CN103487561B

CN103487561B - 基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置及方法

Info

Publication number: CN103487561B
Application number: CN201310425848.4A
Authority: CN
Inventors: 戴会超; 毛劲乔; 赵倩; 张鸿清
Original assignee: Hohai University HHU; China Three Gorges Corp
Current assignee: Hohai University HHU; China Three Gorges Corp
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103487561A

Abstract

本发明公开一种基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，包括生物群种安放单元（1）、生物群种监测单元和报警单元（27）；生物种群安放单元为一组并行组块式串联水箱；生物种群监测单元包括鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置、原生生物监测装置三套独立装置。同时，本发明还提供了一种基于生物种群组块定量识别突发性水污染的方法。本发明解决了现有水质生物预警技术只能定性预警是否发生水污染、而不能定量预警水污染严重程度的缺陷；本发明同时克服了现有水质生物预警技术只能预警有限的污染物种类、而不能同时预警多种水污染物的缺陷，使得监测范围更广、灵敏度更高、准确率更好。

Description

基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置及方法

技术领域

本发明涉及一种突发性水污染的预警装置及方法，尤其涉及一种基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置及方法，属于水环境保护技术领域。

背景技术

突发性水污染事故是指高浓度的污染物在短时段内大量排入水体，严重破坏天然水体的正常使用功能的极端水环境事件。在工业化快速发展的进程中，越来越多的化学药品被应用，重大突发性水污染事故频频发生。突发性水污染严重威胁着居民健康、工农业生产和生态安全，处理不当会造成深远的社会、经济与生态的负面效应。建立突发性水污染预警系统是实施应急处置突发性水污染事故的前提。由于突发性水污染事故的时间地点往往较为随机，污染物类型和危害程度也多种多样，国内外突发性水污染预警技术一直处于较低水准。近年来，我国发生了多起严重的突发性水污染事故，如松花江苯类突发污染事故、福建汀江铜酸水污染事故、广西龙江镉突发污染事故等，由于缺少健全完善的事故预警系统，未能在事故早期进行有效处置，贻误了在最短时间内控制水污染事件，将损失降低到最小程度的时机。

提高水污染应急处置的技术能力，对有效应对突发性水环境污染事故，完善流域水环境管理机制十分重要。突发性水污染在线生物预警技术是一种新兴的主动生物监测方法，基本原理是通过监测被污染水体中水生生物行为变化达到预警突发性水污染的目的，如专利申请号为200610144050.2，名称为《基于水生生物回避行为的水质在线安全预警系统和方法》的专利公开了通过监测生物运动所导致的感应电场变化对水体未知污染物进行预警。由于生物自主行为具有对水质变化快速反应的特点，在突发性水污染预警领域受到好评，但现有的突发性水污染在线生物预警技术仍存在着明显的缺陷与不足：

（1）造成水污染的物质种类多种多样，如酚、苯、醛、多环芳烃、芳香烃、有机农药、氰化物、氟化物、硫化物、重金属等。当前的在线监测技术主要监测单一生物对象的突变行为，如鱼类、贝类、水蚤等。由于单一生物只对固定的几种污染物比较敏感，对于超出范围的污染物不能做出生物突变反应，因此常规生物预警方法的有效监测范围比较有限。

（2）当前的在线生物监测技术由于只能利用单一物种对水质突变进行预警，因此只能做到单层次的定性识别，即只能判断是否发生水污染，而不能区分污染的严重程度，不能为突发性水污染应急处置提供定量化的信息支撑。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有的利用单物种指示生物在线预警突发性水污染技术的局限性，提出一种基于生物种群组块监测突发性水污染的预警装置及方法，

技术方案：本发明所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，包括生物群种安放单元、生物群种监测单元和报警单元。

