CN102183620A - 一种水源水质污染及污染程度判断的方法 - Google Patents
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Abstract
一种水源水质污染及污染程度判断的方法，包含如下步骤：(1)设定原水水质的固定阈值PW和变化幅度值M；(2)将一段时间t1内原水水质数据值P与固定阈值PW进行比较；(3)将一段时间t1内的原水水质数据变化幅度值Pt1-Pt0与变化幅度值M进行比较；(4)P＞PW或P＜PW与Pt1-Pt0＞M的其中一个条件满足时触发报警(5)原水水质受到污染后，计算水质污染的紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R；(6)通过计算紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R之间的相互关系来计算出原水的水质受污染的程度IWI。有益效果是在水质污染及异常时，能够准确判别是否发生水质污染，以及污染的程度，对后续的应急处置和决策指挥具有重要的参考意义。
Description
技术领域
本发明属于环境监测、水源水质监测预警及水资源保护领域，尤其是涉及一种水源水质污染及污染程度判断的方法。
背景技术
近年来，我国突发性水源污染事件频繁发生，严重威胁着城市供水水质安全。突发性水源污染事故不同于一般的环境污染，这些事件没有固定的排放方式和排放途径，突然发生、来时凶猛，往往在短时间内排放出大量的污染物，且种类繁多，涉及的因素较多。水源水质一旦受到污染，若不能及时发现并采取有效措施，将导致受污染的原水进入供水系统，增大净水工艺的运行负荷，影响供水企业运行的稳定性，严重时将影响整个供水系统的稳定性和供水水质的安全性，对广大人民群众的身体健康造成威胁，同时也影响到社会的稳定和城市的可持续发展。对供水企业和水质监管机构而言，快速监测、识别原水水质异常与污染，保障供水水质安全成为亟待解决的问题。
水源水质污染事故具有突发性、信息水平低的特点。事故发生后，往往缺乏客观的受污水体水质情况，而不能采取科学、合理、有效的应急响应和处置，而污染事故应急初期一段时间内的处置措施得当与否，往往决定了整个事故处置全过程的成败。因而，事故发生时，准确判别是否发生水质污染，以及污染的程度，对后续的应急处置和决策指挥具有重要的参考意义。
目前，但针对水源水质污染的识别和污染级别确定方法的研究相对滞后，尚没有一套科学、合理水质污染判别方法。现有的监测报警、预警方法往往简单的依据国标或地方标准进行确定，水质异常级污染程度判断缺乏科学合理的方法，对突发原水水质污染的应急响应仍旧很被动。所以针对上述特点，急需一种对水源水质污染及污染程度的判断方法，通过对在线监测数据的评估、判断，及时识别水质污染，并对污染程度作出判断，为应急处置提供科学依据。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，克服现有技术中水质是否被污染及污染程度确定所存在的难点，本发明提供一种水源水质污染及污染程度判断的方法以解决上述缺陷和问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)设定某水质监测指标的固定阈值PW和变化幅度值M；
(2)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据平均值P与固定阈值PW进行比较；
(3)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据的变化幅度值Pt1-Pt0与变化幅度阈值M进行比较；
(4)如果P＞PW或P＜PW与Pt1-Pt0＞M的其中一个条件满足时，再进一步验证t2时段内的原水水质数据P2＞PW或P2＜PW与Pt2-Pt0＞M是否满足，若满足，触发报警；否者视为仪器测量误差，不予报警；
(5)确定原水水质受到污染后，计算水质污染的紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R；
(6)通过计算紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R之间的相互关系来确定水质污染的程度及分级。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的固定阈值
所述ρ为水厂出厂水质指标控制限值，所述β为整个供水系统对目标物质的去除能力。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的固定阈值 为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的固定阈值
为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差；当P＞PW时，则原水水质处于风险状态，提醒相关人员注意。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述监测数据的标准偏差
