水体水华风险快速预警方法
【专利摘要】本发明公开一种水体水华风险快速预警方法，包括步骤：步骤1，基于环境分析结果构建藻类生物量预测模型；步骤2，采用藻类生物量预测模型获得藻类生物量预测值；步骤3，确定优势藻类的藻类生物量水华风险阈值；步骤4，比较藻类生物量预测值和藻类生物量水华风险阈值，判断是否发出水华预警。本发明适用于水环境质量监测，简便快捷，能实现水华风险的快速预警，可为水环境应急管理提供及时、有效的技术支撑。
【专利说明】水体水华风险快速预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水环境保护【技术领域】，特别涉及一种水体水华风险快速预警方法。
【背景技术】
[0002] 随着城镇化的快速扩张和工业快速发展，以及农业生产中化肥、农药的大量使用， 大量城镇生活污水和工农业废水流入江、河、湖、库等水体，使水体的污染负荷不断增加，造 成我国内陆水体富营养化日益严重，"水华"事件频繁发生。当"水华"的发生影响到水体正 常的饮用、养殖、娱乐、景观等功能时，该"水华"事件就成为了影响人们生产生活的水污染 事故。"水华"事故的发生，严重影响和制约了水体功能的发挥和水资源的利用，对流域的饮 用水安全和社会生产造成了直接威胁。为能够及时有效地实施防灾减灾，富营养化水体水 华风险的程度、"水华"暴发时间，以及"水华"暴发影响的水域范围（水华风险评价"三要 素"）等的模拟评价就显得尤为重要。
[0003] 为更好的对富营养化水体进行水环境管理，保证水体使用功能，相关学者做了很 多研究。水体富营养化评价方法在评价水体营养程度时，主要利用水体中相关水质指标进 行评价，这些评价结果使人们对水体现状水质有了较清晰的认识，为水质管理提供了重要 的依据。水环境的变化是水文、水质、气象等多种因素协同作用的结果，而富营养化的定量 评价方法忽视了外界气象因素和水文因素对水体水质的影响，且不能对水体未来的水华风 险程度，以及"水华"发生的范围进行预测，而这两方面的预测为水环境应急管理的基础。因 此，为更好的进行水环境管理，应加强这两个方面预警的研究。
[0004] 富营养化生态动力学模型能够较好的模拟预测水体中水华风险评价的"三要素"， 在水华风险评价中起到了积极的作用，但富营养化生态动力学模型的计算需要大量的实测 数据作支撑，模型的参数和结构都比较复杂，其建立和校验过程需要耗费大量时间。水华作 为一个累积性的突发事件，对其预警评价应具有一定的及时有效性，才能更有效的为水环 境的应急管理服务，因此，需要加强水华风险快速评价和预警方法的研究。
[0005] 为了有效采取预防措施，首先需要了解水华暴发中藻类累积的规律。目前，人们已 对影响藻类生物量的主要因素做了深入的研究，发现藻类生物量的变化过程符合生物累积 动力学。因此，从生物累积动力学角度出发，用藻类生物量表征水体富营养化的生态效应， 研究水华风险的预测评价方法，对水华风险的"三要素"等进行预警评价，从而及时的采取 预防措施，抑制"水华"的大规模暴发。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种水体水华风险快速预警方法，使管理员能及时采取有效 的水体应急管理措施，保障水体的使用功能和景观效果。
[0007] 本发明利用藻类生物量的变化，结合水华风险阈值对水华风险进行评价和预警， 能对水体中藻类生物量变化情况、水华风险程度、水华事件暴发时间以及水华事件发生影 响的水域范围进行评价和预警。
[0008] 为达到上述目的，本发明提出的水体水华风险快速预警方法，包括步骤：
[0009] 步骤1，对水体进行环境分析获得水华爆发的主要影响因素及优势藻种，基于水华 爆发的主要影响因素构建优势藻种的藻类生物量随时间变化的函数，即藻类生物量预测模 型；
[0010] 步骤2,采集并分析实时的水体水质变化特征、水体污染源特征和气候特征获得藻 类生物量预测模型中各参数实时值，结合各参数实时值和藻类生物量预测模型获得优势藻 种生物量预测值；
[0011] 步骤3,确定优势藻种的藻类生物量水华风险阈值，具体为：
[0012] 3. 1使优势藻种在不同氮浓度的培养液中生长，获得不同氮浓度下优势藻种的最 大比增长率，并获得最大比增长率的临界值sgmaxl;
[0013] 3. 2使优势藻种在不同磷浓度的培养液中生长，获得不同磷浓度下优势藻种的最 大比增长率，并获得最大比增长率的临界值Sgmax2 ;
[0014] 3. 3将临界值Sgmaxl除以优势藻种可利用的溶解性无机氮占营养盐TN的质量比得 到营养盐TN的水华风险阈值，将临界值S gmax2除以优势藻种可利用的磷占营养盐TP的质量 比得到营养盐TP的水华风险阈值；
