CN116596308A - 河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态风险评估领域，涉及数据分析技术，用于解决现有技术无法从重金属治理难度的角度来对重金属毒性风险进行综合评估的问题，具体是河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，包括以下步骤：对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析：将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY并进行数值计算得到监测区域的监测系数JC，通过监测系数JC将监测区域标记为正常区域或异常区域；本发明可以对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析，通过监测系数的数值对监测区域内的重金属风险程度进行反馈，从而对重金属风险程度较高的区域进行标记。
Description
技术领域
本发明属于生态风险评估领域，涉及数据分析技术，具体是河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法。
背景技术
重金属是一类具有潜在生态及健康危害的重要污染物，其产生的污染与其他有机污染有显著的不同，这是因为大多数有机化合物的污染可以通过自然界自身的物理作用、化学作用或微生物的生物作用得到净化，使其有害性降低或解除。相反，重金属污染具有富集性，能随生物链向上传递进而给人们的健康造成威胁，并且很难在环境中被降解，另外，重金属污染的程度不仅与其种类、理化性质有关，还取决于其浓度及存在的形态和价态。
现有的沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法仅能够对沉积物中的重金属含量进行监测，并直接通过重金属含量进行风险评级，但是无法从重金属治理难度的角度来对重金属毒性风险进行综合评估，导致重金属的风险评估结果精确性不高。
针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，用于解决现有的沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法无法从重金属治理难度的角度来对重金属毒性风险进行综合评估的问题；
本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以从重金属治理难度的角度来对重金属毒性风险进行综合评估的沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，包括以下步骤：
步骤一：对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析：将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY并进行数值计算得到监测区域的监测系数JC，通过监测系数JC将监测区域标记为正常区域或异常区域；
步骤二：对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析：获取异常区域的酸碱数据SJ与水温数据SW并进行数值计算得到异常区域的处理系数CL，通过处理系数CL将监测区域标记为生物处理区域或化学处理区域；
步骤三：对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析：将重金属毒性风险评估地区的正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的数量分别标记为正常值ZC、生物值SW以及化学值HX，对正常值ZC、生物值SW以及化学值HX进行数值计算得到重金属毒性风险评估地区的评估系数PG，通过评估系数PG将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级。
作为本发明的一种优选实施方式，在步骤一中，铜元数据TY的获取过程包括：在监测区域内设置若干个监测点，获取监测点沉积物中铜元素的含量浓度值并标记为监测点的铜表值，将监测点的铜表值的最大值标记为监测区域的铜元数据TY；铅元数据的获取过程包括：获取监测点沉积物中铅元素的含量浓度值并标记为监测点的铅表值，将监测点的铅表值的最大值标记为监测区域的铅元数据QY；镉元数据GY的获取过程包括：获取监测点沉积物中镉元素的含量浓度值并标记为监测点的镉表值，将监测点的镉表值的最大值标记为监测区域的镉元数据GY。
作为本发明的一种优选实施方式，在步骤一中，将监测区域标记为正常区域或异常区域的具体过程包括：通过存储模块获取到监测阈值JCmax，将监测区域的监测系数JC与监测阈值JCmax进行比较：若监测系数JC小于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险满足要求，将对应的监测区域标记为正常区域；若监测系数JC大于等于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险不满足要求，将对应的监测区域标记为异常区域，区域监测模块将异常区域发送至综合评价平台，综合评价平台接收到异常区域后将异常区域发送至决策分析模块。
作为本发明的一种优选实施方式，在步骤二中，酸碱数据SJ的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行酸碱度监测并将酸碱度数值标记为酸碱值，通过存储模块获取到酸碱范围，将酸碱范围的最大值与最小值的平均值标记为酸碱标准值，将酸碱值与酸碱标准值差值的绝对值标记为监测点的酸碱表现值，将所有监测点的酸碱表现值的最大值标记为酸碱数据SJ；水温数据SW的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行水温监测并将水温的数值标记为温度值，通过存储模块获取到温度范围，将温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值差值的绝对值标记为温度表现值，将所有监测点的温度表现值的最大值标记为水温数据SW。
作为本发明的一种优选实施方式，在步骤二中，将异常区域标记为生物处理区域或化学处理区域的具体过程包括：通过存储模块获取到处理阈值CLmin，将异常区域的处理系数CL与处理阈值CLmin进行比较：若处理系数CL小于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为化学处理区域；若处理系数CL大于等于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为生物处理区域；将化学处理区域与生物处理区域通过综合评价平台发送至风险评估模块。