所述生物群种安放单元为水箱结构，所述水箱被沿水流方向的纵向隔板分隔为并行的两组区域，用于同步比较实际水源与清洁水源内生物种群活动差异；两组区域对称设置，分别被垂直于水流方向的横向隔板分为水流缓冲区、水质监测区和水流释放区；所述水质监测区被横向隔板分隔为指示生物强耐受区、中耐受区和弱耐受区，三个区域放入鱼类、底栖无脊椎动物和原生生物组成三个种群组块，其中强耐受区放入对水污染耐受力强的指示生物，中耐受区放入对水污染耐受力中等的指示生物，弱耐受区放入对水污染耐受力弱的指示生物；具体放置方式为：三个区域均放置原生生物，如草履虫；其中耐受力强的鱼类和底栖无脊椎动物放入在强耐受区，如鱼类中的鲤鱼和底栖无脊椎动物中的摇蚊幼虫；耐受力中等的鱼类底栖无脊椎动物放入在中耐受区，如鲫鱼和贻贝；耐受力弱的鱼类底栖无脊椎动物放入在弱耐受区，如茴鱼和石蝇若虫。所选用的鱼类要求颜色较深、生命体征正常、非产卵期；

进水端的水箱壁上对应于两组区域处分别设置有进水管，出水端的水箱壁上对应设置有出水管，水流缓冲区、强耐受区、中耐受区、弱耐受区和水流释放区之间的隔板上设置有带过滤网的水流通口，所述水流通口与进水管、出水管的中轴线在一条直线上。

所述生物群种监测单元包括鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置、原生生物监测装置和信号显示器；所述鱼类监测装置包括信号采集器和第一信号分析器；所述信号采集器为摄像头，将采集的信息传递到信号分析器；所述信号分析器包括把电信号转换为数字图像信号的A/D转换器和数字信号处理器，将信号采集器采集的信号处理后传送到信号显示器显示鱼类活动行为的图像。

所述底栖无脊椎动物监测装置包括监测电极和第二信号分析器，所述监测电极为六组载流电极和感应电极，分别安装在两组区域的生物强耐受区、中耐受区和弱耐受区，将监测区底栖无脊椎动物生命活动信号发送到所述第二信号分析器，所述第二信号分析器将接收的电信号经过差分过滤，得到底栖无脊椎动物可视化生命活动信号，传送到信号显示器显示底栖无脊椎动物的存活率变化情况。其原理为由于在不同存活率情况下的底栖无脊椎动物生活区域的电磁场信号不同，通过此装置得到监测区底栖无脊椎动物的生命活动信号变化差异，从而得到其存活率的变化情况。

所述原生生物监测装置包括荧光传感器和第三信号分析器，所述荧光传感器将接收的体表染上荧光剂的原生生物的荧光信号发送到所述第三信号分析器，所述第三信号分析器包括把荧光信号转换为电信号的信号处理器和将电信号转换为图像信号的A/D转换器，将所述荧光传感器采集的信号处理后传送到信号显示器显示原生动物活动区域的图像。

所述报警单元用于接收和判断所述生物群种监测单元的信号，针对不同突发性水污染严重程度发出黄色、橙色、红色三种不同程度的警报信号。

优选地，所述水箱的四壁、所述纵向隔板和所述横向隔板均为不透水的透明材质。

优选地，所述生物群种安放单元内的底部设置有仿河道地形结构，所述仿河道地形结构与生物群种安放单元底板之间由底泥填充物填充，达到模拟自然河流地形形态的目的。

为了保证同一区域内鱼类和底栖无脊椎动物的监测互不干扰，所述生物群种安放单元内底板上部距离底板约40cm处水平设置有一层隔离网，将同一区域内鱼类和底栖无脊椎动物的活动范围隔开，隔离网上为鱼类活动范围，隔离网下为底栖无脊椎动物活动范围。

优选地，所述信号采集器为六个CCD摄像头，通过支架均匀布设监控水质监测区；所述支架通过支座固定，且支架上设有调节高度的螺栓。

为了达到只监测底栖无脊椎动物存活率的目的，所述监测电极设置在所述隔离网的下面，每组电极沿水流方向均匀布置。

所述荧光传感器设置在所述纵向隔板中。为了达到荧光传感器只监测到原生生物的活动信号之目的，实施监测之前需将原生生物在稀土荧光络合物溶液中浸泡1-3分钟，确保使待测的原生生物体表染上荧光剂。

