CN106940363B - 一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋环境监测技术领域，公开了一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，选定海洋环境参数，确定生物学指标，设定预警阈值；建立预警模型；采集海洋环境参数值及生物行为反应数据；计算机接收参数值及数据；比较参数值与设定阈值的大小；如果参数值超出阈值范围，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度；若计算机反馈输出“海水环境正常”，计算机对比数据与设定的预警阈值，如果在阈值范围内，则计算机反馈输出“生物学指标正常”，如果不在阈值范围内，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度。本发明建立了海洋环境参数超标和生物行为反应异常两种类别，三个等级的预警结构，层次分明，高效全面，准确性强，可操作性好。

Description

一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法
技术领域
本发明属于海洋环境监测技术领域，具体涉及一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法。
背景技术
判断一种物质是否有毒，最有效的方法就是使用生物进行监测，这就是生物毒性监测。水生生物易于辨认，对水体环境变化敏感，随着环境污染物浓度的不同，生物体内会随之产生不同的生理生化变化，据此变化可以对水体环境进行评价。水体生物毒性监测基于水体生态系统中水生生物特征与水体环境变化的相互相应，直接把污染物与它们的毒性联系，其中既包括了理化参数，也包括了那些未测定因子以及未知因子共同作用的后果，反映了污染物和环境因子的连续影响和积累，可以预测污染对环境的综合效应以及污染综合效应对生物的影响。同时，生物毒性监测克服了理化检测的局限性和连续取样的繁琐性，可以实现原位、实时、在线的长期监测。生物毒性监测具有较好的灵敏性，一些低浓度甚至痕量的污染物进入环境后，在能够直接检测或人类直接感受到以前，生物即可做出迅速的反应显示出症状，可以在早期发现污染，及时预报预警，可以提升环境监管能力，提高环境安全保证。因此，水体生物毒性监测预警技术已经成为评价水质安全的必需手段之一。但目前尚无有效可行的海洋污染预警方法，因此提供一种基于海洋生物行为反应构建的海洋污染预警方法是很有必要的。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，采用下述技术方案予以实现：
一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法是基于海洋环境参数及海洋生物行为反应进行的，在多种海洋环境监测传感器、海洋生物传感器、数据采集系统和计算机的支持下实现，具体包括以下步骤：
(1)选定海洋环境参数，确定生物学指标，设定预警阈值；
(2)建立预警模型；
根据海洋生物行为反应易受海洋环境中温度、盐度、流速、pH、溶解氧的影响而产生变化，因此海洋环境参数选定相关性较强的温度、盐度、流速、pH、溶解氧，海洋生物的行为变化为生物学指标。通过海洋水文环境监测传感器和生物传感器装置实时采集海洋水文参数和海洋生物行为反应的数据；通过计算机对上述数据进行处理，设置海洋环境参数的三级预警阈值，建立基于海洋生物行为反应的海洋污染预警模型；所设置的预警阈值结合国家海水等级标准和所监测海域的生态环境现状。
(3)采集海洋环境参数值及生物行为反应数据；
通过多种海洋环境监测传感器和海洋生物传感器采集海水温度、盐度、流速、pH、溶解氧和生物行为反应的实时数据；
(4)计算机接收步骤(3)的参数值及数据；
(5)计算机比较步骤(4)的参数值与步骤(1)设定阈值的大小；
(6)如果步骤(4)的参数值在步骤(1)阈值范围内，则计算机反馈输出“海水环境正常”；如果步骤(4)的参数值超出步骤(1)阈值范围，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度；
(7)若步骤(6)计算机反馈输出“海水环境正常”，计算机对比步骤(4)的数据与步骤(1)设定的预警阈值，如果在阈值范围内，则计算机反馈输出“生物学指标正常”，如果不在阈值范围内，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度。
优选地，预警阈值包括三个预警等级，从低到高分为第一级轻度污染、第二级中度污染和第三级严重污染，步骤(6)和步骤(7)所述的确定污染程度对应三个预警等级中的一个。
计算机将获得的海洋环境数据和生物学指标与预警阈值库进行对比分析，通过计算机将海洋环境参数值预警模型的海洋环境参数阈值相对比，如果在阈值范围内则是其为正常数据，若参数超出所述阈值，则视为超标数据，统计分析超标的海洋环境参数值的超标范围，超出第三级阈值则给出第三级预警，即严重污染；超出第二级阈值则给出第二级预警，即中度污染；如果超出第一级预警阈值则给出第一级预警，即轻度污染。
