水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，包括步驟：步驟1，基于環(huán)境分析結(jié)果構(gòu)建藻類生物量預(yù)測(cè)模型；步驟2，采用藻類生物量預(yù)測(cè)模型獲得藻類生物量預(yù)測(cè)值；步驟3，確定優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值；步驟4，比較藻類生物量預(yù)測(cè)值和藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，判斷是否發(fā)出水華預(yù)警。本發(fā)明適用于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)便快捷，能實(shí)現(xiàn)水華風(fēng)險(xiǎn)的快速預(yù)警，可為水環(huán)境應(yīng)急管理提供及時(shí)、有效的技術(shù)支撐。
【專利說明】水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城鎮(zhèn)化的快速擴(kuò)張和工業(yè)快速發(fā)展，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的大量使用， 大量城鎮(zhèn)生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水流入江、河、湖、庫(kù)等水體，使水體的污染負(fù)荷不斷增加，造 成我國(guó)內(nèi)陸水體富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重，"水華"事件頻繁發(fā)生。當(dāng)"水華"的發(fā)生影響到水體正 常的飲用、養(yǎng)殖、娛樂、景觀等功能時(shí)，該"水華"事件就成為了影響人們生產(chǎn)生活的水污染 事故。"水華"事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響和制約了水體功能的發(fā)揮和水資源的利用，對(duì)流域的飲 用水安全和社會(huì)生產(chǎn)造成了直接威脅。為能夠及時(shí)有效地實(shí)施防災(zāi)減災(zāi)，富營(yíng)養(yǎng)化水體水 華風(fēng)險(xiǎn)的程度、"水華"暴發(fā)時(shí)間，以及"水華"暴發(fā)影響的水域范圍（水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)"三要 素"）等的模擬評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。
[0003] 為更好的對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行水環(huán)境管理，保證水體使用功能，相關(guān)學(xué)者做了很 多研究。水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)程度時(shí)，主要利用水體中相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn) 行評(píng)價(jià)，這些評(píng)價(jià)結(jié)果使人們對(duì)水體現(xiàn)狀水質(zhì)有了較清晰的認(rèn)識(shí)，為水質(zhì)管理提供了重要 的依據(jù)。水環(huán)境的變化是水文、水質(zhì)、氣象等多種因素協(xié)同作用的結(jié)果，而富營(yíng)養(yǎng)化的定量 評(píng)價(jià)方法忽視了外界氣象因素和水文因素對(duì)水體水質(zhì)的影響，且不能對(duì)水體未來的水華風(fēng) 險(xiǎn)程度，以及"水華"發(fā)生的范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)，而這兩方面的預(yù)測(cè)為水環(huán)境應(yīng)急管理的基礎(chǔ)。因 此，為更好的進(jìn)行水環(huán)境管理，應(yīng)加強(qiáng)這兩個(gè)方面預(yù)警的研究。
[0004] 富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型能夠較好的模擬預(yù)測(cè)水體中水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的"三要素"， 在水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中起到了積極的作用，但富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算需要大量的實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)作支撐，模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，其建立和校驗(yàn)過程需要耗費(fèi)大量時(shí)間。水華作 為一個(gè)累積性的突發(fā)事件，對(duì)其預(yù)警評(píng)價(jià)應(yīng)具有一定的及時(shí)有效性，才能更有效的為水環(huán) 境的應(yīng)急管理服務(wù)，因此，需要加強(qiáng)水華風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)和預(yù)警方法的研究。
[0005] 為了有效采取預(yù)防措施，首先需要了解水華暴發(fā)中藻類累積的規(guī)律。目前，人們已 對(duì)影響藻類生物量的主要因素做了深入的研究，發(fā)現(xiàn)藻類生物量的變化過程符合生物累積 動(dòng)力學(xué)。因此，從生物累積動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，用藻類生物量表征水體富營(yíng)養(yǎng)化的生態(tài)效應(yīng)， 研究水華風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法，對(duì)水華風(fēng)險(xiǎn)的"三要素"等進(jìn)行預(yù)警評(píng)價(jià)，從而及時(shí)的采取 預(yù)防措施，抑制"水華"的大規(guī)模暴發(fā)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，使管理員能及時(shí)采取有效 的水體應(yīng)急管理措施，保障水體的使用功能和景觀效果。