基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置进行预警的方法，包括如下步骤：

（1）将待测水源连续通过进水管输入到一组区域的水流缓冲区，然后通过水流通口依次进入水质监测区的强耐受区、中耐受区、弱耐受区三个区域，然后流入水流释放区，最后通过出水管排出；同时，将清洁水源按照同样的步骤输入到并行的另一组区域，进行水质监测比较；

（2）通入水源后开启鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置和原生生物监测装置，实时采集的信号数据经过信号分析器转换传输到信号显示器上；

（3）比较信号显示器上图像数据以及数字信号记录变化，初步判断水质污染情况；

（4）根据步骤（3）的判断初步确定发生水污染后，则进一步根据鱼类和底栖无脊椎动物的图像数据和数字信号变化特征估测出水质污染的程度，发出警报信号。

步骤（3）判断的方法为：实际水源监测区域和清洁水源监测区域的预警生物的行为活动以及存活率相似，监测水源没有受污染；实际水源监测区原生生物逃离上游污染区向下游水流释放区的方向移动，而清洁水源中的原生生物活动区域未改变，初步确定发生水污染，进入步骤（4）进一步判断；若清洁水源区域的原生生物也出现了相似的逃避行为，说明发生了误报，则取消警报。

步骤（4）判断的方法为：在实际水源监测区域中，若只有弱耐受区的鱼类生物行为信号发生了改变、且底栖无脊椎动物存活率减少，生命信号强度减小，说明水质受到了轻度污染，警报单元发出黄色警报；

在实际水源监测区域中，弱耐受区和中耐受区的鱼类和底栖无脊椎动物均出现上述生物行为变化，说明水质受到了中度污染，发出橙色警报；

在实际水源监测区域中，水质监测区的三个区域的鱼类和底栖无脊椎动物都出现了上述生物行为变化，或者弱耐受区的预警生物全部死亡，说明水质受到了重度污染，发出红色警报。此时清洁水源水质监测区的生物行为为监测人员判断警报的准确度提供二次判据。

生物种群安放单元定期进行人为清理并更换河道底泥。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明基于指示生物种群组块对不同水质污染的耐受力之间存在着显著差异性之原理，通过实时监测多种生物行为和存活率的组合特征变化，实现定量监测预警突发性水污染的新功能，同时该技术装置及方法还具有监测污染种类范围更广，准确度更高的优点。2、本发明利用了不同生物对水污染耐受力的不同的生理习性，根据不同监测区内生物种群行为和存活率变化的不同来判断水源是否发生突发水污染，并能定量估测出水质污染的严重程度，为突发性水污染应急处置提供了定量化的信息支撑，提高了水环境应急管理的效率。3、本发明克服了现有生物预警技术仅能对少量污染物进行定性预警的局限，使得实时、连续、在线生物水污染监测预警技术的应用范围显著扩展，精确度明显提高，为及时、有效的应对突发性水污染以及尽可能地减少突发性水污染的危害提供了量化信息，具有工业化生产推广前景。

附图说明

图1是本发明生物种群安放单元的结构示意图；

图2是本发明生物种群安放单元的俯视图；

图3是本发明生物种群安放单元的侧视图；

图4是本发明生物种群监测单元工作原理示意图；

图5是本发明底栖无脊椎动物和原生生物监测装置中信号采集器的俯视图；

图6是应用本发明时实际水源发生突发性水污染及清洁水的信号对比图；

图7a是实施例中估测水质受到轻度污染时，清洁水源三个监测区鱼群活跃度的变化图，图7b是估测水质受到轻度污染时，监测水源三个监测区域鱼群活跃度的变化图；

图7c是实施例中估测水质受到轻度污染时，清洁水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图，图7d是估测水质受到轻度污染时，监测水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图；

图8a是实施例中估测水质受到中度污染时，清洁水源三个监测区鱼群活跃度的变化图，图8b是估测水质受到中度污染时，监测水源三个监测区域鱼群活跃度的变化图；

图8c是实施例中估测水质受到中度污染时，清洁水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图，图8d是估测水质受到中度污染时，监测水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图；

