基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法技术方案

技术编号:10049838 阅读:172 留言:0更新日期:2014-05-15 20:13
基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,涉及河流生态系统风险评估技术领域。本发明专利技术的目的是提供一种基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,以筛选出一种或几种重金属优控污染物来表征河流的重金属污染现状。本发明专利技术选取重金属毒性系数、污染指数和检出率3个指标分别计算水相、生物相和固相生态风险指数,构建了重金属优控污染物筛选模型,并将综合生态风险指数高的重金属筛选为研究区域河流重金属优控污染物。本文构建模型应用于松花江5种有毒重金属污染综合效应评价,研究结论与其他学者关于松花江的相关研究结果吻合。本发明专利技术用于基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种重金属优控污染物筛选模型的建模方法,涉及河流生态系统风险评估

技术介绍
随着工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展,大量进入环境中的重金属对生物个体、种群产生影响,进而对生态系统产生不良的生态效应。如果重金属超过人体所能耐受的限度,就会造成人体急性或慢性中毒,导致致癌、致畸及致突变现象,对人体造成很大危害(Wang&Zhang,2012)。重金属污染现已成为水环境污染评价的重要内容(Liu et al.,2006),一直备受国内外学者的高度关注,但当前针对重金属污染对河流生态系统造成的危害大多关注单一介质中重金属的风险评价,如沉积物(Burton,2010;Wu et at.,2013;Azmat et al.,2014)、鱼体(Tuzen M,2009;Liu et al.,2013)或水体(Tao et al.,2013;Wang et al.,2010)等,而有关重金属在河流三相空间综合污染效应的研究尚未见报道。此外,关于水环境优控污染物的研究,国内外已提出多种筛选方法,但多用于有机物的筛选,对人体危害较大的重金属研究不多(Xu et al.,2013)。由于重金属检测对仪器设备及操作人员技能要求高,费用昂贵,如何构建一个科学、客观、简便的评价模型,筛选出一种或几种重金属优控污染物来表征河流的重金属污染现状,已成为当前水环境重金属污染防治工作的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,以筛选出一种或几种重金属优控污染物来表征河流的重金属污染现状。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是:一种基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,所述方法的实现过程为:步骤一、指标体系构建:选取重金属的毒性系数、污染指数、检出率3个指标构建重金属优控污染物筛选模型;重金属毒性系数Tri用于反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度;重金属污染指数表征单一重金属的富集和污染程度,由公式1表示:Cfi=Ci/Cni]]>             公式1式中:Ci为单一重金属实测值,单位是mg/kg;Cni为单一重金属环境背景参比值,单位是mg/kg;重金属检出率Fsi表征单一重金属的污染范围和检出频次,由公式2表示:Fsi=Si/Sti]]>                公式2式中:Si为单一重金属检出断面个数,Sti为单一重金属监测断面总数。步骤二、根据步骤一确定的评价指标,构建重金属优控污染物筛选模型,如公式4:W(ForS)=Tri×Cfi×Fsi]]>           公式3R=ζW+ηF+θS            公式4式中,W、F和S分别表示河流生态系统中重金属在水相、生物相和固相中的生态风险指数;ζ、η和θ分别表示河流生态系统中水相、生物相和固相三相空间重金属权重值;步骤三、利用重金属优控污染物筛选模型求得河流生态系统中每种重金属的R值,并将各种重金属的R值由高到低进行排序,根据研究河流的重金属监测指标要求,将R值最高的重金属或R值高的前几种重金属筛选为河流重金属优控污染物。水相、生物相和固相三相空间重金属权重值ζ、η和θ的确定方法如下:(1)分别判定水相、生物相和固相中重金属污染权重系数x、y和z;x、y、z是采用层次分析法确定的,它们是计算ζ、η和θ的一个过程参数;(2)根据地表水环境质量功能区划分,按水质类别Ⅰ-Ⅴ类,采用层次分析法依次判定其权重系数α、β、γ、δ和ε;(3)三相空间中重金属污染权重系数x、y和z分别与不同水质类别下重金属权重系数α、β、γ、δ和ε相乘,得到每一水质类别下各相中重金属权重系数αi、βi、γi、δi和εi;i的取值范围是1~3,分别代表三相空间,i=1代表水相,i=2代表生物相,i=3代表固相;i与x、y和z是对应的;(4)确定河流研究区间不同水质类别个数A、B、C、D和E;(5)计算出河流三相空间中不同水质类别下重金属权重系数的加权算术平均值a、b和c,进行归一化处理,从而得到水相、生物相和固相的重金属权重值ζ、η和θ,如公式5;a=α1A+β1B+γ1C+δ1D+ϵ1EA+B+C+D+E]]>b=α2A+β2B+γ2C+δ2D+ϵ2EA+B+C+D+E]]>c=α3A+β3B+γ3C+δ3D+ϵ3EA+B+C+D+E]]>ζ=aa+b+c;η=ba+b+c;θ=ca+b+c.]]>           公式5本专利技术的有益效果是:本专利技术依据应用广泛的重金属污染评价模型(Müller,1969;Hakanson,1980;Hilton et al.,1985)和环境优控污染物筛选方法(Pei et al.,2013;ATSDR,2013;EC,2013)的科学建模思想,选取相关参数构建河流水相、生物相和固相立体空间重金属污染综合生态风险评价模型,并筛选综合生态风险指数高的重金属作为研究区域河流重金属污染优控污染物,本专利技术方法为河流重金属污染防治提供了技术支持。本专利技术参考国内外河流单一介质中重金属污染生态风险评价模型基础上,借鉴环境优控污染物筛选方法,选取重金属毒性系数、污染指数和检出率3个指标分别计算水相、生物相和固相生态风险指数,经加权求和,构建了河流三相空间重金属污染综合生态风险评价模型,并将综合生态风险指数高的重金属筛选为研究区域河流重金属优控污染物。本文构建模型应用于松花江5种有毒重金属污染综合效应评价,结果表明5种有毒重金属在单一介质中生态风险指数均表现为水相>生物相>固相,三相空间综合生态风险指数由高到低排序为Cd>Hg>As>Pb>Cr,研究结论与其他学者关于松花江的相关研究结果吻合。在此基础上,本文将Cd和Hg筛选为松花江重金属优控污染物。本研究为河流三相空间重金属污染综合效应评价及重金属优控污染物筛选进行了一次创新尝试。本专利技术用于基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选。附图说明图1是重金属在河流生态系统中的迁移转化过程模拟示意图,图2为采样断面分布图,图3为松花江三相空间重金属生态风险指数。具体实施方式如图1~3所示,本实施方式对本专利技术方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,其特征在于:所述方法的实现过程为: 步骤一、指标体系构建: 选取重金属的毒性系数、污染指数、检出率3个指标构建重金属优控污染物筛选模型; 重金属毒性系数Tri用于反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度; 重金属污染指数表征单一重金属的富集和污染程度,由公式1表示:公式1式中:Ci为单一重金属实测值,单位是mg/kg;Cni为单一重金属环境背景参比值,单位是mg/kg; 重金属检出率Fsi表征单一重金属的污染范围和检出频次,由公式2表示: 公式2式中:Si为单一重金属检出断面个数,Sti为单一重金属监测断面总数。 步骤二、根据步骤一确定的评价指标,构建重金属优控污染物筛选模型,如公式4: 公式3R=ζW+ηF+θS                  公式4 式中,W、F和S分别表示河流生态系统中重金属在水相、生物相和固相中的生态风险指数; ζ、η和θ分别表示河流生态系统中水相、生物相和固相三相空间重金属权重值; 步骤三、利用重金属优控污染物筛选模型求得河流生态系统中每种重金属的R值,并将各种重金属的R值由高到低进行排序,根据研究河流的重金属监测指标要求,将R值最高的重金属或R值高的前几种重金属筛选为河流重金属优控污染物。...