[0007] 本發(fā)明利用藻類生物量的變化，結(jié)合水華風(fēng)險(xiǎn)閾值對(duì)水華風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)警， 能對(duì)水體中藻類生物量變化情況、水華風(fēng)險(xiǎn)程度、水華事件暴發(fā)時(shí)間以及水華事件發(fā)生影 響的水域范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)警。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，包括步驟：
[0009] 步驟1，對(duì)水體進(jìn)行環(huán)境分析獲得水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻種，基于水華 爆發(fā)的主要影響因素構(gòu)建優(yōu)勢(shì)藻種的藻類生物量隨時(shí)間變化的函數(shù)，即藻類生物量預(yù)測(cè)模 型；
[0010] 步驟2,采集并分析實(shí)時(shí)的水體水質(zhì)變化特征、水體污染源特征和氣候特征獲得藻 類生物量預(yù)測(cè)模型中各參數(shù)實(shí)時(shí)值，結(jié)合各參數(shù)實(shí)時(shí)值和藻類生物量預(yù)測(cè)模型獲得優(yōu)勢(shì)藻 種生物量預(yù)測(cè)值；
[0011] 步驟3,確定優(yōu)勢(shì)藻種的藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，具體為：
[0012] 3. 1使優(yōu)勢(shì)藻種在不同氮濃度的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)，獲得不同氮濃度下優(yōu)勢(shì)藻種的最 大比增長(zhǎng)率，并獲得最大比增長(zhǎng)率的臨界值sgmaxl;
[0013] 3. 2使優(yōu)勢(shì)藻種在不同磷濃度的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)，獲得不同磷濃度下優(yōu)勢(shì)藻種的最 大比增長(zhǎng)率，并獲得最大比增長(zhǎng)率的臨界值Sgmax2 ;
[0014] 3. 3將臨界值Sgmaxl除以優(yōu)勢(shì)藻種可利用的溶解性無機(jī)氮占營(yíng)養(yǎng)鹽TN的質(zhì)量比得 到營(yíng)養(yǎng)鹽TN的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，將臨界值S gmax2除以優(yōu)勢(shì)藻種可利用的磷占營(yíng)養(yǎng)鹽TP的質(zhì)量 比得到營(yíng)養(yǎng)鹽TP的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值；
[0015] 3. 4基于水體中優(yōu)勢(shì)藻種濃度、水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度及水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度的監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)，采用線性回歸分析法構(gòu)建優(yōu)勢(shì)藻種濃度與水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度、水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度間的 回歸模型；
[0016] 3. 5令水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度等于營(yíng)養(yǎng)鹽TN的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，令水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度 等于營(yíng)養(yǎng)鹽TP的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，采用回歸模型獲得的優(yōu)勢(shì)藻種濃度即優(yōu)勢(shì)藻種的藻類生 物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值。
[0017] 步驟4,比較優(yōu)勢(shì)藻種生物量預(yù)測(cè)值和藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種生物 量預(yù)測(cè)值不小于藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值時(shí)，發(fā)出水華預(yù)警。
[0018] 所述的對(duì)水體進(jìn)行環(huán)境分析獲得水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻種具體為：
[0019] 采集氣候特征數(shù)據(jù)、水體污染源特征數(shù)據(jù)、水體水質(zhì)變化特征數(shù)據(jù),根據(jù)氣候特征 數(shù)據(jù)、水體污染源特征數(shù)據(jù)和水體水質(zhì)變化特征數(shù)據(jù)，并結(jié)合水動(dòng)力條件及生物因素進(jìn)行 環(huán)境分析，確定水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻種。
[0020] 所述的優(yōu)勢(shì)藻種的藻類生物量預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建包括步驟：
[0021] 1.1基于生物累積模型構(gòu)建藻類累積模型

【權(quán)利要求】