图9a是实施例中估测水质受到重度污染时，清洁水源三个监测区鱼群活跃度的变化图，图9b是估测水质受到重度污染时，监测水源三个监测区域鱼群活跃度的变化图；

图9c是实施例中估测水质受到重度污染时，清洁水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图，图9d是估测水质受到重度污染时，监测水源三个监测区底栖无脊椎动物生命信号强度变化图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：本发明提供了一种基于种群组块识别突发性水污染的预警装置，包括生物种群安放单元1、生物种群监测单元、警报单元27。

所述的生物种群安放单元1为一组外形为200cm×100cm×90cm并行组块式串联水箱；如图1所示，包括：直径均为10cm的进水管5和出水管6；所述水箱被沿水流方向的纵向隔板10分隔为并行的两组区域，两组区域对称设置，分别被垂直于水流方向的横向隔板分为水流缓冲区7、水质监测区8和水流释放区9；水流缓冲区7上游侧壁上连接进水管5，分别对应输入清洁水源和待测实际水源，每个区域尺寸为20cm×45cm；水质监测区8的整体区域尺寸为160cm×90cm，分为指示生物强耐受区8-1、中耐受区8-2、弱耐受区8-3，每个区域尺寸均为40cm×40cm；水流释放区9下游侧壁上连接出水管6，分别对应输入清洁水源和待测实际水源，每个区域的尺寸为20cm×45cm；纵向隔板10为有机玻璃材质；水流缓冲区7、强耐受区8-1、中耐受区8-2、弱耐受区8-3和水流释放区9之间的隔板上设置有水流通口11，直径为10cm，设有过滤网，中轴线与进水管和出水管的位置一致，圆心到生物种群安放单元1底板的垂向距离为45cm。

所述水质监测区8中的强耐受区8-1、中耐受区8-2、弱耐受区8-3三个区域放入鱼类、底栖无脊椎动物、原生生物，组成三个种群组块，其中的强耐受区8-1放入对水污染耐受力强的指示生物鲤鱼和摇蚊幼虫，中耐受区8-2放入对水污染耐受力中等的指示生物鲫鱼和贻贝，弱耐受区放入对水污染耐受力弱的指示生物茴鱼和石蝇若虫，同时将原生生物草履虫均匀放置在三个区域；为了保证每一个监测区域内鱼类和底栖无脊椎动物活动及其监测互不干扰，在距离生物种群安放单元1底部40cm高处水平设置一层隔离网21，使同一区域内鱼类和底栖无脊椎动物的活动区域隔开，隔离网21上为鱼类活动范围，隔离网21下为底栖无脊椎动物活动范围。

所述的生物种群安放单元1外围和隔板均用有机玻璃材质，生物群种安放单元1内的底部设置有仿河道地形结构25，所述仿河道地形结构25与生物种群安放单元的底板之间由底泥填充物26填充（如图3所示），以便达到模拟自然河流地形的目的。

所述的生物种群监测单元包括鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置、原生生物监测装置三套独立装置以及和信号显示器14。

所述的鱼类监测装置包括信号采集器12和第一信号分析器13；其中，所述的信号采集器12选择型号为MV-VE120SC的CCD摄像头，所述的第一信号分析器13用于把电信号转换为数字图像信号，包括型号为ADC0832的A/D转换器和数字信号处理器，所述的信号显示器14选择计算机来显示鱼类活动行为的图像。所述的信息采集器12的CCD摄像头，一共六个，均匀悬挂在型号125cm铝合金伸缩支架22上，每一个摄像头对应监测一个水质监测区域，即分别为实际水源的强耐受区、中耐受区、弱耐受区，清洁水源的强耐受区、中耐受区、弱耐受区，支架22通过支座23固定，且上面设有调节高度的螺栓24。

所述的底栖无脊椎动物监测装置包活监测电极17和第二信号分析器18；其中，监测电极17为六组不锈钢监测电极组成，且每一组电极均包括载流电极17-1和感应电极17-2，第二信号分析器18将接受的电信号经过差分过滤，得到底栖无脊椎动物的可视化生命活动信号，通过信号显示器14显示生命活动信号，上述监测装置工作原理为，不同存活率的底栖无脊椎动物生活区域的电磁场信号不同，因而通过此装置得到监测区底栖无脊椎动物的生命活动信号变化，从而得到其存活率的变化。六组不锈钢电极，每组电极沿水流方向一一对应均匀布置在每一个区域，且为了达到只监测底栖无脊椎动物存活率的目的，载流电极和感应电极需限定布置在隔离网21的高度以下。