[0015] 3. 4基于水体中优势藻种浓度、水体营养盐TN浓度及水体营养盐TP浓度的监测数 据，采用线性回归分析法构建优势藻种浓度与水体营养盐TN浓度、水体营养盐TP浓度间的 回归模型；
[0016] 3. 5令水体营养盐TN浓度等于营养盐TN的水华风险阈值，令水体营养盐TP浓度 等于营养盐TP的水华风险阈值，采用回归模型获得的优势藻种浓度即优势藻种的藻类生 物量水华风险阈值。
[0017] 步骤4,比较优势藻种生物量预测值和藻类生物量水华风险阈值，当优势藻种生物 量预测值不小于藻类生物量水华风险阈值时，发出水华预警。
[0018] 所述的对水体进行环境分析获得水华爆发的主要影响因素及优势藻种具体为：
[0019] 采集气候特征数据、水体污染源特征数据、水体水质变化特征数据,根据气候特征 数据、水体污染源特征数据和水体水质变化特征数据，并结合水动力条件及生物因素进行 环境分析，确定水华爆发的主要影响因素及优势藻种。
[0020] 所述的优势藻种的藻类生物量预测模型的构建包括步骤：
[0021] 1.1基于生物累积模型构建藻类累积模型
【权利要求】
1. 一种水体水华风险快速预警方法，其特征在于，包括步骤： 步骤1，对水体进行环境分析获得水华爆发的主要影响因素及优势藻种，基于水华爆发 的主要影响因素构建优势藻类的藻类生物量随时间变化的函数，即藻类生物量预测模型； 步骤2,采集并分析实时的水体水质变化特征、水体污染源特征和气候特征获得藻类生 物量预测模型中各参数实时值，结合各参数实时值和藻类生物量预测模型获得优势藻类生 物量预测值； 步骤3,确定优势藻类的藻类生物量水华风险阈值，具体为： 3. 1使优势藻类在不同氮浓度的培养液中生长，获得不同氮浓度下优势藻类的最大比 增长率，并获得最大比增长率的临界值Sgmaxl ; 3. 2使优势藻类在不同磷浓度的培养液中生长，获得不同磷浓度下优势藻类的最大比 增长率，并获得最大比增长率的临界值Sgmax2 ; 3. 3将临界值Sgmaxl除以优势藻类可利用的溶解性无机氮占营养盐TN的质量比得到营 养盐TN的水华风险阈值，将临界值S gmax2除以优势藻类可利用的磷占营养盐TP的质量比得 到营养盐TP的水华风险阈值； 3. 4基于水体中优势藻类浓度、水体营养盐TN浓度及水体营养盐TP浓度的监测数据， 采用线性回归分析法构建优势藻类浓度与水体营养盐TN浓度、水体营养盐TP浓度间的回 归模型； 3. 5令水体营养盐TN浓度等于营养盐TN的水华风险阈值，令水体营养盐TP浓度等于 营养盐TP的水华风险阈值，采用回归模型获得的优势藻类浓度即优势藻类的藻类生物量 水华风险阈值； 步骤4,比较优势藻类生物量预测值和藻类生物量水华风险阈值，当优势藻类生物量预 测值不小于藻类生物量水华风险阈值时，发出水华预警。
2. 如权利要求1所述的水体水华风险快速预警方法，其特征在于： 所述的对水体进行环境分析获得水华爆发的主要影响因素及优势藻种具体为： 采集气候特征数据、水体污染源特征数据、水体水质变化特征数据，根据气候特征数 据、水体污染源特征数据和水体水质变化特征数据，并结合水动力条件及生物因素进行环 境分析，确定水华爆发的主要影响因素及优势藻类。
3. 如权利要求1所述的水体水华风险快速预警方法，其特征在于： 所述的优势藻类的藻类生物量预测模型的构建包括步骤： 1. 1基于生物累积模型构建藻类累积模型
，其中，C表示优势藻类浓度， t表示时间，G和D分别为优势藻类的生长速率和死亡速率； 1. 2结合多因素藻类生长动力学模型、藻类累积模型及水华爆发的主要影响因素，获得 考虑主要影响因素的藻类累积动力学模型； 1. 3在评价期内对藻类累积动力学模型进行微积分，获得优势藻类的藻类生物量随时 间变化的函数，即藻类生物量预测模型。
4. 如权利要求1所述的水体水华风险快速预警方法，其特征在于： 子步骤3. 4具体为： 根据水体中营养盐TN浓度、营养盐TP浓度的实测值，及对应的藻类生物量，构建营养 盐TN浓度、营养盐TP浓度和藻类生物量间的多元线性关系方程；运用多元线性回归分析法 求得多元线性关系方程的线性回归系数，从而获得优势藻类浓度与水体营养盐TN浓度、水 体营养盐TP浓度间的回归模型。
【文档编号】G06F19/00GK104112080SQ201410367734
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】张万顺, 彭红, 吴扬, 徐艳红 申请人:武汉大学