CN106680442A - 一种用于水环境风险预警的阈值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水环境风险预警的阈值计算方法，包括以下步骤：采集全年水质监测数据；将水质监测数据分别根据设定的全年浓度区间、全年不同时刻出水平均浓度，得到污染物超标数据占全年数据的百分数；将污染物超标数据占全年数据的百分数出现的频次设定为多个等级，确定各等级频次对应的监测浓度值；通过各等级频次的监测浓度值与标准值进行比较，确定不同警情的警限，用于水环境的风险预警。本发明能减少人的工作量，提高工作速度，节约时间，能实时查看水质监测状态与污染物监测值。

Description

一种用于水环境风险预警的阈值计算方法

技术领域

本发明涉及水环境风险预警阈值实时监测领域，具体涉及一种用于水环境风险预警的阈值计算方法。

背景技术

现有的环境监测站点大部分都安装在无人值守的机房，水环境的监测数据需要人为定期地存储到服务器，想要实时掌握水质监测状态和污染物监测值，人为地进行分析数据是否达到风险值，是否应采取什么措施，数据量大，人工分析和计算，费时又费力，还不能保证结果的正确性。一旦有风险事故发生，不能及时采取措施，从而可能引发更大的风险。

因此拥有一个能够实时掌握自动站水质监测状态和污染物监测值的方法变得尤为重要。该方法应该能实时查看采集回来的数据以及水质当前状态。当外出办事或是不方便携带电脑时，可以用手机客户端，实时掌握水质当前的状态，是否已经达标或报警状态，及时地采取适当的措施，从而可能引发更大的风险发生。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的主要目的是提供一种减少人的工作量，提高工作速度，节约时间的阈值计算方法，能够实时检测水质监测状态与污染物监测值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于水环境风险预警的阈值计算方法，包括以下步骤：

采集全年水质监测数据；

将水质监测数据分别根据设定的全年浓度区间、全年不同时刻出水平均浓度，得到污染物数据占全年数据的百分数；

确定污染物数据占全年数据百分数的频次所对应的监测浓度值；通过监测浓度值与标准值的比较，确定不同警情的阈值，用于水环境的风险预警。

所述确定污染物数据占全年数据百分数的频次所对应的监测浓度值包括以下步骤：

将全年污染物每个时刻的浓度数据按降序排列，每个时刻点的所有记录数目为m，当前记录下标为i，频次对应的浓度百分比n＝(m-i-1)/m；

将n进行四舍五入后，再与所有的频次分别相加，与某个频次相加和为1时，即n为该频次对应的监测浓度值。

所述通过监测浓度值与标准值的比较，确定不同警情的阈值包括以下步骤：

以监测时刻为单位，检索某时刻所有频次的监测浓度值：

将小于标准值的监测浓度值求平均值后作为正常状态阈值；

将频次最高的大于标准值的监测浓度值作为不正常状态的阈值；

大于不正常状态的阈值即为极不正常阈值范围；

若监测浓度值大于正常状态阈值而小于不正常状态的阈值，则对其求和sum，并且记录这些监测浓度值的个数N；若最终N为偶数，则sum/N为一般状态阈值；若N为奇数，则取第(N/2+1)个数作为一般状态阈值。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明能减少人的工作量，提高工作速度，节约时间，能实时查看水质监测状态与污染物监测值。

2.本发明采用插值法确定各等级频次对应的监测浓度值，这种方既节省了人力物力，又能及时掌握水质当前状况。

3.本发明主要实现对各种水质监测状态与污染物监测值进行评定，预测事故的发展，明确可能事故污染根源和避险目标，最大限度地降低突发性环境污染事故发生概率，为辽河流域风险管理与预警提供辅助决策技术支持。

4.本发明将所有污染物的监测数据导入数据库中，通过软件完成插值法计算和计算结果和标准值比较来获取四种预警状态的阈值，只需要运行程序点击按钮就可以轻松获取，水环境风险阈值。这种方法及省时省力，还能保证阈值的准确性和实时性，能够有效地监控水质当前状态，及时应对水质的风险，采取有效措施。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2-1为全年氨氮浓度分段分布图。