【技术特征摘要】
1.一种基于河流生态系统的重金属优控污染物筛选模型的建模方法,其特征在于:所述方法的实现过程为: 
步骤一、指标体系构建: 
选取重金属的毒性系数、污染指数、检出率3个指标构建重金属优控污染物筛选模型; 
重金属毒性系数Tri用于反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度; 
重金属污染指数表征单一重金属的富集和污染程度,由公式1表示: 
            公式1 
式中:Ci为单一重金属实测值,单位是mg/kg;Cni为单一重金属环境背景参比值,单位是mg/kg; 
重金属检出率Fsi表征单一重金属的污染范围和检出频次,由公式2表示: 
               公式2 
式中:Si为单一重金属检出断面个数,Sti为单一重金属监测断面总数。 
步骤二、根据步骤一确定的评价指标,构建重金属优控污染物筛选模型,如公式4: 
            公式3 
R=ζW+ηF+θS                  公式4 
式中,W、F和S分别表示河流生态系统中重金属在水相、生物相和固相中的生态风险指数; 
ζ、η和θ分别表示河流生态系统中水相、生物相和固相三相空间重金属权重值; 
步骤三、利用重金属优控污染物筛选模型求得河流生态系统中每种重金属的R值,并...

【专利技术属性】
技术研发人员:张宝杰周军马彪邢佳滕志坤
申请(专利权)人:黑龙江省环境保护科学研究院
类型:发明
国别省市:黑龙江;23

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