CN103592234A - 一种评价景观水体表观质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价景观水体表观质量的方法。依据水体的反射光谱与水体的浑浊程度具有定量关系，且水体颜色的色调值和水体颜色对应，利用光谱测量装置得到水体的反射率与波长的关系曲线及水体反射光的色度值，计算反射率与波长的关系曲线在波长450nm～750nm曲线下的面积

、水体的色调值

与清水的色调值

之差的绝对值，根据面积

和

，定量的评价水体表观质量的等级。该方法把景观水体表观质量的评价定量化，避免化学试剂二次污染，可直接得到水体颜色色度值，利用本发明对景观水体的表观质量进行评价，可获得较好的评价结果，与现场评价结果符合度较好。

Description

一种评价景观水体表观质量的方法

技术领域

本发明涉及一种水体的质量评价方法，特别涉及一种适用于景观水体表观质量的评价方法。

背景技术

目前，我国城市水体的最主要的功能是作为景观水体，良好的表观性状是城市水体所应具备的最基本特征。然而，由于多方面原因引起的景观水体水质污染，水体表观恶化，水体浑浊，透明度低，经常呈现各种令人感觉不适的颜色并时常伴有异味，乃至发生黑臭、水华等现象。

对于景观水体表观质量的评价具有主观性，受到参照物、时间、地点和环境等方面的影响，因此为了客观评价景观水体的表观质量，需要用仪器测量水体相关参数，建立定量的描述水体表观质量的表示方法，得到景观水体表观变化进行客观评价与记录的方法，据此形成衡量评判景观水体治理效果的标准。

在本发明作出之前，对景观水体表观质量评价方法主要有以下三种：1、黑臭评价方法，总体分为两大类：临界指标法和判别关系公式法；此评价方法主要对水体极端污染情况进行判别，而城市景观水体大多属于非黑臭水体，该评价方法未给出非黑臭水体的表观质量评价方法。2、利用水体的吸收光谱研究其表观质量的评价方法，通过研究曲线的最大吸光度、平均吸光度、出现最大吸光度处所对应的波长、起始点与曲线趋于平缓点之间的水平距离以及曲线平缓处相对坐标轴的垂直距离等参数，得到水体表观与光谱曲线的定性关系，但并未做定量关系的研究。3、基于反射光谱的水体表观质量的评价研究，该方法初步通过实验数据研究了水体反射率特征值与水体浊度的关系、反射光光谱与水体色度间的关系，进而综合浊度与色度与表观质量的定量关系，定义了水体表观质量品质因子的计算公式。但该方法只通过对5个水体样本得到评价水体表观质量的品质因子，该品质因子对于大量的景观水体样本来说不具有通用性。

发明内容

本发明针对的是现有技术中参照物、时间、环境对景观水体表观质量判断存在着影响的不足，提供一种具有客观性、定量化，避免对水体的二次污染，且与现场得到的表观质量评价的结果相符合的景观水体表观质量的评价方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种评价景观水体表观质量的方法，包括如下步骤：

（1）将现场采集的待评价表观质量的水样置于容器中，容器内壁涂黑，在暗室中用卤素灯模拟太阳光照射水体，容器直径为10.00～40.00cm，水样高度为20.00～40.00cm；

（2）将接收水体反射光的传感器置于距离水面5.00～10.00cm处，用光谱测量装置得到水体的反射率与波长关系的曲线及水体反射光的颜色X、Y、Z色度值；

（3）依据水体的反射率与波长关系的曲线，计算波长在450nm～750nm范围内所对应的曲线下方的面积值S；依据水体的色度值，计算得到水体的色调值H与清水的色调值H₀之差的绝对值|ΔH|＝|H-H₀|；

（4）依据S和|ΔH|，评价水体表观质量。

水体的色调值H满足如下条件：

$H=\left\{\begin{array}{c}\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)\backslash /2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G\&GreaterEqual;B\\ 2\mathrm{\&pi;}-\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)]/2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G<B\end{array};\right.$