图2-2为全年高锰酸盐浓度分段分布图。

图3-1为全年不同时刻氨氮出水平均浓度图。

图3-2为全年不同时刻高锰酸盐出水平均浓度图。

图4-1为不同警情下的氨氮预警阈值范围图。

图4-2为不同警情下的高锰酸盐预警阈值范围图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是利用辽河流域断面在线监测自动采样数据，结合辽河流域水环境功能分区研究成果，建立一种确定断面水质安全监测预警阈值的方法，并以此为基础构建辽河流域水环境安全质量预警体系，以便监测人员通过电脑或手机客户端及时地了解流域的水环境安全状况，实现流域监测数据的实时预警，有利于决策人员对流域水环境质量的动态管理，为水环境管理由事故发生后的处理向事故发生前的风险管理转变提供技术支撑。

本方法可通过软件实现，安装于电脑或手机等智能终端。如图1所示，本发明包括以下步骤：

采集全年水质监测数据；

将水质监测数据分别根据设定的全年浓度区间、全年不同时刻出水平均浓度，得到污染物数据占全年数据的百分数和污染物超标状态，并对数据进行筛选和排序，筛选即清除部分无效数据，如小于0的数据，排序即将所有数据按照时刻分组，同时进行从大到小排序；

将污染物数据占全年数据的百分数统计成出现的频次，确定各频次对应的监测浓度值；通过各频次的监测浓度值与标准值进行比较，确定不同警情的警限，用于水环境的风险预警。

确定不同警情的警限包括以下步骤：

以监测时刻为单位，检索某时刻所有百分频次的监测浓度值：

对于小于标准值的监测浓度值求平均值后作为正常状态阈值；

对于频次最高的大于标准值的监测浓度值作为不正常状态的阈值；

大于不正常状态的阈值的时候，即为极不正常阈值范围，对于一般状态的阈值需要分步说明；

若监测浓度值大于正常状态阈值而小于不正常状态的阈值，则对其求和sum，并且记录这些监测浓度值的个数N；若最终N为偶数，则sum/N为一般状态阈值；若N为奇数，则去取第(N/2+1)个数作为一般状态阈值。

基于正常情况下，大样本的监测数据服从正态分布原则，即大部分数据处于中间位置，而只有一部分数据高于或者低于平均值。因此，根据这个规律，对监测数据计算频次分布特征，设置预警阈值，实现断面水质的风险预警。

附图2-1,2-2对全年1805个数据进行研究，根据设定的全年浓度区间得到污染物超标数据占全年数据的百分数；结果表明，氨氮超标数据为688个，占全年数据的38.12％；而高锰酸盐超标数据为162个，占全年数据的8.98％。从全年的氨氮监测数据来看，有42.66％的数据分布于0-0.5mg/L之间，20％和7.31％数据分布为0.5-1mg/L和1—1.5mg/L之间，从整个数据来看，虽然出水浓度多分布在0-1.5mg/L之间，但断面氨氮的超标率仍然较高。从全年高锰酸盐指数监测数据来看，有47.92％的监测数据分布于4-5mg/L之间。另有14.74％和17.06％的监测数据分布于3-4mg/L和5-6mg/L。从全年监测数据来看，断面高锰酸盐指数的监测值主要分布于3-6mg/L，超标率较低。

附图3-1,3-2比较断面不同时刻的年均氨氮浓度和高锰酸盐指数浓度，根据全年不同时刻出水平均浓度，得到污染物数据占全年数据的百分数结果表明，氨氮浓度超标现象比较严重，其最低平均值是16：00(1.87mg/L)，从16：00开始浓度逐渐增加，至夜间24：00达最高值(1.92mg/L)，随后逐渐降低，这种现象可能是由企业生产和人们的生活规律决定。高锰酸盐指数年平均值都低于标准值，其中在12：00达到最大值(5.34mg/L)，然后随着时间推移而逐渐降低。

