一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法技术

本发明专利技术涉及流域水体污染评价应用领域，尤其涉及一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法。流域水体为地表河道，河道长度≥10公里，河底宽30～80米，河底高程5～6米，比降较抖为1/5000、或较平缓为1/2000的水体，操作步骤包括采样、采样处理、测定和计算分析，并利用三维荧光光谱技术分析对流域水体不同类型排放口和入河口污染负荷及其源强进行有效表征，并应用平行因子分析模型对DOM的荧光组分和来源进行解析，可快速查明污染源强。

A Method to Discriminate the Current Situation and Sources of Water Pollution in Watershed

【技术实现步骤摘要】
一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法
本专利技术属于流域水体污染评价应用领域，尤其涉及一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法。
技术介绍
溶解有机物(dissolvedorganicmatter,DOM)是广泛存在于土壤与水体中的一类结构复杂、性质稳定的天然碳基溶解性有机物。DOM可为异养微生物提供碳源和能源，这种生物利用过程使其得以迁移转化，从而降低其在生物系统中的稳定性及潜在风险；另一方面，DOM作为溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的载体，对生态系统中的有机碳和有机氮循环产生影响。对全球碳循环有重要影响，对生态系统的能量输入和物质转化也具有重要作用。它普遍存在于土壤、沉积物及各类水体等自然环境中，可以通过离子交换、吸附、氧化还原等反应改变土壤、沉积物和水体中重金属迁移转化、生物毒性及空间分布等。水体中DOM的来源主要分为外源和内源。外源主要是大气、陆地等系统中的有机质通过降雨、地表径流以及渗滤等过程进入水体；而内源则与水体生物的活动密切相关，如藻类或水体微生物等通过自身的腐烂分解产生有机质。目前，水环境污染源解析方法主要包括定性和定量两类。定性方法直接利用污染物的化学性质或某些化学参数来辨析污染源，如比值法等；定量方法则利用数学分析手段进行源解析，如化学质量平衡法，同位素示踪法、多元统计法、混合方法等。由于污染物自身性质和各个地区环境条件差异的影响，这些定量方法在实际应用中表现出不同程度的局限性，并且工作量大、调查周期长。同时现有《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)仅能对水环境质量进行评价，无法明确流域水体的污染现状及来源，污染评价指标尚不完善。因此为了与现今城市黑臭水体整治环境保护专项行动相呼应，对黑臭水体进行更好的整治与治理，开发一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法显得尤为重要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法，采用三维荧光光谱技术对流域水体不同类型排口和入河口污染负荷及其源强进行有效表征，并应用平行因子分析模型对DOM的荧光组分和来源进行解析，可快速查明污染源强。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法，本方法基于所述流域水体为地表河道，河道长度≥10公里，河底宽30～80米，河底高程5～6米，比降较抖为1/5000、或较平缓为1/2000的水体，包括以下操作步骤：(1)采样以GPS定位的流域水体5个以上的入河口以及5个以上的岸边排放口为采样点，每一个采样点取三组水样；每个入河口的三组水样的取样点位置为入河口、入河口的上游50米和入河口下游50米，每个岸边排放口的三组水样的取样点位置为排放口、排放口上游50米和排放口下游50米，且每组水样的取样点位置均位于水体的中心断面采集表层0.5米以下深度；(2)采样处理将采集水样分别装于不透明琥珀色高密度聚乙烯瓶中，并对所述的聚乙烯瓶标号，用0.45μm的微孔滤膜分别对聚乙烯瓶中的采集水样进行抽滤，得到可溶性有机物为待测定样品；可溶性有机物置于4℃冰箱中冷藏避光保存，并且于24h内完成样品测定；(3)测定取出样品置于四面透光石英比色皿中，在室温下解冻并恢复至室温；使用荧光分光光度计对样品进行DOM三维荧光光谱测定，且扫描光谱波长范围λEx为220～450nm，间隔5nm；λEm为200～500nm，间隔2nm；(4)计算分析每个采样点得到的三个样品的DOM三维荧光光谱分别扣除空白样品光谱信号后，进行归一化处理得到每个采样点的DOM三维荧光光谱，将所有采样点的DOM三维荧光光谱数据组成三维矩阵数列并进行平行因子分析，得到流域水体的DOM荧光组分的种类。进一步，由步骤(4)中的每个采样点的DOM三维荧光光谱，计算得到每个采样点的DOM的总荧光强度、每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度、每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度所占总荧光强度的比值：其中每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度的计算公式如下：In＝Scoren*Exn(λmax)*Emn(λmax)其中每个采样点的DOM总荧光强度的计算公式为：每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度所占总荧光强度的比例的计算公式为：Pn＝In/ITOT上述式中：In表示第n种组分的荧光强度，Scoren表示第n种DOM荧光组分的相对荧光强度，且以拉曼单位表示，Exn(λmax)表示激发波长下第n种DOM荧光组分的最大值，Emn(λmax)表示发射波长下第n种DOM荧光组分的最大值；ITOT表示总荧光强度，Pn表示第n种DOM荧光组分所占总荧光强度的比例；FI表示荧光指数，BIX表示生物源指数，HIX表示腐殖化指数。进一步，由步骤(4)中的每个采样点的DOM三维荧光光谱分别计算得到各采样点的荧光指数FI、生物源指数BIX和腐殖化指数HIX；具体的计算公式为：FI＝I(370:470)/I(370:520)BIX＝I(310:380)/I(310:430)HIX＝∑(F435-F480)/∑(F300-F345)其中荧光指数FI用来表征微生物来源有机质占总有机质的比例，通过计算λEx为370nm、λEm为470nm和520nm处的荧光强度比值得到；生物源指数BIX用来表示微生物来源有机质和外源有机质的比例，通过计算λEx为310nm、λEm为380nm和430nm处的荧光强度比值得到；腐殖化指数HIX用来表征有机质腐殖化程度或成熟度，通过计算λEx为254nm时，λEm从435～480nm以及300～345nm时荧光峰值面积比值计算得到。进一步，由步骤(4)中的每个采样点的DOM三维荧光光谱，得出每个采样点的r值，r值用来表征水体有机质成熟度；所述r值为紫外类腐殖物质荧光峰中心位置的荧光强度与可见类腐殖物质荧光峰中心位置的的荧光强度的比值。进一步，所述流域水体为派河水体，GPS定位的派河流域水体的14个入河口以及5个岸边排放口，共19个采样点采集水样。进一步，步骤(4)中所述空白样品为Milli-Q超纯水。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过采用GPS定位流域水体，对流域水体的主要入河口以及主要岸边排放口分别进行取样，并对采集到的水样进行抽滤得到水样的可溶性有机物作为带测定样品并在低温下保存，利用三维荧光光谱技术对流域水体不同类型排口污染负荷及其源强进行有效表征，并应用平行因子分析模型对DOM荧光组分和来源进行解析，可快速查明污染源强。(2)综合流域水体各个采样点样品的总荧光强度、每个采样点各DOM荧光组分所占总荧光强度的比值，每个采样点DOM荧光指数、生物源指数和腐殖化指数等指标，进一步分析判定流域水体的污染现状以及主要污染源，结合流域水体自身特点，制定出长期管理策略综合治理流域水环境。附图说明图1为派河水体DOM荧光组分的三维荧光光谱及最大激发/发射波长分布。图2为派河水体DOM总荧光强度空间变化。图3为派河水体各DOM荧光组分的荧光强度空间变化。图4为派河水体DOM的FI-HIX分布。图5为派河水体DOM的BIX-HIX分布。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法，本方法基于所述流域水体为地表河道，河道长度≥10公里，河底宽30～80米，河底高程5～6米，比降较抖为1/5000、或较平缓为1/2000的水体，其特征在于，包括以下操作步骤：(1)采样以GPS定位的流域水体5个以上的入河口以及5个以上的岸边排放口为采样点，每一个采样点取三组水样；每个入河口的三组水样的取样点位置为入河口、入河口的上游50米和入河口下游50米，每个岸边排放口的三组水样的取样点位置为排放口、排放口上游50米和排放口下游50米，且每组水样的取样点位置均位于水体的中心断面采集表层0.5米以下深度；(2)采样处理将采集水样分别装于不透明琥珀色高密度聚乙烯瓶中，并对所述的聚乙烯瓶标号，用0.45μm的微孔滤膜分别对聚乙烯瓶中的采集水样进行抽滤，得到可溶性有机物为待测定样品；可溶性有机物置于4℃冰箱中冷藏避光保存，并且于24h内完成样品测定；(3)测定取出样品置于四面透光石英比色皿中，在室温下解冻并恢复至室温；使用荧光分光光度计对样品进行DOM三维荧光光谱测定，且扫描光谱波长范围λEx为220～450nm，间隔5nm；λEm为200～500nm，间隔2nm；(4)计算分析每个采样点得到的三个样品的DOM三维荧光光谱分别扣除空白样品光谱信号后，进行归一化处理得到每个采样点的DOM三维荧光光谱，将所有采样点的DOM三维荧光光谱数据组成三维矩阵数列并进行平行因子分析，得到流域水体的DOM荧光组分的种类。...