其中Xi为时段t1内的监测值，
为时段t1内监测数据的平均值，n为时段t1内监测数据的个数。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的变化幅度阈值M为正常水质下的水质参数变化幅度δ的最大值δmax与污染水质下水质参数变化幅度
的最小值
中较大的数值。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述紧急性指标L根据水质监测点相对取水口的位置进行计算：
监测点位于水厂的取水口的，紧急性指标L为I级，L＝4；
监测点位于水源保护区内的，紧急性指标L为II级，取值范围为3≤L＜4，依据公式
计算，其中Cmax为水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；
监测点位于准水源保护区内的，紧急性指标L为III级，取值范围为2≤L＜3，依据公式
计算，其中Cmax为准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；；
监测点位于非水源保护区内的，紧急性指标L为IV级，取值范围为1≤L＜2，依据公式
计算，其中Cmax准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述危害性指标H根据污染物的有毒有害特性和对人体健康的危害程度进行分级，实际中根据污染物的具体毒性进行赋值：
污染物为剧毒或具有急性毒性的，危害性指标H为I级，H＝4；
污染物为中度毒性或一般急性的，危害性指标H为II级，H＝3；
污染物为微毒的，危害性指标H为III级，H＝2；
污染物无毒的，危害性指标H为IV级，H＝1。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述严重性指标S的计算方法为：
当P＞PW时，严重性指标S＝P/PW+(Pt1-Pt0)/M；
当P＜PW时，严重性指标S＝PW/P+(Pt1-Pt0)/M。
进一步将严重性指标S也划分为4级：
S≥4，严重性指标S为I级；
3≤S＜4，严重性指标S为II级；
2≤S＜3，严重性指标S为III级；
1≤S＜2，严重性指标S为IV级。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述迁移性指标R根据污染物经输水管渠或水厂净水工艺后被去除的程度进行分级：
污染物可去除10％以下的，迁移性指标R为I级，R＝4；
污染物可去除50％以下的，迁移性指标R为II级，取值范围为3≤R＜4，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以下的，迁移性指标R为III级，取值范围2≤R＜3，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以上的，迁移性指标R为IV级，取值范围为1≤R＜2，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述水质污染程度由水质污染综合指数IWI来进行分级，IWI通过以下方法计算：
IWI＝紧急性指标L×危害性指标H×严重性指标S×迁移性指标R
当Lk下×Hk×Sk下×Rk下≤IWI＜Lk上×Hk×Sk上×Rk上时，KIWI＝K
即IWI≥256 时，KIWI＝I
256＞IWI≥81 时，KIWI＝II
81＞IWI≥16 时，KIWI＝III
16＞IWI≥1 时，KIWI＝IV
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk上、Lk下分别为紧急性指标第k分级的上、下限值；
Hk上、Hk下分别为危害性指标第k分级的上、下限值；
Sk上、Sk下分别为严重性指标第k分级的上、下限值；
Rk上、Rk下分别为迁移性指标第k分级的上、下限值。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述水质污染程度的分级，通过以下方法计算：
KIWI＝max{Lk，Hk，Sk，Rk}
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk为紧急性指标的分级；
Hk为危害性指标的分级；
Sk为严重性指标的分级；
Rk为迁移性指标的分级。
上述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述水质污染程度IWI的分级如下：
I级：严重污染，即污染物危害性较大，且无法被现有处理工艺去除；
II级：中度污染，即污染物危害性较大，但通过调整处理工艺或投加药剂，可以去除部分污染物；
III级：轻度污染，即污染物危害中毒，不影响处理工艺；
IV级：微污染，属于污染物容易被去除，无危害性。
本发明的有益效果是：在水质污染及异常时，能够准确判别是否发生水质污染，以及污染的程度，对后续的应急处置和决策指挥具有重要的参考意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1为本发明的流程图。
图2为持续性水质污染的水质参数超过正常水质参数的变化图。
