Development of a generalized method for nonpoint source load estimation

非点源负荷估计通用方法的开发

• 批准号: 21K05828
• 负责人: 多田 明夫
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05828/
• 关键词: Horvitz-Thompson推定量; 年単位LQ式; 低頻度; 長期; モニタリング; 水質; 低頻度データ; 長期データ; 面源負荷量; 土地利用; 不偏推定; 原単位

R4年度の研究成果は，面源負荷推定の一般化に必要な，河川負荷量の推定精度の向上をはかる方法の開発である。R3年度の研究成果として，長期間にわたる日単位の河川流量データと低頻度（月１回）の河川水質モニタリングデータから，年単位の総流出量QTと年単位の総流出負荷量LT間のべき乗型関係式（年単位LQ式）を推定する方法を開発し，研究当初想定していたchemostaticな両者の線形関係に代わる面源を含む河川負荷の推定法とした。この方法は適切な年単位LQ式の信頼区間を与えうるものであったが，不偏推定量であるHorvitz-Thompson（HT）推定量に基づき年単位LQ式の信頼区間を推定すると，月１回の低頻度データではその幅が非常に大きくなる（不確かさが大きくなる）という課題があった。このためR4年度には，年単位あるいはそれ以上の長期間の河川負荷推定量の不確かさを縮小する推定手法の開発を行った。具体的には，不偏推定量であるHorvitz-Thompson推定量に，河川の瞬間流量や採水時刻といった補助情報から河川の瞬間負荷量を関係づける非線形のrating curve（LQ式）をLQ式の推定量の偏り補正を行いつつ組み合わせたbias-corrected regression estimator（BCRE）を開発した。実際にこの方法によれば，多くの場合従来のHT推定量よりも狭い信頼区間を構成することが可能であった。またHT推定量では懸濁態項目を中心として，低流量時に観測データが集中しやすい月１度の定期調査データでは負荷推定量の信頼区間の被覆確率が低下するという問題があったが，BCREはこの被覆確率の低下をも改善する手法である。この手法を用いて，年単位LQ式の推定精度の向上を図るとともに，更に簡便で精度の高い河川水質の代表値として10年平均流量加重平均濃度の採用の是非を検討した。

R4年的研究成果是开发了一种提高河流负荷估算精度的方法，这对于地表源负荷估算的推广是必要的。作为R3年的研究成果，我们根据长期的逐日河流流量数据和低频（每月一次）河流水质监测数据计算了年总径流QT和年总径流负荷LT。开发了一种估计类型关系方程（年度LQ方程）的方法，并将其用作估计包括地表源在内的河流负荷的方法，而不是最初假设的两者之间的化学静态线性关系。该方法能够为年度 LQ 方程提供适当的置信区间，但如果年度 LQ 方程的置信区间是基于无偏 Horvitz-Thompson (HT) 估计器估计的，则可以估计每年一次的 LQ 方程每月一次。低频数据的问题是范围变得非常大（不确定性增加）。为此，在R4年，我们开发了一种估算方法，以减少年度或更长时间内河流负荷估算的不确定性。具体来说，我们估计一条非线性评级曲线（LQ 方程），该曲线将河流的瞬时负荷从瞬时河流流量和水采样时间等辅助信息与 Horvitz-Thompson 估计器联系起来，这是一个无偏估计器。结合了定量偏差校正的偏差校正回归估计器 (BCRE)。事实上，使用这种方法通常可以构建比传统 HT 估计器更窄的置信区间。此外，HT估计器还存在负荷估计器置信区间的覆盖概率随着每月定期调查数据而下降的问题，这种方法倾向于将观测数据集中在低流量处，主要集中在悬浮项目上，而BCRE是一种也改善了覆盖概率的下降。利用该方法，旨在提高年LQ公式的估算精度，并考察了使用10年平均流量加权平均浓度作为更简单、更准确的河流水质代表值的利弊。

项目成果

年負荷量と年流量の関係について

关于年负荷量与年流量的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: Daoluang Honglikith;Masayoshi Harada;Kazuaki Hiramatsu;Toshinori Tabata and Akinori Ozaki;多田明夫，田中丸治哉;萩原大生，石神暁郎，島本由麻，鈴木哲也;多田 明夫・田中丸治哉
• 通讯作者: 多田 明夫・田中丸治哉

Horvitz-Thompson 推定量による河川負荷量の不偏推定

使用 Horvitz-Thompson 估计器对河流负荷进行无偏估计

• 发表时间: 2022
• 作者: Daoluang Honglikith;Masayoshi Harada;Kazuaki Hiramatsu;Toshinori Tabata and Akinori Ozaki;多田明夫，田中丸治哉
• 通讯作者: 多田明夫，田中丸治哉

河川流下負荷量の不偏推定とその区間推定について

关于河流流量负荷的无偏估计及其断面估计

• 发表时间: 2022
• 作者: Ren Yamamoto;Masayoshi Harada;Kazuaki Hiramatsu and Toshinori Tabata;多田明夫，田中丸治哉
• 通讯作者: 多田明夫，田中丸治哉

Unbiased Estimates and Confidence Intervals of Riverine Loads for Low‐Frequency Water Quality Monitoring Strategies

低频水质监测策略河流负荷的无偏估计和置信区间

• DOI: 10.1029/2022wr031941
• 发表时间: 2022
• 期刊: Water Resources Research
• 影响因子: 5.4
• 作者: Akio TADA;Haruya TANAKAMARU
• 通讯作者: Haruya TANAKAMARU

Estimation of Decadal Averages of Annual Riverine Constituent Loads Based on Long-Term Low-Frequency Water Quality Monitoring Data

基于长期低频水质监测数据的年河流成分负荷十年平均值估算

• DOI: 10.11408/jsidre.90.i_279
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of The Japanese Society of Irrigation, Drainage and Rural Engineering
• 作者: 近森秀高・工藤亮治・丸尾啓太;長崎文博，小林秀一，鈴木哲也;多田明夫，田中丸治哉
• 通讯作者: 多田明夫，田中丸治哉