其中，R、G、B分别为水体反射光颜色的R、G、B的色度值，它们按式

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.41845& -0.15865& -0.08283\\ -0.09116& 0.25242& 0.01571\\ 0.00092& -0.00255& 0.17859\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 计算得到。

本发明的一个优选的方案是，步骤（1）中所述的容器采用直径为20.00cm，水样高度为28.00cm；步骤（2）中所述的传感器将其置于距离水面8.00cm处；按上述采样条件得到的数据进行处理后，评价水体表观质量的方法为：将水体的表观质量的等级分为：A、B、C、D四级，分别对应良、中、较差、差四级；当|ΔH|≤0.005时，若S≤60，测量水体的表观质量等级为A级；若S>60，测量水体的表观质量等级为B级；当0.005≤|ΔH|<0.03时，若S≤45，测量水体的表观质量等级为A级；若45<S≤80，测量水体的表观质量等级为B级；若80<S≤100，测量水体的表观质量等级为C级；若S>100，测量水体的表观质量等级为D级；当|ΔH|≥0.03时，若S≤80，测量水体的表观质量等级为B级；若80<S≤100，测量水体的表观质量等级为C级；若S>100，测量水体的表观质量等级为D级。

本发明依据的原理是：水体的反射光谱与水体的浑浊程度有着定量的关系存在，水体颜色的色调值和水体颜色一一对应；利用光谱仪测量水体的反射率和波长的曲线和水体反射光的色度值，计算其反射率与波长的曲线反射率在波长450nm～750nm曲线下的面积S和水体的色调值H与清水的色调值H₀之差的绝对值|ΔH|＝|H-H₀|，根据面积S和|ΔH|评价水样的表观质量的等级。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：排除参照物、时间、环境对景观水体表观质量判断的影响，把对景观水体的感官主观判变为用测量水体的反射率在波长450nm～750nm曲线下面积S和色调值之差|ΔH|客观地评价测量水体的表观质量的等级。该评价方法可直接得到水体颜色的结果，而其他对水体表观质量的评价无法得到水体的颜色结果；不使用任何化学试剂，避免对水体的二次污染。该评价方法利用水体的色调值来准确表示水体的颜色，解决对水体感官判断中重要的参数—颜色的判断存在的主观性。而根据黑臭评价方法和利用水体的吸收光谱研究水体的表观质量方法无法得到水体重要的颜色信息。该方法把景观水体表观质量的评价定量化，不用任何试剂，可直接得到水体颜色的结果，避免对水体的二次污染。利用本发明对景观水体的表观质量进行评价，可获得较好的评价结果，与现场评价结果符合度较好。

它还可作为景观水体表观质量变化时的客观评价和记录方法，据此形成评价景观水体的治理效果的一种标准。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种适用于景观水体表观质量评价方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，来详细说明本发明。

实施例1

参见附图1，它是本实施例提供的适用于景观水体表观质量评价方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的适用于景观水体表观质量评价的方法包括以下步骤：

步骤S101，采集景观河道内水体作为测量水体，在暗室中用卤素灯模拟太阳光照射水桶中的水体，水桶内壁涂黑，在本实施例中，水桶直径为20.00cm，水深28.00cm，接收反射光的光纤头距离水面8.00cm，用海洋光学QE65000光谱仪测量水体的反射率与波长的关系曲线，及水体反射光的颜色X、Y、Z色度值；

步骤S102，计算步骤S101得到的水体的反射率与波长的关系曲线下，在波长为450nm～750nm间的面积S；

步骤S103,根据步骤S101中测量得到的水体反射光的颜色X、Y、Z色度值，利用式（1）和式（2）计算其色调值H;

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.41845& -0.15865& -0.08283\\ -0.09116& 0.25242& 0.01571\\ 0.00092& -0.00255& 0.17859\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$       式（1）

$H=\left\{\begin{array}{c}\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)\backslash /2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G\&GreaterEqual;B\\ 2\mathrm{\&pi;}-\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)]/2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G<B\end{array};\right.$       式（2）