所述原生动物监测装置包括荧光传感器19和第三信号分析器20；其中，所述荧光传感器19型号为LUT3-6的荧光传感器，第三信号分析器20将接收的荧光信号通过转换处理变为电信号，再把电信号通过A/D转化为图像信号，通过信号显示器14显示草履虫游动区域的图像信号。所述荧光传感器19安置在中间的纵向隔板10内部，为了达到荧光传感器只监测到原生生物的活动信号的目的，在原生生物草履虫放入监测水体之前，需首先在稀土荧光络合物溶液中浸泡1-3分钟，使得草履虫体表染上荧光剂。

所述的警报单元27用于接收和判断生物种群监测单元2的信号强度，针对不同突发性水污染严重程度发出黄色、橙色、红色三种不同程度的警报信号。

如图4所示为本发明的生物种群监测单元工作原理及接收和信号处理流程示意图。

结合图1至图5，基于生物种群块组识别突发性水污染的预警装置进行预警的方法，包括如下的步骤：

①连接380V的稳压电源，通过变压器使得各部分需要接入电源的设备接入电源；

②将待测水源通过进水管输入到一组区域的水流缓冲区，然后通过水流通口依次进入水质监测区的的强耐受区、中耐受区、弱耐受区三个区域，然后流入水流释放区，最后通过出水管排出；同时为了达到监测信号比较的目的，将清洁水源按前面的步骤通过另一组区域的平行独立的水质监测区作为比较；

③将鱼类和底栖无脊椎动物按照对水污染耐受力的不同，分别放入水质监测强耐受区、中耐受区和弱耐受区，其中强耐受区放入对水污染耐受力强的指示生物（鲤鱼5条，体长4-5cm；摇蚊幼虫，密度50个/cm²），中耐受区放入对水污染耐受力中等的指示生物（鲫鱼5条，体长5-6cm；贻贝，密度40个/cm²），弱耐受区放入对水污染耐受力弱的指示生物（茴鱼5条，体长3-4cm；石蝇若虫，密度40个/cm²），所选用的鱼类需要颜色较深、生命体征正常、非产卵期，同时涂有荧光剂的原生生物草履虫（水中丰度为500个/L）均匀放置在各个区域；

④二十分钟后，开启生物种群监测单元，即鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置、原生生物监测装置，实时采集的信号数据经过信号分析器转换传输到信息显示器上，图像数据以及数字信号记录变化，分析判断是否发生突发性水污染以及估测出水质污染的程度，做出判断依据如步骤⑤、⑥所述；

⑤在监测水源没有受污染时，水源监测区域和清洁水源监测区域的预警生物的行为活动以及存活率相似，若水源监测区原生生物逃离污染区向水流释放区9的方向游去，而清洁水源中的原生生物活动区域未改变(如图6所示)，说明此时水质受到了污染，如果清洁水源区域的原生生物也出现了逃避行为，说明发生了误报，取消警报；

⑥若根据步骤⑤初步确定发生水污染后，则进一步根据鱼类和底栖无脊椎动物的图像数据和数字信号变化特征估测出水质污染的程度，即在实际水源监测区域中，若只有弱耐受区的鱼群活跃度增加，底栖无脊椎动物生命信号强度减小，说明水质受到了轻度污染（如图7a，7b，7c，7d所示），警报单元发出黄色警报；若在实际水源监测区域中，弱耐受区和中耐受区的鱼类和底栖无脊椎动物均出现上述生物行为变化，说明水质受到了中度污染（如图8a，8b，8c，8d所示），发出橙色警报；若在实际水源监测区域中，水质监测区的三个区域的鱼类和底栖无脊椎动物都出现了上述生物行为变化，甚至严重到弱耐受区的预警生物全部死亡（如图9a，9b，9c，9d所示），说明水质受到了重度污染，发出红色警报；此时清洁水源水质监测区的生物行为为监测人员判断警报的准确度提供二次判据；