作为本发明的一种优选实施方式，在步骤三中，将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级的具体过程包括：通过存储模块获取到评估阈值PHmin、PGmax，将评估系数PG与评估阈值PGmin、PGmax进行比较：若PG≤PGmin，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级；若PGmin＜PG＜PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为二等级；若PG≥PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为三等级；将重金属毒性风险评估地区的风险等级通过综合评价平台发送至管理人员的手机终端。
作为本发明的一种优选实施方式，应用于河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价系统当中，包括综合评价平台，所述综合评价平台通信连接有区域监测模块、决策分析模块、风险评估模块以及存储模块；
所述区域监测模块用于对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析并将监测区域标记为正常区域或异常区域；
所述决策分析模块用于对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析并将异常区域标记为生物处理区域或化学处理区域；
所述风险评估模块用于对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析并将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级，将重金属毒性风险评估地区的风险等级通过综合评价平台发送至管理人员的手机终端。
本发明具备下述有益效果：
1、通过区域监测模块可以对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析，通过分区域监测的方式对监测区域内的各项重金属含量参数进行综合分析与计算得到监测系数，通过监测系数的数值对监测区域内的重金属风险程度进行反馈，从而对重金属风险程度较高的区域进行标记；
2、通过决策分析模块可以对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析，通过对异常区域内的治理环境参数进行采集与分析得到处理系数，从而通过处理系数对异常区域的重金属处理难度进行反馈并分配处理措施，提高重金属毒性的处理效率；
3、通过风险评估模块可以对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析，通过对地区内正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的划分情况进行分析得到评估系数，从而通过评估系数的数值对风险评估地区的风险等级进行标记。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的系统框图；
图2为本发明实施例二的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价系统，包括综合评价平台，综合评价平台通信连接有区域监测模块、决策分析模块、风险评估模块以及存储模块。
区域监测模块用于对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析：将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY，铜元数据TY的获取过程包括：在监测区域内设置若干个监测点，获取监测点沉积物中铜元素的含量浓度值并标记为监测点的铜表值，将监测点的铜表值的最大值标记为监测区域的铜元数据TY；铅元数据的获取过程包括：获取监测点沉积物中铅元素的含量浓度值并标记为监测点的铅表值，将监测点的铅表值的最大值标记为监测区域的铅元数据QY；镉元数据GY的获取过程包括：获取监测点沉积物中镉元素的含量浓度值并标记为监测点的镉表值，将监测点的镉表值的最大值标记为监测区域的镉元数据GY；通过公式JC＝α1*TY+α2*QY+α3*GY得到监测区域的监测系数JC，监测系数是一个反映监测区域的重金属毒性风险程度的数值，监测系数的数值越大，则表示监测区域的重金属毒性风险程度越高；其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α1＞α2＞α3＞1；通过存储模块获取到监测阈值JCmax，将监测区域的监测系数JC与监测阈值JCmax进行比较：若监测系数JC小于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险满足要求，将对应的监测区域标记为正常区域；若监测系数JC大于等于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险不满足要求，将对应的监测区域标记为异常区域，区域监测模块将异常区域发送至综合评价平台，综合评价平台接收到异常区域后将异常区域发送至决策分析模块；对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析，通过分区域监测的方式对监测区域内的各项重金属含量参数进行综合分析与计算得到监测系数，通过监测系数的数值对监测区域内的重金属风险程度进行反馈，从而对重金属风险程度较高的区域进行标记。