图3为持续性水质污染的水质参数低于正常水质参数的变化图。
图4为突发性水质污染的水质参数变化图。
图5为水质污染的程度示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参看图2、图3和图4，水质污染分为持续性水质污染和突发性水质污染，并且两种水质污染的水质参数变化不相同，图2为持续性水质污染的水质参数超过正常水质参数的变化图，表现为水质呈趋势性恶化，水质指标参数逐渐超过正常值；图3为持续性水质污染的水质参数低于正常水质参数的变化图，表现为水质呈趋势性恶化，水质指标参数逐渐低于正常值；图4为突发性水质污染的水质参数变化图，表现为水质污染很突然，水质指标参数急剧变化，且污染越严重，变化的幅度也越大。所以本发明方法判断原水水质是否被污染的时候采用固定阈值报警和变化幅度值报警相结合的方法进行判断。
参看图1，一种水源水质污染及污染程度判断的方法，包含如下步骤：
(1)设定原水水质的固定阈值PW和变化幅度值M；
在计算固定阈值PW的时候，可以采取
的公式来计算，其中ρ为水厂出厂水质指标控制限值，采用《生活饮用水卫生标准GB5749-2005》或《城镇供水水质标准CJ/T 206-2005》中规定限值；β为整个供水系统对目标物质的去除能力，通过分析检测原水和出厂水的相应浓度得出整个供水系统对目标物质的去除能力β。
固定阈值PW还可以通过公式
为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差；其中时段t1内监测数据的标准偏差
Xi为时段t1内的监测值，
为时段t1内监测数据的平均值，n为时段t1内监测数据的个数。
以上两种计算固定阈值PW的方法，在实际操作中需要根据现场情况以及已知的一些条件等来分别适用。
变化幅度阈值M确定采用统计分析与试验相结合的方法，即对原水水质的历史数据进行分析，重点分析水质正常波动时前后时刻或某时段内的水质参数的变化幅度δ，计算出δ的最大值δmax；分析水质异常、污染时(或通过在原水中加入一定浓度的特征污染物质后)，分析水样前后时刻或某时段内的水质参数变化幅度
计算出
的最小值
取δmax和
中较大者作为M的值。所以M为正常水质下的水质参数变化幅度δ的最大值δmax与污染水质下水质参数变化幅度的最小值中较大的数值。
(2)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据平均值P与固定阈值PW进行比较；
(3)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据的变化幅度阈值Pt1-Pt0与变化幅度阈值M进行比较；
(4)如果P＞PW或P＜PW与Pt1-Pt0＞M的其中一个条件满足时，需要再进一步验证t2时段内的原水水质数据P2＞PW或P2＜PW与Pt2-Pt0＞M是否满足，若满足，触发报警；否者视为仪器测量误差，不予报警。
如果原水水质的固定阈值
为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差；且当P＞PW时，则原水水质处于风险状态，提醒水质监测的工作人员水质可能存在异常和潜在的污染，注意提前防范，达到一个预防的效果。
(5)确定原水水质受到污染后，计算水质污染的紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R，具体的计算方法如下：
紧急性指标L根据水质监测点相对取水口的位置进行计算：
监测点位于水厂的取水口的，紧急性指标L为I级，L＝4；
监测点位于水源保护区内的，紧急性指标L为II级，取值范围为3≤L＜4，依据公式
计算，其中Cmax为水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；
监测点位于准水源保护区内的，紧急性指标L为III级，取值范围为2≤L＜3，依据公式计算，其中Cmax为准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；
监测点位于非水源保护区内的，紧急性指标L为IV级，取值范围为1≤L＜2，依据公式计算，其中Cmax准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离。
危害性指标H根据污染物的有毒有害特性和对人体健康的危害程度进行分级，实际中根据污染物的具体毒性进行赋值：
污染物为剧毒或具有急性毒性的，危害性指标H为I级，H＝4；
污染物为中度毒性或一般急性的，危害性指标H为II级，H＝3；
污染物为微毒的，危害性指标H为III级，H＝2；
污染物无毒的，危害性指标H为IV级，H＝1。
严重性指标S的计算方法为，
当P＞PW时，严重性指标S＝P/PW+(Pt1-Pt0)/M；
当P＜PW时，严重性指标S＝PW/P+(Pt1-Pt0)/M；
进一步将严重性指标S也划分为4级：
S≥4，严重性指标S为I级；
3≤S＜4，严重性指标S为II级；
2≤S＜3，严重性指标S为III级；
1≤S＜2，严重性指标S为IV级。
迁移性指标R根据污染物经输水管渠或水厂净水工艺后被去除的程度进行分级：
