专利名称：预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法
技术领域：
本发明涉及一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。
背景技术：
科学地预测污染事件发生的可能性，明确不同类型污染事件发生的主控要素，评估事件可能导致的污染程度、影响范围和风险水平，开展生态风险评价具有重要的研究意义。生态风险评价方法主要有以单物种测试为基础的外推法、以多物种测试为基础的微、中宇宙生态系统模拟法、以种群或生态系统为基础的生态风险模型法。单物种测试的外推技术在评估化合物的效应时起到一个很好的预知作用，并且通过一定的假设能应用到对整个生态系统的风险评估，但外推法存在很多不符合实际情况的假设。微、中宇宙模拟生 态系统能观察到化合物的间接作用及物种间的相互关联，但所用的物种来源通常不在生态系统涵盖的物种内，并且也不符合生态系统随机取样的原则。此外，微、中宇宙生态模拟包括复杂的技术和高昂的费用。以种群或生态系统为基础的生态风险模型法既考虑了真实生态系统，又考虑了经济可靠，并使得生态风险评价由单纯依靠生态毒理学实验工具向毒理学和模型模拟相结合转化，其优点在于能把暴露和生态效应之间的过程关系用数学公式进行量化，通过把生态系统中各种效应和生态过程用数学公式来描述。因此，生态系统风险模型的应用为生态风险评价提供了广阔的发展空间。目前，我国尚缺乏生态风险评估技术，生态风险评估研究处于探索阶段，现有的生态系统风险评价模型中，一些模型没有考虑研究区的空间特征，本质上属于物料平衡的零维模型；另一些模型没有考虑研究区的水质、水动力特征，其本质上是一个静态的箱式评价模型；也有部分模型仅关注污染物在多介质间的迁移转化过程，没有考虑其生态毒理效应；部分侧重的评价内容仅限于局部因素，没有从综合角度进行考虑；也有部分模型仅侧重污染物长期累积效应，运算量大，不能兼顾长期累积评价和急性“快速、有效”评价的两种需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。本发明提供的预测地表水水环境中待测污染物对待检测生物的生态风险的方法，包括如下步骤(I)测定污染物事故发生点的如下数据组I :当前水位、流量、糙率值和风速值；获得如下数据组2 :污染物事故发生点的地形、污染物事故发生点的经纬度、待测污染物、待测污染物总质量、待测污染物比重、待测污染物溶解速率、待测污染物饱和溶解度、待测污染物挥发性和待测污染物降解速率；将数据组I和数据组2的各项数据输入非恒定水环境模型，生成地表水水环境中待检测污染物的浓度场数据，作为一次参数；所述浓度场数据由说明文件gridinfo. ini、网格信息文件gridinfo. txt、网格结构文件grid, txt和网格组成文件gridnet. txt组成；所述说明文件gridinfo. ini的参数如下整个模拟的起始时间、浓度场中结点个数、浓度场中网格个数和模拟运行的时间；所述网格信息文件gridinfo. txt的参数如下网格编号、网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格初始水容量、网格入水量、网格出水量、网格水温和网格污染物浓度；所述网格结构文件grid, txt的参数如下网格四顶点的X坐标、网格四顶点的Y坐标和网格面积；所述网格组成文件gridnet. txt的参数如下四边形四结点的结点编号；(2)按照下述(a)和/或(b)的方法预测地表水水环境中待测污染物对待测生物 的生态风险；(a)以步骤(I)获得的一次参数为输入参数，预测地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险；输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生动物的半致死浓度LC50(t)，得到所述水生动物对污染物的风险值Risk(t) ；Risk(t) = Concentration(t)/LC50(t)；输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生植物的半数有效浓度EC50 (t)，得到所述水生植物对污染物的风险值Risk(t) ；Risk (t) = Concentration(t)/EC50 (t)；采用OpenGl技术结合聚类算法、颜色分形算法对所有网格进行图像渲染，输出地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险图；(b)采集所述地表水水环境的水样，检测水样获得水质参数；所述水质参数包括营养盐浓度、碎屑浓度、水生植物生物量和水生动物生物量；所述营养盐浓度指的是氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、二氧化碳浓度和溶解氧浓度；所述碎屑浓度指的是可溶性和非可溶性碎屑的浓度值；将上述数据输入水生态毒理模型，选择待测污染物，然后以步骤(I)获得的一次参数为输入参数，应用所述水生态毒理模型预测地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险；读取网格信息文件gridinfo. txt，提取地表水水环境的无结构网格几何分布，采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合，网格聚集后的每一个网格作为水生态毒理模型的一个输入单元，所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护；读取网格信息文件gridinfo. txt,提取动态参数,采用时间步长稱合技术与水生态毒理模型进行耦合；所述动态参数包括网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格入水量(动态变化)、网格出水量(动态变化)、网格水温、网格污染物浓度；所述水生态毒理模型对每一个输入单元进行逐一处理，得到各网格中待测生物的浓度变化、生物种群和生物量变化，采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对各网格进行图形渲染，输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图。现有成熟的非恒定水环境模型均可采用，如Delft3D、MIKE21、EFDC等。所述水生态毒理模型可为AQUAT0X模型。