如果海洋环境参数正常，通过海洋污染预警模型进行生物学指标对比，如果获取的生物学指标有异常，则结合海洋污染预警模型，进行异常数据挖掘，根据分析结果进行分级预警。
优选地，海洋环境参数包括温度、盐度、流速、PH、溶解氧含量。
优选地，生物学指标包括活动速率和代谢速率。
优选地，计算机将参数值、数据和预警等级存储在数据库中，并提供查询功能以便随时调用。
本发明所提供的基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，建立了海洋环境参数超标和生物行为反应异常两种类别，三个等级的预警结构；在异常数据挖掘环境，利用数据对潜在的生物行为数据异常进行分析，该预警方法层次分明，高效全面，效率高，准确性强，可操作性好。
附图说明
图1：本发明一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1:选定黄海某海域，依据历史数据建立相应的海洋环境参数三级预警阈值和基于海洋生物的海洋污染预警模型。
选择海洋环境参数为：温度、溶解氧、pH；选择紫贻贝的代谢速率作为生物行为反应生物学指标；其中根据海洋环境参数拟定的三级预警阈值范围主要为：一级预警范围：温度变化±0.5℃，溶解氧>6mg/L，pH变化±0.2；二级预警范围为：温度变化±0.5-1.0℃，溶解氧>5mg/L，pH变化±0.2-0.5；三级预警主要体现在温度变化>1.0℃，溶解氧<5mg/L，pH变化>0.5。
如图1所示步骤，通过海洋环境传感器监测获得当前海域海洋环境参数相比监测模型中数据，温度降低,低于该海域该季节平均温度0.6℃，溶解氧过饱和大于>6mg/L，pH下降0.3，属于海洋环境参数超标状况，分析确定为二级预警。预警发出后，通过采集水质进一步分析，确认为海洋赤潮前期特征。
实施例2：
选定某黄海近海海域，依据历史数据建立相应的海洋环境参数三级预警阈值和基于海洋生物的海洋污染预警模型。
选择海洋环境参数为：温度、溶解氧、PH；选择紫贻贝的代谢速率作为生物行为反应生物学指标；其中按照海洋生物学指标所拟定的三级预警阈值为：生物代谢率下降至正常代谢率的80-70％范围内即为一级预警；生物代谢率下降至正常代谢率的70-50％范围内即为二级预警；生物代谢率下降低于正常代谢率的50％以内即为三级预警。
如图1所示步骤实施，通过海洋环境传感器监测获得当前海域海洋环境参数相比海洋环境参数均为正常，通过生物传感器采集海洋生物行为反应，通过异常数据挖掘分析，得到海洋生物的活动速率严重降低，代谢速率严重降低至正常代谢速率的35％，经统计分析确认为三级预警，即海洋污染严重。预警发出后，通过采集水质进一步分析，确认为近海海域有危险化学品泄漏，为海洋严重污染。
实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于,包括以下步骤：
（1）选定海洋环境参数，确定生物学指标，设定预警阈值；
（2）建立预警模型；
（3）采集海洋环境参数值及生物行为反应数据；
（4）计算机接收步骤（3）的参数值及数据；
（5）计算机比较步骤（4）的参数值与步骤（1）设定阈值的大小；
（6）如果步骤（4）的参数值在步骤（1）阈值范围内，则计算机反馈输出“海水环境正常”；如果步骤（4）的参数值超出步骤（1）阈值范围，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度；
（7）若步骤（6）计算机反馈输出“海水环境正常”，计算机对比步骤（4）的数据与步骤（1）设定的预警阈值，如果在阈值范围内，则计算机反馈输出“生物学指标正常”，如果不在阈值范围内，则计算机反馈输出“污染”，确定污染程度。
2.根据权利要求1所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：所述步骤（1）预警阈值包括三个预警等级。
3.根据权利要求2所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：三个预警等级从低到高分为第一级轻度污染、第二级中度污染和第三级严重污染。
4.根据权利要求3所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：步骤（6）和步骤（7）所述的确定污染程度对应三个预警等级中的一个。
5.根据权利要求2-4任一所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：海洋环境参数包括温度、盐度、流速、pH和溶解氧含量。
6.根据权利要求5所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：生物学指标包括活动速率和代谢速率。
7.根据权利要求2或3或4或6所述的一种基于海洋生物行为反应的海洋污染预警方法，其特征在于：计算机将参数值、数据和预警等级存储在数据库中。
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