决策分析模块用于对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析：获取异常区域的酸碱数据SJ与水温数据SW，酸碱数据SJ的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行酸碱度监测并将酸碱度数值标记为酸碱值，通过存储模块获取到酸碱范围，将酸碱范围的最大值与最小值的平均值标记为酸碱标准值，将酸碱值与酸碱标准值差值的绝对值标记为监测点的酸碱表现值，将所有监测点的酸碱表现值的最大值标记为酸碱数据SJ；水温数据SW的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行水温监测并将水温的数值标记为温度值，通过存储模块获取到温度范围，将温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值差值的绝对值标记为温度表现值，将所有监测点的温度表现值的最大值标记为水温数据SW；通过公式得到异常区域的处理系数CL，处理系数是一个反映异常区域的重金属处理难度的数值，处理系数的数值越小，则表示异常区域的重金属处理难度越高；其中β1、β2以及β3均为比例系数，且β1＞β2＞β3＞1；通过存储模块获取到处理阈值CLmin，将异常区域的处理系数CL与处理阈值CLmin进行比较：若处理系数CL小于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为化学处理区域；若处理系数CL大于等于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为生物处理区域；将化学处理区域与生物处理区域通过综合评价平台发送至风险评估模块；对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析，通过对异常区域内的治理环境参数进行采集与分析得到处理系数，从而通过处理系数对异常区域的重金属处理难度进行反馈并分配处理措施，提高重金属毒性的处理效率。
风险评估模块用于对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析：将重金属毒性风险评估地区的正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的数量分别标记为正常值ZC、生物值SW以及化学值HX；通过公式得到重金属毒性风险评估地区的评估系数PG，评估系数是一个反映重金属毒性风险评估地区的整体风险程度的数值，评估系数的数值越小，则表示重金属毒性风险评估地区的整体风险程度越高；其中γ1、γ2以及γ3均为比例系数，且γ1＞γ2＞γ3＞1；通过存储模块获取到评估阈值PHmin、PGmax，将评估系数PG与评估阈值PGmin、PGmax进行比较：若PG≤PGmin，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级；若PGmin＜PG＜PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为二等级；若PG≥PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为三等级；将重金属毒性风险评估地区的风险等级通过综合评价平台发送至管理人员的手机终端；对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析，通过对地区内正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的划分情况进行分析得到评估系数，从而通过评估系数的数值对风险评估地区的风险等级进行标记。
实施例二
如图2所示，河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，包括以下步骤：
步骤一：对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析：将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY并进行数值计算得到监测区域的监测系数JC，通过监测系数JC将监测区域标记为正常区域或异常区域；
步骤二：对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析：获取异常区域的酸碱数据SJ与水温数据SW并进行数值计算得到异常区域的处理系数CL，通过处理系数CL将监测区域标记为生物处理区域或化学处理区域；
步骤三：对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析：将重金属毒性风险评估地区的正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的数量分别标记为正常值ZC、生物值SW以及化学值HX，对正常值ZC、生物值SW以及化学值HX进行数值计算得到重金属毒性风险评估地区的评估系数PG，通过评估系数PG将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级。
河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，工作时，将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY并进行数值计算得到监测区域的监测系数JC，通过监测系数JC将监测区域标记为正常区域或异常区域；获取异常区域的酸碱数据SJ与水温数据SW并进行数值计算得到异常区域的处理系数CL，通过处理系数CL将监测区域标记为生物处理区域或化学处理区域；将重金属毒性风险评估地区的正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的数量分别标记为正常值ZC、生物值SW以及化学值HX，对正常值ZC、生物值SW以及化学值HX进行数值计算得到重金属毒性风险评估地区的评估系数PG，通过评估系数PG将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式JC＝α1*TY+α2*QY+α3*GY；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的监测系数；将设定的监测系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1、α2以及α3的取值分别为5.48、3.26和1.25；
系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的监测系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如监测系数与铜元数据的数值成正比。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析：将重金属毒性风险评估地区分割为若干个监测区域，获取监测区域的铜元数据TY、铅元数据QY以及镉元数据GY并进行数值计算得到监测区域的监测系数JC，通过监测系数JC将监测区域标记为正常区域或异常区域；