本发明的技术方案具体如下I、利用非恒定水环境模型获得一次参数利用非恒定水环境模型生成说明文件gridinfo. ini (见表I)、网格信息文件gridinfo. txt (见表2)、网格结构文件grid, txt (见表3)和网格组成文件gridnet. txt (见表4)；表I gridinfo. ini 文件格式
权利要求
1.预测地表水水环境中待测污染物对待检测生物的生态风险的方法，包括如下步骤 (1)測定污染物事故发生点的如下数据组I:当前水位、流量、糙率值和风速值； 获得如下数据组2 :污染物事故发生点的地形、污染物事故发生点的经纬度、待测污染物、待测污染物总质量、待测污染物比重、待测污染物溶解速率、待测污染物饱和溶解度、待测污染物挥发性和待测污染物降解速率； 将数据组I和数据组2的各项数据输入非恒定水环境模型，生成地表水水环境中待检测污染物的浓度场数据，作为一次參数；所述浓度场数据由说明文件gridinfo. ini、网格信息文件gridinfo. txt、网格结构文件grid, txt和网格组成文件gridnet. txt组成；所述说明文件gridinfo. ini的參数如下整个模拟的起始时间、浓度场中结点个数、浓度场中网格个数和模拟运行的时间； 所述网格信息文件gridinfo. txt的參数如下网格编号、网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格初始水容量、网格入水量、网格出水量、网格水温和网格污染物浓度； 所述网格结构文件grid, txt的參数如下网格四顶点的X坐标、网格四顶点的Y坐标和网格面积； 所述网格组成文件gridnet. txt的參数如下四边形四结点的结点编号； (2)按照下述(a)和/或(b)的方法预测地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险； (a)以步骤(I)获得的一次參数为输入參数，预测地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险； 输入暴露时刻t处姆个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生动物的半致死浓度LC50 (t)，得到所述水生动物对污染物的风险值Risk (t)；Risk(t) = Concentration(t)/LC50(t)； 输入暴露时刻t处姆个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生植物的半数有效浓度EC50 (t)，得到所述水生植物对污染物的风险值Risk(t) ；Risk(t) = Concentration(t)/EC50(t)； 采用OpenGl技术结合聚类算法、顔色分形算法对所有网格进行图像渲染，输出地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险图； (b)采集所述地表水水环境的水样，检测水样获得水质參数；所述水质參数包括营养盐浓度、碎屑浓度、水生植物生物量和水生动物生物量；所述营养盐浓度指的是氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、ニ氧化碳浓度和溶解氧浓度；所述碎屑浓度指的是可溶性和非可溶性碎屑的浓度值； 将上述数据输入水生态毒理模型，选择待测污染物，然后以步骤(I)获得的一次參数为输入參数，应用所述水生态毒理模型预测地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险； 读取网格信息文件gridinfo. txt,提取地表水水环境的无结构网格几何分布,采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合，网格聚集后的每ー个网格作为水生态毒理模型的ー个输入单元，所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护； 读取网格信息文件gridinfo. txt,提取动态參数,采用时间步长f禹合技术与水生态毒理模型进行耦合；所述动态參数包括网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格入水量、网格出水量、网格水温、网格污染物浓度； 所述水生态毒理模型对每ー个输入单元进行逐一处理，得到各网格中待测生物的浓度变化、生物种群和生物量变化，采用OpenGL技术结合聚类算法、顔色分形算法对各网格进行图形渲染，输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于所述非恒定水环境模型为Delft3D、MIKE21或 EFDC。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述水生态毒理模型为AQUAT0X模型。
全文摘要
本发明公开了一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。本发明结合非恒定水环境模型和水生态毒理综合模型，发明了一种地表水水环境生态风险的评价方法，包括长期生态风险评价和急性生态风险评价方法。前者侧重污染物的长期累积效应，兼顾生态毒理效应和水动力学、水质学时空动态特征，是一种综合的生态风险评价方法；后者侧重污染物急性生态评价，为地表水污染事件的生态风险快速评价提供方法学支撑。
文档编号G01N33/18GK102737156SQ20111009346
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者吴文强, 李伟峰, 陈求稳, 马金锋, 黄国鲜 申请人:中国科学院生态环境研究中心