一种评价湖泊富营养化的方法技术

一种评价湖泊富营养化的方法，涉及水环境污染评价方法。是要解决现有营养状态指数的计算过程中多水质参数测量对TSI的影响。方法：一、对湖泊进行采样，获得湖泊水质样品；二、针对湖泊水质样品测定pH、盐度、水体温度、SD、TN、TP、DOC、Chla和aOACs；三、aOACs的测定包括ap和aCDOM；四、通过实测的aOACs来反演计算TSI，数据点在回归线两侧均匀分布，进而进行湖泊营养化程度分类。本方法简单，只需测定湖泊的光学活性物质吸收系数，就可通过该模型计算出湖泊的TSI值。本发明专利技术用于评价湖泊富营养化。

A method to evaluate lake eutrophication

A method of evaluating lake eutrophication involves water environmental pollution assessment. It is to solve the influence of multi water quality parameter measurement on TSI during the calculation of existing trophic state index. Methods: 1. Sample the lake and get the lake water quality sample; 2. Measure the pH, salinity, water temperature, SD, TN, TP, DOC, Chla and aOACs for the lake water quality sample; 3. Measure the aOACs including AP and aCDOM; 4. Inverse and calculate the TSI through the measured aOACs, and the data points are evenly distributed on both sides of the regression line. The classification of lake eutrophication was carried out. The method is simple and can be used to calculate the TSI value of lakes by measuring the absorption coefficient of optically active substances. The invention is used to evaluate the eutrophication of lakes.