1. 一種水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，對(duì)水體進(jìn)行環(huán)境分析獲得水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻種，基于水華爆發(fā) 的主要影響因素構(gòu)建優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量隨時(shí)間變化的函數(shù)，即藻類生物量預(yù)測(cè)模型； 步驟2,采集并分析實(shí)時(shí)的水體水質(zhì)變化特征、水體污染源特征和氣候特征獲得藻類生 物量預(yù)測(cè)模型中各參數(shù)實(shí)時(shí)值，結(jié)合各參數(shù)實(shí)時(shí)值和藻類生物量預(yù)測(cè)模型獲得優(yōu)勢(shì)藻類生 物量預(yù)測(cè)值； 步驟3,確定優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，具體為： 3. 1使優(yōu)勢(shì)藻類在不同氮濃度的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)，獲得不同氮濃度下優(yōu)勢(shì)藻類的最大比 增長(zhǎng)率，并獲得最大比增長(zhǎng)率的臨界值Sgmaxl ; 3. 2使優(yōu)勢(shì)藻類在不同磷濃度的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)，獲得不同磷濃度下優(yōu)勢(shì)藻類的最大比 增長(zhǎng)率，并獲得最大比增長(zhǎng)率的臨界值Sgmax2 ; 3. 3將臨界值Sgmaxl除以優(yōu)勢(shì)藻類可利用的溶解性無機(jī)氮占營(yíng)養(yǎng)鹽TN的質(zhì)量比得到營(yíng) 養(yǎng)鹽TN的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，將臨界值S gmax2除以優(yōu)勢(shì)藻類可利用的磷占營(yíng)養(yǎng)鹽TP的質(zhì)量比得 到營(yíng)養(yǎng)鹽TP的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值； 3. 4基于水體中優(yōu)勢(shì)藻類濃度、水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度及水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 采用線性回歸分析法構(gòu)建優(yōu)勢(shì)藻類濃度與水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度、水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度間的回 歸模型； 3. 5令水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度等于營(yíng)養(yǎng)鹽TN的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，令水體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度等于 營(yíng)養(yǎng)鹽TP的水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，采用回歸模型獲得的優(yōu)勢(shì)藻類濃度即優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量 水華風(fēng)險(xiǎn)閾值； 步驟4,比較優(yōu)勢(shì)藻類生物量預(yù)測(cè)值和藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值，當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻類生物量預(yù) 測(cè)值不小于藻類生物量水華風(fēng)險(xiǎn)閾值時(shí)，發(fā)出水華預(yù)警。
2. 如權(quán)利要求1所述的水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，其特征在于： 所述的對(duì)水體進(jìn)行環(huán)境分析獲得水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻種具體為： 采集氣候特征數(shù)據(jù)、水體污染源特征數(shù)據(jù)、水體水質(zhì)變化特征數(shù)據(jù)，根據(jù)氣候特征數(shù) 據(jù)、水體污染源特征數(shù)據(jù)和水體水質(zhì)變化特征數(shù)據(jù)，并結(jié)合水動(dòng)力條件及生物因素進(jìn)行環(huán) 境分析，確定水華爆發(fā)的主要影響因素及優(yōu)勢(shì)藻類。
3. 如權(quán)利要求1所述的水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，其特征在于： 所述的優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建包括步驟： 1. 1基于生物累積模型構(gòu)建藻類累積模型
，其中，C表示優(yōu)勢(shì)藻類濃度， t表示時(shí)間，G和D分別為優(yōu)勢(shì)藻類的生長(zhǎng)速率和死亡速率； 1. 2結(jié)合多因素藻類生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型、藻類累積模型及水華爆發(fā)的主要影響因素，獲得 考慮主要影響因素的藻類累積動(dòng)力學(xué)模型； 1. 3在評(píng)價(jià)期內(nèi)對(duì)藻類累積動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行微積分，獲得優(yōu)勢(shì)藻類的藻類生物量隨時(shí) 間變化的函數(shù)，即藻類生物量預(yù)測(cè)模型。
4. 如權(quán)利要求1所述的水體水華風(fēng)險(xiǎn)快速預(yù)警方法，其特征在于： 子步驟3. 4具體為： 根據(jù)水體中營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度的實(shí)測(cè)值，及對(duì)應(yīng)的藻類生物量，構(gòu)建營(yíng)養(yǎng) 鹽TN濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度和藻類生物量間的多元線性關(guān)系方程；運(yùn)用多元線性回歸分析法 求得多元線性關(guān)系方程的線性回歸系數(shù)，從而獲得優(yōu)勢(shì)藻類濃度與水體營(yíng)養(yǎng)鹽TN濃度、水 體營(yíng)養(yǎng)鹽TP濃度間的回歸模型。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104112080SQ201410367734
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】張萬順, 彭紅, 吳揚(yáng), 徐艷紅 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)