步骤S104，取清水（自来水）作为参考水体，按照步骤S101测量其水体反射光的颜色X、Y、Z色度值，按照步骤S103的方法计算清水的色调值H₀，计算测量水体与参考水体的色调值之差ΔH＝H-H₀；

步骤S105，根据步骤S102中得到的测量水体的反射率在波长450nm～750nm曲线下的面积S和步骤S104得到的色调值之差|ΔH|，按照表1来评价水体的表观质量等级。水体表观质量的等级分为：A、B、C、D四级，分别对应良、中、较差、差。

表1景观水体表观质量评价等级表

下面结合测量水体的数据进一步说明表1中的评价等级的可行性：

采集某市内景观河道水体，得到59个测量水体样本，分别按图1的步骤S101～S105得到每个测量水体样本的反射率在波长450nm～750nm曲线下的面积S和色调值之差|ΔH|，根据表1评价测量水体的表观质量等级，并与采集水样时现场评定的表观质量等级对比。如果采集水样时评定的测量水体的表观质量等级和依据本发明评定的表观质量等级比较低一级的用-1级表示，高一级用+1级表示。59个测量水体的数据见表2。

表2

经统计，59个测量水体依据本发明进行评定后得到的表观质量等级与现场评定的表观质量等级完全符合的为45例（约76.3%），不符合但等级之差在±1级的为14例（约23.7%）。考虑到现场采样时对测量水体的表观质量的评价受到主观、时间、环境等条件的影响，也会有±1级的差别，故依据本发明进行景观水体表观质量评价得到的结果较好的与现场得到的表观质量评价的结果符合。

Claims (4)

1.一种评价景观水体表观质量的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将现场采集的待评价表观质量的水样置于容器中，容器内壁涂黑，在暗室中用卤素灯模拟太阳光照射水体，容器直径为10.00～40.00cm，水样高度为20.00～40.00cm；

（2）将接收水体反射光的传感器置于距离水面5.00～10.00cm处，用光谱测量装置得到水体的反射率与波长关系的曲线及水体反射光的颜色X、Y、Z色度值；

（3）依据水体的反射率与波长关系的曲线，计算波长在450nm～750nm范围内所对应的曲线下方的面积值S；依据水体的色度值，计算得到水体的色调值H与清水的色调值H₀之差的绝对值|ΔH|＝|H-H₀|；

（4）依据S和|ΔH|，评价水体表观质量。

2.根据权利要求1所述的一种评价景观水体表观质量的方法，其特征在于：水体的色调值H满足如下条件：

$H=\left\{\begin{array}{c}\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)\backslash /2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G\&GreaterEqual;B\\ 2\mathrm{\&pi;}-\arccos \frac{[(R-G)+(R-B)]/2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}},G<B\end{array};\right.$

其中，R、G、B分别为水体反射光颜色的R、G、B的色度值，它们按式

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.41845& -0.15865& -0.08283\\ -0.09116& 0.25242& 0.01571\\ 0.00092& -0.00255& 0.17859\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 计算得到。

3.根据权利要求1所述的一种评价景观水体表观质量的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的容器直径为20.00cm，水样高度为28.00cm；步骤（2）中所述的传感器置于距离水面8.00cm处。

4.根据权利要求3所述的一种评价景观水体表观质量的方法，其特征在于：所述的评价水体表观质量的方法为：将水体的表观质量的等级分为：A、B、C、D四级，分别对应良、中、较差、差四级；当|ΔH|≤0.005时，若S≤60，测量水体的表观质量等级为A级；若S>60，测量水体的表观质量等级为B级；当0.005≤|ΔH|<0.03时，若S≤45，测量水体的表观质量等级为A级；若45<S≤80，测量水体的表观质量等级为B级；若80<S≤100，测量水体的表观质量等级为C级；若S>100，测量水体的表观质量等级为D级；当|ΔH|≥0.03时，若S≤80，测量水体的表观质量等级为B级；若80<S≤100，测量水体的表观质量等级为C级；若S>100，测量水体的表观质量等级为D级。

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