨资料B_年，从待分析区域所属政府管理部门获取待分析区域最近30年中各年第一产业增加值D₁、第二产业增加值D₂和第三产业增加值D₃；

(2)根据上述步骤(1)获取的数据，分别计算第一产业、第二产业和第三产业的地下水消耗占地下水总消耗的权重α₁、α₂和α₃如下：

上式中，为上述各年地下水总使用量C的多年平均值，分别为各年第一产业、第二产业和第三产业分别的地下水使用量C₁、C₂、C₃的多年平均值；

通过下式，计算得到地下水消耗指数W：

W_i＝D_1i×α₁+D_2i×α₂+D_3i×α₃ i＝1,2,3…..30

上式中，下标i代表年份，W_i表示各年的地下水消耗指数，D_1i、D_2i、D_3i分别为各年第一产业、第二产业、第三产业的增加值，α₁、α₂、α₃分别为第一产业、第二产业和第三产业地下水消耗占地下水总消耗的权重；

(3)根据上述步骤(1)获取的数据，画出年最低地下水位A_低和时间的线性关系图，横坐标为年份，纵坐标为各年最低地下水位值，从最低地下水位A_低和时间的线性关系图中得到地下水位变化的拐点年份；