TCSES 72-2022 流域水环境模型评估验证技术指南

ICS13.020CCSZ00/09团体标准T/CSES72—2022流域水环境模型评估验证技术指南Technicalguidanceonevaluationofenvironmentalmodelsforwatershedmanagement（发布稿）2022-11-08发布2022-11-08实施中国环境科学学会发布T/CSES72—2022I目次前言.................................................................................II1范围................................................................................12规范性引用文件......................................................................13术语和定义..........................................................................14总体原则和要求......................................................................35管理决策目标分析....................................................................46模型适用性初步评估..................................................................57模型结构特征评估....................................................................58模型数据质量评估....................................................................79模型模拟性能评估....................................................................810模型决策功能评估..................................................................1011评估验证报告编制..................................................................11附录A（规范性）流域水环境模型评估验证指标体系和支撑技术..............................12附录B（资料性）流域水环境模型评估验证技术清单........................................13附录C（资料性）典型流域水环境模型的适用条件..........................................15附录D（资料性）流域水环境模型模拟效果评价指标及其精度参考值..........................18附录E（资料性）流域水环境模型评估验证报告提纲........................................19参考文献.............................................................................22T/CSES72—2022II前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由清华大学提出。本文件由中国环境科学学会归口。本文件起草单位：清华大学。本文件主要起草人：孙傅、秦成新、荣易、刘毅、杜鹏飞、曾思育、董欣。T/CSES72—20221流域水环境模型评估验证技术指南1范围本文件规定了流域水环境模型评估验证的总体原则和要求、管理决策目标分析、模型适用性初步评估、模型结构特征评估、模型数据质量评估、模型模拟性能评估、模型决策功能评估、评估验证报告编制等内容。本文件适用于支持管理决策的流域水环境模型的评估验证，其它类型和用途的流域水环境模型的评估验证可参照本文件执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T22482水文情报预报规范GB/T50138水位观测标准GB50179河流流量测验规范HJ91.1污水监测技术规范HJ493水质样品的保存和管理技术规定HJ494水质采样技术指导HJ495水质采样方案设计技术规定HJ819排污单位自行监测技术指南总则HJ915地表水自动监测技术规范（试行）SL58水文测量规范SL59河流冰情观测规范SL196水文调查规范SL257水道观测规范SL/T278水利水电工程水文计算规范SL339水库水文泥沙观测规范SL/T784水文应急监测技术导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。流域水环境模型environmentalmodelforwatershedmanagement模拟地表水体及其集水区域中水、污染物、生物等迁移和转化过程的数学模型，通常包括水文、水动力、水质、水生态等功能模块。模型概化modelconceptualization抽象和简化模拟对象的系统组成、特征、行为、机理及其关键影响因素的过程。模型评估验证modelevaluationT/CSES72—20222为确定模型及其结果质量是否适宜支持管理决策而收集和产生信息的过程。变量variable描述模拟对象的系统状态以及输入和输出特征、随时间或空间变化且可观测或可估计的量。