【技术特征摘要】
2018.06.11 CN 20181059301471.一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法，本方法基于所述流域水体为地表河道，河道长度≥10公里，河底宽30～80米，河底高程5～6米，比降较抖为1/5000、或较平缓为1/2000的水体，其特征在于，包括以下操作步骤：(1)采样以GPS定位的流域水体5个以上的入河口以及5个以上的岸边排放口为采样点，每一个采样点取三组水样；每个入河口的三组水样的取样点位置为入河口、入河口的上游50米和入河口下游50米，每个岸边排放口的三组水样的取样点位置为排放口、排放口上游50米和排放口下游50米，且每组水样的取样点位置均位于水体的中心断面采集表层0.5米以下深度；(2)采样处理将采集水样分别装于不透明琥珀色高密度聚乙烯瓶中，并对所述的聚乙烯瓶标号，用0.45μm的微孔滤膜分别对聚乙烯瓶中的采集水样进行抽滤，得到可溶性有机物为待测定样品；可溶性有机物置于4℃冰箱中冷藏避光保存，并且于24h内完成样品测定；(3)测定取出样品置于四面透光石英比色皿中，在室温下解冻并恢复至室温；使用荧光分光光度计对样品进行DOM三维荧光光谱测定，且扫描光谱波长范围λEx为220～450nm，间隔5nm；λEm为200～500nm，间隔2nm；(4)计算分析每个采样点得到的三个样品的DOM三维荧光光谱分别扣除空白样品光谱信号后，进行归一化处理得到每个采样点的DOM三维荧光光谱，将所有采样点的DOM三维荧光光谱数据组成三维矩阵数列并进行平行因子分析，得到流域水体的DOM荧光组分的种类。2.根据权利要求1所述一种判别流域水体污染现状和污染来源的方法，其特征在于：由步骤(4)中的每个采样点的DOM三维荧光光谱，计算得到每个采样点的总荧光强度、每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度、每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度所占总荧光强度的比值：其中每个采样点的各DOM荧光组分的荧光强度的计算公式如下：In＝Scoren*Exn(λmax)*Emn(λmax)其中每个采样点的总荧光强度的计算公式为：每个采样点的各DOM荧光组...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔康平，丁文东，许为义，郭志，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34