对比图7a、7b，可知监测水源弱耐受区鱼群活跃度相比清洁水源明显增加，而中耐受区和强耐受区的鱼群活跃度类似；对比图7c、7d，可知监测水源弱耐受区底栖无脊椎动物的生命信号强度相比清洁水源明显减少，中耐受区和强耐受区底栖无脊椎动物的生命信号强度相类似；由此可知只有弱耐受区的指示生物针对水污染做出了行为反应，说明水质受到了轻度污染；

对比图8a、8b，可知监测水源弱耐受区和中耐受区的鱼群活跃度相比清洁水源均明显增加，强耐受区的鱼群活跃度相似；对比图8c、8d，可知监测水源弱耐受区和中耐受区底栖无脊椎动物的生命信号强度相比清洁水源均减少，强耐受区的底栖无脊椎动物的生命信号强度相似；由此可知弱耐受区和中耐受区的指示生物针对水污染均做出了行为反应，说明水质受到了中度污染；

对比图9a、9b，可知监测水源三个监测区的鱼群活跃度相比清洁水源均明显增加；对比9c、9d，可知监测水源三个监测区的底栖无脊椎动物相比清洁水源均减少；由此可知弱耐受区，中耐受区，甚至强耐受区的指示生物针对水污染均都做出了行为反应，说明水质受到了重度污染；⑦在实施上述步骤中，所监测的实际水源与清洁水源不断通过水流通口流入水流释放区，然后通过出水管排出，生物种群安放单元定期进行人为清理并更换河道底泥后，重复步骤②-⑥。

如上述可以看出，本装置及相应的方法是基于不同指示生物对水污染耐受力的不同，根据他们的生物行为和存活率的变化来预测突发性水污染，不需要复杂的监测指标就可以初步估测水质污染的程度。由于不同生物对不同污染物的敏感度不同，因此使得监测预警的范围更广、准确度更高。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于包括生物群种安放单元（1）、生物群种监测单元和报警单元（27）；

所述生物群种安放单元（1）为水箱结构，所述水箱被沿水流方向的纵向隔板（10）分隔为并行的两组区域；两组区域对称设置，分别被垂直于水流方向的横向隔板分为水流缓冲区（7）、水质监测区（8）和水流释放区（9）；所述水质监测区（8）被横向隔板分隔为指示生物强耐受区（8-1）、中耐受区（8-2）和弱耐受区（8-3），三个区域放入鱼类、底栖无脊椎动物和原生生物组成三个种群组块，其中强耐受区（8-1）放入对水污染耐受力强的指示生物，中耐受区（8-2）放入对水污染耐受力中等的指示生物，弱耐受区（8-3）放入对水污染耐受力弱的指示生物；进水端的水箱壁上对应于两组区域处分别设置有进水管（5），出水端的水箱壁上对应设置有出水管（6），水流缓冲区（7）、强耐受区（8-1）、中耐受区（8-2）、弱耐受区（8-3）和水流释放区（9）之间的隔板上设置有带过滤网的水流通口（11），所述水流通口（11）与进水管（5）、出水管（6）的中轴线在一条直线上；

所述生物群种监测单元包括鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置、原生生物监测装置和信号显示器（14）；所述鱼类监测装置包括信号采集器（12）和第一信号分析器（13）；所述信号采集器（12）为摄像头，将采集的信息传递到信号分析器（13）；所述信号分析器(13)包括把电信号转换为数字图像信号的A/D转换器和数字信号处理器，将信号采集器（12）采集的信号处理后传送到信号显示器（14）显示鱼类活动行为的图像；所述底栖无脊椎动物监测装置包括监测电极（17）和第二信号分析器（18），所述监测电极（17）为六组载流电极（17-1）和感应电极（17-2），分别安装在两组区域的生物强耐受区（8-1）、中耐受区（8-2）和弱耐受区（8-3），将监测区底栖无脊椎动物生命活动信号发送到所述第二信号分析器（18），所述第二信号分析器（18）将接收的电信号经过差分过滤，得到底栖无脊椎动物可视化生命活动信号，传送到信号显示器（14）显示底栖无脊椎动物的存活率变化情况；所述原生生物监测装置包括荧光传感器（19）和第三信号分析器（20），所述荧光传感器（19）将接收的体表染上荧光剂的原生生物的荧光信号发送到所述第三信号分析器（20），所述第三信号分析器（20）包括把荧光信号转换为电信号的信号处理器和将电信号转换为图像信号的A/D转换器，将所述荧光传感器（19）采集的信号处理后传送到信号显示器（14）显示原生动物活动区域的图像；