污染物可去除10％以下的，迁移性指标R为I级，R＝4；
污染物可去除50％以下的，迁移性指标R为II级，取值范围为3≤R＜4，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以下的，迁移性指标R为III级，取值范围2≤R＜3，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以上的，迁移性指标R为IV级，取值范围为1≤R＜2，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率。
(6)参看图5，通过计算紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R之间的相互关系来计算出水质污染综合指数IWI，并进一步确定水质污染的分级。
其中一种方式是通过公式：IWI＝紧急性指标L×危害性指标H×严重性指标S×迁移性指标R；
当Lk下×Hk×Sk下×Rk下≤IWI＜Lk上×Hk×Sk上×Rk上时，KIWI＝K
即IWI≥256时， KIWI＝I
256＞IWI≥81时，KIWI＝II
81＞IWI≥16时， KIWI＝III
16＞IWI≥1时， KIWI＝IV
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk上、Lk下分别为紧急性指标第k分级的上、下限值；
Hk上、Hk下分别为危害性指标第k分级的上、下限值；
Sk上、Sk下分别为严重性指标第k分级的上、下限值；
Rk上、Rk下分别为迁移性指标第k分级的上、下限值。
另外一种通过以下方法计算：
KIWI＝max{Lk，Hk，Sk，Rk}
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk为紧急性指标的分级；
Hk为危害性指标的分级；
Sk为严重性指标的分级；
Rk为迁移性指标的分级。
也就是取紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R中级别最高的指标最大的指标来确定水质受污染的程度IWI；
紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R的中级别最高的指标的数值为I时，水质污染程度IWI为严重污染I级；
紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R的中级别最高的指标的数值为II时，水质污染程度IWI为严重污染II级；
紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R的中级别最高的指标的数值为III时，水质污染程度IWI为严重污染III级；
紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R的中级别最高的指标的数值为IV时，水质污染程度IWI为严重污染IV级。
水质污染程度IWI的分级如下：
I级：属严重污染，即污染物危害性较大，且无法被现有处理工艺去除；
II级：属中度污染，即污染物危害性较大，但通过调整处理工艺或投加药剂，可以去除部分污染物；
III级：属轻度污染，即污染物危害中毒，不影响处理工艺；
IV级：属微污染，属于污染物容易被去除，无危害性。
本发明的判断方法能够及时的判断出原水水质是否受到污染，通过将原水水质的污染程度分级，同时计算更准确，对后续的应急处置和决策指挥具有重要的参考意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (12)
1.一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)设定某水质监测指标的固定阈值PW和变化幅度值M；
(2)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据平均值P与固定阈值PW进行比较
(3)将所接收到的监测仪器最近一段时间t1内监测数据的变化幅度值Pt1-Pt0与变化幅度阈值M进行比较；
(4)如果P＞PW或P＜PW与Pt1-Pt0＞M的其中一个条件满足时，再进一步验证t2时段内的原水水质数据P2＞PW或P2＜PW与Pt2-Pt0＞M是否满足，若满足，触发报警；否者视为仪器测量误差，不予报警；
(5)确定原水水质受到污染后，计算水质污染的紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R；
(6)通过计算紧急性指标L、危害性指标H、严重性指标S和迁移性指标R之间的相互关系来确定水质污染的程度及分级。
2.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的原水水质的固定阈值
所述ρ为水厂出厂水质指标控制限值，所述β为整个供水系统对目标物质的整体去除能力。
3.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的原水水质的固定阈值