步骤二：对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析：获取异常区域的酸碱数据SJ与水温数据SW并进行数值计算得到异常区域的处理系数CL，通过处理系数CL将监测区域标记为生物处理区域或化学处理区域；
步骤三：对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析：将重金属毒性风险评估地区的正常区域、生物处理区域以及化学处理区域的数量分别标记为正常值ZC、生物值SW以及化学值HX，对正常值ZC、生物值SW以及化学值HX进行数值计算得到重金属毒性风险评估地区的评估系数PG，通过评估系数PG将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级。
2.根据权利要求1所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，在步骤一中，铜元数据TY的获取过程包括：在监测区域内设置若干个监测点，获取监测点沉积物中铜元素的含量浓度值并标记为监测点的铜表值，将监测点的铜表值的最大值标记为监测区域的铜元数据TY；铅元数据的获取过程包括：获取监测点沉积物中铅元素的含量浓度值并标记为监测点的铅表值，将监测点的铅表值的最大值标记为监测区域的铅元数据QY；镉元数据GY的获取过程包括：获取监测点沉积物中镉元素的含量浓度值并标记为监测点的镉表值，将监测点的镉表值的最大值标记为监测区域的镉元数据GY。
3.根据权利要求2所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，在步骤一中，将监测区域标记为正常区域或异常区域的具体过程包括：通过存储模块获取到监测阈值JCmax，将监测区域的监测系数JC与监测阈值JCmax进行比较：若监测系数JC小于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险满足要求，将对应的监测区域标记为正常区域；若监测系数JC大于等于监测阈值JCmax，则判定监测区域的重金属毒性风险不满足要求，将对应的监测区域标记为异常区域，区域监测模块将异常区域发送至综合评价平台，综合评价平台接收到异常区域后将异常区域发送至决策分析模块。
4.根据权利要求3所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，在步骤二中，酸碱数据SJ的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行酸碱度监测并将酸碱度数值标记为酸碱值，通过存储模块获取到酸碱范围，将酸碱范围的最大值与最小值的平均值标记为酸碱标准值，将酸碱值与酸碱标准值差值的绝对值标记为监测点的酸碱表现值，将所有监测点的酸碱表现值的最大值标记为酸碱数据SJ；水温数据SW的获取过程包括：在异常区域内的监测点进行水温监测并将水温的数值标记为温度值，通过存储模块获取到温度范围，将温度范围的最大值与最小值的平均值标记为温度标准值，将温度值与温度标准值差值的绝对值标记为温度表现值，将所有监测点的温度表现值的最大值标记为水温数据SW。
5.根据权利要求4所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，在步骤二中，将异常区域标记为生物处理区域或化学处理区域的具体过程包括：通过存储模块获取到处理阈值CLmin，将异常区域的处理系数CL与处理阈值CLmin进行比较：若处理系数CL小于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为化学处理区域；若处理系数CL大于等于处理阈值CLmin，则将异常区域标记为生物处理区域；将化学处理区域与生物处理区域通过综合评价平台发送至风险评估模块。
6.根据权利要求5所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，在步骤三中，将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级的具体过程包括：通过存储模块获取到评估阈值PHmin、PGmax，将评估系数PG与评估阈值PGmin、PGmax进行比较：若PG≤PGmin，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级；若PGmin＜PG＜PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为二等级；若PG≥PGmax，则将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为三等级；将重金属毒性风险评估地区的风险等级通过综合评价平台发送至管理人员的手机终端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，应用于河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价系统当中，包括综合评价平台，所述综合评价平台通信连接有区域监测模块、决策分析模块、风险评估模块以及存储模块；
所述区域监测模块用于对重金属毒性风险评估地区进行区域性监测分析并将监测区域标记为正常区域或异常区域；
所述决策分析模块用于对重金属毒性风险评估地区的异常区域进行处理决策分析并将异常区域标记为生物处理区域或化学处理区域；
所述风险评估模块用于对重金属毒性风险评估地区的生态毒性危害程度进行评估分析并将重金属毒性风险评估地区的风险等级标记为一等级、二等级或三等级，将重金属毒性风险评估地区的风险等级通过综合评价平台发送至管理人员的手机终端。
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2023
- 2023-05-15 CN CN202310538493.3A patent/CN116596308B/zh active Active
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| 张洋洋;: "河湖重金属生态风险评价研究进展", 能源与环境, no. 06 * |
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| CN116596308B (zh) | 2023-11-17 |
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