参数parameter描述模拟对象系统过程特征而不依赖于时间或空间以及变量的常量。参数率定parametercalibration在合理范围内调整模型参数取值，使模型输出结果与观测数据之间偏差达到一定要求的过程。参数验证parametervalidation利用参数率定得到的模型参数和独立于参数率定数据的观测数据，检验模型模拟效果的过程。边界条件boundarycondition描述模拟对象系统边界上变量及其变化率并对系统状态具有决定作用的数据集。灵敏度sensitivity模型输出受模型假设、输入、参数等变化的影响程度。不确定性uncertainty模型机理、参数取值、输入数据、观测误差等存在的知识空白。可识别性identifiability在一定的模型结构和观测数据条件下，模型从理论上可求解并获得唯一或有限数量参数取值的能力。稳健性robustness模型在其全部适用范围内均具有良好模拟性能的能力。机理模型mechanisticmodel基于对模拟对象物理、化学、生物等过程的认识，建立的可定量表征模拟对象行为与内在机理之间因果关系的模型。经验模型empiricalmodel基于观测数据之间相关关系建立的可用于定量模拟对象行为的模型。T/CSES72—20223等效性equifinality不同的模型结构、参数取值等产生相同模拟效果的现象。回顾评价retrospectiveassessment利用流域或水体的历史数据，分析水量、水质、水生态、污染物排放状况及其时空变化特征等，进而对污染源贡献、水环境容量、污染防治效果、自然环境变化等做出评价和决策的过程。预警应急real-timealertandresponse利用实时数据以及风险预警、污染溯源等机制，识别、预警流域或水体的自然灾害、事故污染等突发事件，预测突发事件演化趋势及其对生态环境、经济社会等的影响，评估应急预案效果，进而对突发事件影响、应急预案实施等做出评价和决策的过程。规划评估planningassessment基于流域或区域的水资源、水环境和水生态现状条件，分析未来经济社会发展的相关政策规划和建设项目以及自然环境变化等对流域或水体的影响，评估污染防治等应对措施的必要性和效果，进而对政策规划和建设项目的环境影响、自然环境变化的影响、污染防治措施实施等做出评价和决策的过程。4总体原则和要求总体原则4.1.1需求导向流域水环境模型评估验证的目的是为了检验模型是否适宜支持管理决策，不同的决策需求对模型功能要求不同，评估验证内容和技术要求应与决策需求相适应。4.1.2分类评估流域水环境模型的模拟对象、建模方法、开发和应用基础、决策应用潜在的风险等存在差异，其评估验证内容和技术要求应结合实际、差别化处理。4.1.3应用支撑流域水环境模型评估验证除了做出模型是否适宜支持管理决策的结论之外，还应结合评估验证过程得到的结果为模型在实际决策中的合理、规范应用提供技术建议。总体要求4.2.1流域水环境模型在服务国家或地方相关主管部门的管理决策之前，应开展评估验证，评价其对相应管理决策目标的适用性，充分考虑并降低不确定条件下的管理决策风险。4.2.2流域水环境模型评估验证应包括管理决策目标分析、模型适用性初步评估、模型结构特征评估、模型数据质量评估、模型模拟性能评估、模拟决策功能评估、评估验证报告编制七个步骤，技术框架见图1。4.2.3模型结构特征评估、模型数据质量评估、模型模拟性能评估、模型决策功能评估的评价指标体系和支撑技术应符合附录A要求，可采用附录B所列技术针对各项评价指标开展评估验证。T/CSES72—20224图1流域水环境模型评估验证技术框架5管理决策目标分析应明确流域水环境模型所需支持的管理决策目标，分析不同管理决策目标对模型应用的要求。管理决策目标包括回顾评价、预警应急和规划评估。用于回顾评价决策的流域水环境模型宜符合以下规定：a）模拟的时间精度可为日、月或年；b）应对均值、总量、通量类指标具有较好的模拟效果；T/CSES72—20225c）若管理决策涉及风险评价，应对极值类指标具有较好的模拟效果。用于预警应急决策的流域水环境模型宜符合以下规定：a）模拟的时间精度宜达到日、小时或更短；b）应对极值、时间分布、空间分布类指标具有较好的模拟效果；c）应具有较高的计算效率。用于规划评估决策的流域水环境模型宜符合以下规定：a）模拟的时间精度可为日、月或年；b）应对均值、总量、通量类指标具有较好的模拟效果；c）若管理决策涉及风险评价，应对极值类指标具有较好的模拟效果。6模型适用性初步评估初步评估宜按照以下步骤进行：a）结合管理决策目标需求（见第5章），通过文献调研、市场调研等方式遴选候选的流域水环境模型，典型流域水环境模型及其适用条件可参考附录C；b）应评估候选模型的模拟变量、模拟方式、时间和空间精度、计算效率等与管理决策目标的匹配程度，以及模型所需数据的可获得性（参照8.1.1.1）；c）若候选模型不适用，但其具备二次开发条件且二次开发后可能适用，则可在完成二次开发后重新评估其适用性；d）候选模型或经过二次开发后的候选模型适用，则初步评估完成；反之，应重新选择候选模型，重复上述步骤。初步评估可判定模型不适用的情形包括但不限于以下种类：a）模拟变量未包含管理决策相关的观测指标、调控手段等，或未能与之建立关联关系；b）模拟的时间动态性、空间维度等无法满足管理决策需求；c）模拟结果的时间和空间分辨率未达到管理决策所需的精度；d）计算效率无法满足管理决策的时效性要求；e）在管理决策允许的时间、资源等条件下，可获得的数据无法满足模型模拟需求，且无合理可行的数据替代措施。7模型结构特征评估通用要求7.1.1建模机理7.1.1.1模型概化宜符合以下规定：a）应基于模拟对象的实际和科学合理的假设，概化模拟对象的系统组成、特征、行为等；b）应服务管理决策目标，涵盖与决策目标相关的系统主要组成、特征、行为等，保持较好