为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差。
4.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的原水水质的固定阈值
为时段t1内监测数据的平均值，SD为时段t1内监测数据的标准偏差；当P＞PW时，则原水水质处于风险状态，提醒相关人员注意。
5.根据权利要求3或4所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述正常水质下的监测数据的标准偏差
其中Xi为时段t1内的监测值，
为时段t1内监测数据的平均值，n为时段t1内监测数据的个数。
6.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述设定的变化幅度值M为正常水质下的水质参数变化幅度δ的最大值δmax与污染水质下水质参数变化幅度
的最小值
中较大的数值。
7.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述紧急性指标L根据水质监测点相对取水口的位置进行计算：
监测点位于水厂的取水口的，紧急性指标L为I级，L＝4；
监测点位于水源保护区内的，紧急性指标L为II级，取值范围为3≤L＜4，依据公式计算，其中Cmax为水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；
污染点位于准水源保护区内的，紧急性指标L为III级，取值范围为2≤L＜3，依据公式
计算，其中Cmax为准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离；
污染点位于非水源保护区内的，紧急性指标L为IV级，取值范围为1≤L＜2，依据公式计算，其中Cmax准水源保护区的最远点到取水口的距离，C是监测点到取水口的距离。
8.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述危害性指标H根据污染物的有毒有害特性和对人体健康的危害程度进行分级，实际中根据污染物的具体毒性进行赋值：
污染物为剧毒或具有急性毒性的，危害性指标H为I级，H＝4；
污染物为中度毒性或一般急性的，危害性指标H为II级，H＝3；
污染物为微毒的，危害性指标H为III级，H＝2；
污染物无毒的，危害性指标H为IV级，H＝1。
9.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述严重性指标S的计算方法为，
当P＞PW时，严重性指标S＝P/PW+(Pt1-Pt0)/M；
当P＜PW时，严重性指标S＝PW/P+(Pt1-Pt0)/M；
进一步将严重性指标S也划分为4级：
S≥4，严重性指标S为I级；
3≤S＜4，严重性指标S为II级；
2≤S＜3，严重性指标S为III级；
1≤S＜2，严重性指标S为IV级。
10.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述迁移性指标R根据污染物经输水管渠或水厂净水工艺后被去除的程度进行分级：
污染物可去除10％以下的，迁移性指标R为I级，R＝4；
污染物可去除50％以下的，迁移性指标R为II级，取值范围为3≤R＜4，采用公式计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以下的，迁移性指标R为III级，取值范围2≤R＜3，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率；
污染物可去除90％以上的，迁移性指标R为IV级，取值范围为1≤R＜2，采用公式
计算，其中β为污染物的去除率。
11.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述水质污染程度由水质污染综合指数IWI来进行分级，IWI通过以下方法计算：
IWI＝紧急性指标L×危害性指标H×严重性指标S×迁移性指标R
当Lk下×Hk×Sk下×Pk下≤IWI＜Lk上×Hk×Sk上×Rk上时，KIWI＝K
即IWI≥256时， KIWI＝I
256＞IWI≥81时，KIWI＝II
81＞IWI≥16时， KIWI＝III
16＞IWI≥1时， KIWI＝IV
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk上、Lk下分别为紧急性指标第k分级的上、下限值；
Hk上、Hk下分别为危害性指标第k分级的上、下限值；
Sk上、Sk下分别为严重性指标第k分级的上、下限值；
Rk上、Rk下分别为迁移性指标第k分级的上、下限值。
12.根据权利要求1所述一种水源水质污染及污染程度判断的方法，其特征在于，所述水质受污染程度IWI的分级，通过以下方法计算：
KIWI＝max{Lk，Hk，Sk，Rk}
其中KIWI为污染程度的分级；
Lk为紧急性指标的分级；
Hk为危害性指标的分级；
Sk为严重性指标的分级；
Rk为迁移性指标的分级。
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