【技术实现步骤摘要】
一种评价湖泊富营养化的方法
本专利技术涉及水环境污染评价方法，具体涉及评价湖泊富营养化程度的方法。
技术介绍
湖泊富营养化是指湖泊水质恶化，水体中氮、磷等营养元素浓度大量增加，导致湖泊生产力或者光合速率增加。湖泊富营养化会引起水生态系统一系列异常的反应，其中藻华现象最为常见，严重影响湖泊的生态功能与水质安全。我国大多数湖泊面临着富营养化问题，开展湖泊营养化程度的监控研究刻不容缓。现在普遍采用多参数相关加权的综合营养状态指数法(TSI)来评价湖泊营养化程度，该方法基于水体总磷浓度、叶绿素浓度和透明度等指标，对湖泊营养状态进行连续的数值化分级，具体标准为：TSI<30为贫营养，30≤TSI≤50为中营养，50<TSI≤60为轻度富营养，60<TSI≤70为中度富营养，TSI>70为重度富营养。虽然该方法目前为大多数研究工作者采用，但其使用过程中涉及多种水质参数的测量，测定方法及测量精度都会对最终的营养状态指数计算结果产生影响，影响营养化程度的评价。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有营养状态指数(TSI)的计算过程中多水质参数测量对TSI的影响，而提供了一种新的评价湖泊富营养化的方法。本专利技术评价湖泊富营养化的方法，包括以下步骤：一、对湖泊进行采样，每个湖泊设置4-5个采样点，获得湖泊水质样品；二、针对湖泊水质样品测定pH、盐度、水体温度、水体透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性有机物浓度(DOC)、叶绿素浓度(Chla)和光学活性物质吸收(aOACs)；若同时满足pH＝6.44-10.92、盐度为0.12-117.1ppt、水体温度为273.16-311.16K、水体透明度为0.1-24.1m、总氮为0-57.2mg/L、总磷为0-9.3mg/L、溶解性有机物浓度为0.27-790.50mg/L和叶绿素浓度0-1256.2μg/L，则进行步骤三；三、光学特性物质吸收(aOACs)的测定包括总悬浮物的吸收(ap)和有色溶解性有机物的吸收(aCDOM)，然后根据下列式子进行计算：aCDOM＝2.303×OD440/LaOACs＝ap+aCDOM其中ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数；aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数；OD440为440nm的吸光度值，该值已由740-750nm处平均吸光度值进行数值矫正；S为滤膜有效面积(m2)；V为过滤水样的体积(m3)；L为光程路径(0.01m)。四、用以下指数模型，通过实测的aOACs来反演计算TSI，数据点在回归线两侧均匀分布，进而进行湖泊营养化程度分类；TSI＝12.85×ln(aOACs)+45.12(R2＝0.75，n＝869)具体评价标准：TSI<30为贫营养，30≤TSI≤50为中营养，50<TSI≤60为轻度富营养，60<TSI≤70为中度富营养，TSI>70为重度富营养。进一步的，步骤二中pH、盐度和水体温度的测量精度分别为0.01、0.01ppt和0.001K。湖泊营养化程度评价采用修正的营养状态指数(TSI)，TSI计算主要依靠实测的Chla、TP和SD数据，具体计算公式如下：TSIM＝0.54×TSIM(Chla)+0.297×TSIM(SD)+0.163×TSIM(TP)本专利技术方法中的采样湖泊覆盖类型全面，包含咸水湖和淡水湖，湖泊盐度范围0.12-117.1ppt，DOC浓度范围0.3-361.9mg/L，Chla浓度范围0-1256.2μg/L，SD值范围0.1-24.1m，TN浓度范围0-57.2mg/L，TP浓度范围0-9.3mg/L。使用MicrosoftExcel2017软件对aOACs和TSI的相关性进行拟合分析及精度验证。本专利技术的有益效果：本专利技术方法通过数据拟合分析的方法，构建了aOACs和TSI的相关性(图2)。该相关性可以用以下指数模型进行描述：TSI＝12.85×ln(aOACs)+45.12(R2＝0.75，n＝869)，数据点在回归线两侧均匀分布。依据该模型，可以通过实测的aOACs来反演计算TSI，进而进行湖泊营养化程度分类。使用该方法对分布在全国的103个湖泊进行营养状态评价，结果如图3，仅有8.89％的被调查湖泊处于贫营养状态，17.04％的湖泊处于中营养状态，剩余68.89％的湖泊都处于富营养化状态。为了验证该评价结果的准确性，本研究同时测定了这103湖泊的Chla、TP和SD值，并根据这些水质参数按照传统的方法计算了TSI值，将该TSI值与依据本专利方法计算出来的TSI进行拟合分析，实现模型精度验证(图4)，结果表明平均绝对百分误差(MAPE)仅为23.93％，实测TSI值与TSI反演值的比值为0.8，aOACs和TSI模型精度较好，依据本专利方法计算出来的TSI具有极高的可信度。本专利技术方法通过构建aOACs和TSI的相关性模型，确定了一种评价湖泊富营养化的方法，即只需测定湖泊的光学活性物质吸收系数(aOACs)，就可通过该模型计算出湖泊的TSI值，进而依据TSI值进行湖泊营养化类型的评价。附图说明图1为采样湖泊分布图；图2为aOACs和TSI的相关性分析；图3为基于本专利方法进行的湖泊营养状态评价结果；图4为基于实测水质参数计算出的TSI值和本专利技术方法计算出的TSI值相关性分析结果。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式评价湖泊富营养化的方法，包括以下步骤：一、对湖泊进行采样，获得湖泊水质样品；二、针对湖泊水质样品测定pH、盐度、水体温度、水体透明度SD、总氮TN、总磷TP、溶解性有机物浓度DOC、叶绿素浓度Chla和光学活性物质吸收aOACs；若同时满足pH＝6.44-10.92、盐度为0.12-117.1ppt、水体温度为273.16-311.16K、水体透明度为0.1-24.1m、总氮为0-57.2mg/L、总磷为0-9.3mg/L、溶解性有机物浓度为0.27-790.50mg/L和叶绿素浓度0-1256.2μg/L，则进行步骤三；三、光学特性物质吸收aOACs的测定包括总悬浮物的吸收ap和有色溶解性有机物的吸收aCDOM，然后根据下列式子进行计算：aCDOM＝2.303×OD440/LaOACs＝ap+aCDOM其中ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数；aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数；OD440为440nm的吸光度值，该值已由740-750nm处平均吸光度值进行数值矫正；S为滤膜有效面积(m2)；V为过滤水样的体积(m3)；L为光程路径(0.01m)。四、用以下指数模型，通过实测的aOACs来反演计算TSI，数据点在回归线两侧均匀分布，进而进行湖泊营养化程度分类；TSI＝12.85×ln(aOACs)+45.12(R2＝0.75，n＝869)具体评价标准：TSI<30为贫营养，30≤TSI≤50为中营养，50<TSI≤60为轻度富营养，60<TSI≤70为中度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价湖泊富营养化的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、对湖泊进行采样，获得湖泊水质样品；二、针对湖泊水质样品测定pH、盐度、水体温度、水体透明度SD、总氮TN、总磷TP、溶解性有机物浓度DOC、叶绿素浓度Chla和光学活性物质吸收aOACs；若同时满足pH＝6.44‑10.92、盐度为0.12‑117.1ppt、水体温度为273.16‑311.16K、水体透明度为0.1‑24.1m、总氮为0‑57.2mg/L、总磷为0‑9.3mg/L、溶解性有机物浓度为0.27‑790.50mg/L和叶绿素浓度0‑1256.2μg/L，则进行步骤三；三、光学特性物质吸收aOACs的测定包括总悬浮物的吸收ap和有色溶解性有机物的吸收aCDOM，然后根据下列式子进行计算：

【技术特征摘要】
1.一种评价湖泊富营养化的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、对湖泊进行采样，获得湖泊水质样品；二、针对湖泊水质样品测定pH、盐度、水体温度、水体透明度SD、总氮TN、总磷TP、溶解性有机物浓度DOC、叶绿素浓度Chla和光学活性物质吸收aOACs；若同时满足pH＝6.44-10.92、盐度为0.12-117.1ppt、水体温度为273.16-311.16K、水体透明度为0.1-24.1m、总氮为0-57.2mg/L、总磷为0-9.3mg/L、溶解性有机物浓度为0.27-790.50mg/L和叶绿素浓度0-1256.2μg/L，则进行步骤三；三、光学特性物质吸收aOACs的测定包括总悬浮物的吸收ap和有色溶解性有机物的吸收aCDOM，然后根据下列式子进行计算：aCDOM＝2.303×OD440/LaOACs＝ap+aCDOM其中ap和aCDOM分别为440nm总悬浮物和有色溶解性有机物的吸收系数；aOACs为光学活性物质在440nm的总吸收系数；OD440为440nm的吸光度值，该值已由740-750nm处平均吸光度值进行数值矫正；S为滤膜有效面积m2；V为过滤水样的体积m3；L为光程路径0.01m；四、用以下指数模型，通过实测的aOACs来...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志丹，宋开山，刘阁，杜嘉，房冲，尚盈辛，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22