所述报警单元（27）用于接收和判断所述生物群种监测单元的信号，针对不同突发性水污染严重程度发出黄色、橙色、红色三种不同程度的警报信号。

2.根据权利要求1所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述水箱的四壁、所述纵向隔板和所述横向隔板均为不透水的透明材质。

3.根据权利要求1所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述生物群种安放单元（1）内的底部设置有仿河道地形结构（25），所述仿河道地形结构（25）与生物群种安放单元（1）底板之间由底泥填充物（26）填充。

4.根据权利要求1所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述生物群种安放单元（1）内底板上部水平设置有一层隔离网（21），将同一区域内鱼类和底栖无脊椎动物的活动范围隔开，隔离网（21）上为鱼类活动范围，隔离网（21）下为底栖无脊椎动物活动范围。

5.根据权利要求1所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述信号采集器（12）为六个CCD摄像头，通过支架（22）均匀布设监控水质监测区（8）；所述支架（22）通过支座（23）固定，且支架（22）上设有调节高度的螺栓（24）。

6.根据权利要求4所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述监测电极（17）设置在所述隔离网（21）的下面，每组电极沿水流方向均匀布置。

7.根据权利要求1所述的基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置，其特征在于：所述荧光传感器（19）设置在所述纵向隔板（10）中。

8.根据权利要求1-7所述基于生物种群组块识别突发性水污染的预警装置进行预警的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将待测水源连续通过进水管（5）输入到一组区域的水流缓冲区（7），然后通过水流通口（11）依次进入水质监测区（8）的强耐受区（8-1）、中耐受区（8-2）、弱耐受区（8-3）三个区域，然后流入水流释放区（9），最后通过出水管（6）排出；同时，将清洁水源按照同样的步骤输入到并行的另一组区域，进行水质监测比较；

（2）通入水源后开启鱼类监测装置、底栖无脊椎动物监测装置和原生生物监测装置，实时采集的信号数据经过信号分析器转换传输到信号显示器（14）上；

（3）比较信号显示器（14）上图像数据以及数字信号记录变化，初步判断水质污染情况；

（4）根据步骤（3）的判断初步确定发生水污染后，则进一步根据鱼类和底栖无脊椎动物的图像数据和数字信号变化特征估测出水质污染的程度，发出警报信号；

步骤（3）判断的方法为：实际水源监测区域和清洁水源监测区域的预警生物的行为活动以及存活率相似，监测水源没有受污染；实际水源监测区原生生物逃离上游污染区向下游水流释放区（9）的方向移动，而清洁水源中的原生生物活动区域未改变，初步确定发生水污染，进入步骤（4）进一步判断；若清洁水源区域的原生生物也出现了相似的逃避行为，说明发生了误报，则取消警报；

步骤（4）判断的方法为：在实际水源监测区域中，若只有弱耐受区（8-3）的鱼类生物行为信号发生了改变、且底栖无脊椎动物存活率减少，生命信号强度减小，说明水质受到了轻度污染，警报单元（27）发出黄色警报；

在实际水源监测区域中，弱耐受区（8-3）和中耐受区（8-2）的鱼类和底栖无脊椎动物均出现上述生物行为变化，说明水质受到了中度污染，发出橙色警报；

在实际水源监测区域中，水质监测区（8）的三个区域的鱼类和底栖无脊椎动物都出现了上述生物行为变化，或者弱耐受区（8-3）的预警生物全部死亡，说明水质受到了重度污染，发出红色警报。