表1各时段频次浓度值，从全年各个时刻的监测数据进行频次分析。利用插值法计算特定频次对应的浓度值，根据“十一五”研究成果，将频次定为5％，10％，20％……90％等频次，并将全年污染物每个时刻的数据按降序排列，每个时刻点的所有记录数目为m，当前记录下标为i，频次对应的浓度n＝(m-i-1)/m；将n进行四舍五入后，再与所有的频次分别相加，与某一频次相加和为1时，即n为该频次对应的浓度值。与某频次相加的和不是1时，该数据无效。计算各频次的对应的浓度值(表1)。从表1中可以看出，氨氮的数据中，各时段有低于30％的数据都超标；而高锰酸盐指数，各时段只有5％的数据超标。

表1断面监测数据逐时频次

表2其中C_i0为i时刻，警级为正常时的频次对应的浓度；C_ij为i时刻，警级为一般时的频次对应的浓度值；C_ij+1为i时刻，警级为不正常时的频次对应的浓度值。

表2警情分级

附图4-1,4-2根据表2阈值确定原则，剔除超标数值后各时刻氨氮年均浓度线于50％与60％频次之间，高锰酸盐指数年均浓度线在20％与30％频次之间，因此，分别将氨氮的60％频次和高锰酸盐的30％频次对应的浓度定为正常状态的警限。

由于氨氮40％频次和高锰酸盐10％频次所对应的浓度接近断面水质标准，因此，将这两频次对应的浓度值分别定为不正常警级的阈值。根据以上计算结果，得到不同警情下的阈值范围，见表3。

表3断面水质预警阈值范围(mg/L)

本方法可以通过软件系统实现，可以显示各自动监测站的水质情况，上下滑动即可查看所有自动站的水质情况，点击各个站点可以查看站点水质详细信息，左右滑动即可以显示查看自动站详细水质情况。可以地图形式显示各自动监测站地理分布以及显示高锰酸钾和氨氮监测值。可随时更新。不受时间、地域限制，只要在联网状态，就可以用手机随时查看自动站的最新数据。计算速度快。在电脑端，通过点击按钮就能实现数据的计算和获取水环境风险阈值范围。

Claims (3)

1.一种用于水环境风险预警的阈值计算方法，其特征在于包括以下步骤：

采集全年水质监测数据；

将水质监测数据分别根据设定的全年浓度区间、全年不同时刻出水平均浓度，得到污染物数据占全年数据的百分数；

确定污染物数据占全年数据百分数的频次所对应的监测浓度值；通过监测浓度值与标准值的比较，确定不同警情的阈值，用于水环境的风险预警。

2.权利要求1所述的一种用于水环境风险预警的阈值计算方法，其特征在于所述确定污染物数据占全年数据百分数的频次所对应的监测浓度值包括以下步骤：

将全年污染物每个时刻的浓度数据按降序排列，每个时刻点的所有记录数目为m，当前记录下标为i，频次对应的浓度百分比n＝(m-i-1)/m；

将n进行四舍五入后，再与所有的频次分别相加，与某个频次相加和为1时，即n为该频次对应的监测浓度值。

3.根据权利要求1所述的一种用于水环境风险预警的阈值计算方法，其特征在于所述通过监测浓度值与标准值的比较，确定不同警情的阈值包括以下步骤：

以监测时刻为单位，检索某时刻所有频次的监测浓度值：

将小于标准值的监测浓度值求平均值后作为正常状态阈值；

将频次最高的大于标准值的监测浓度值作为不正常状态的阈值；

大于不正常状态的阈值即为极不正常阈值范围；

若监测浓度值大于正常状态阈值而小于不正常状态的阈值，则对其求和sum，并且记录这些监测浓度值的个数N；若最终N为偶数，则sum/N为一般状态阈值；若N为奇数，则取第(N/2+1)个数作为一般状态阈值。