一种混合型稀土矿区水环境质量预警技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于预警技术领域，尤其涉及一种混合型稀土矿区水环境质量预警技术。
【背景技术】
[0002] 水环境质量预警是依据一定时期内的水质监测数据，对水质状况进行模拟、分析 和评价，对其未来的发展趋势作出准确判断，确定水质状况、变化趋势及速度，在污染事故 发生前适时给出水质恶化信息，及时预测预报水质异常的时空范围和超标程度，确定危害 等级，供环境管理和决策部门及时做出应对和处置措施，避免发生严重水质污染事故，确保 水质安全。目前，我国针对饮用水系统、水库、江河、湖泊等水体已经开展了水环境安全预警 系统的研究。
[0003] 稀土是极为珍贵的战略资源，我国稀土资源相对丰富，储量占全球36%，产量占世 界97%，其中内蒙古包头白云鄂博混合型稀土矿的产量约为全国总产量的50%，我国稀土 产业规模正不断扩大。目前，稀土开发与生产过程带来的环境污染问题日益突出。稀土开发 与生产过程中产生的废水主要包括矿坑水、选矿、冶炼废水及尾矿池水等，如氯铵废水、硫 酸废水、碱性废水、盐酸废水、氯化钠废水和喷淋废水等。尾砂、稀土矿山浸矿废液、选矿废 水多数未经处理直接排放，导致矿区周边地表水体受到严重污染，而且由于废水入渗，也使 地下水受到污染，甚至造成大面积农作物绝收、村民饮用水和灌溉用水困难。此外，数量众 多的小型稀土开发企业由于没有排石场和尾矿库，废石和尾砂随意排放，堆积如山的尾矿 废渣随着雨水冲刷，大量的伴生重金属污染物，特别是一些放射性污染物成为当地水环境 质量安全的重大隐患。
[0004] 稀土开发与生产过程中排放的污水不同于一般性工业污水，具有排放量大、持续 时间长、含盐量高、酸性极强、放射性污染强，具有较强的潜在生态与健康风险。因此，亟需 针对稀土开发与生产区域研发水环境质量预警技术，依据污染物的监测数据，实时预报该 地区水环境质量变化情况，及时向政府和公众发布预警信息，采取及时有效的控制措施。我 国国家环境保护部正积极敦促开展稀土矿区水环境质量预警技术的研发，要求构建稀土矿 区水环境质量预警技术框架体系。
[0005] 我国目前已经研发的水体预警系统都是针对饮用水系统或饮用水源地周边区域 内的水环境安全预警系统的搭建，而对于具体的预测预警技术的实施，特别是混合型稀土 矿区水环境质量预警技术实施的文献报道还尚未见，也没有相关的专利技术。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明的目的旨在提供一种简便易行，针对性强，适用性强的混合 型稀土矿区水环境质量预警技术。
[0007]为此，本发明采用以下技术方案:一种混合型稀土矿区水环境质量预警技术，其特 征是，
[0008] 包括以下步骤：
[0009] 步骤1:筛选混合型稀土矿区水环境质量预警指标，综合考虑稀土开发、生产、排 放、尾矿丢弃各个产污环节的污染特征，最终确定三个预警指标:氟化物、氨氮和放射性元 素铣。
[0010] 步骤2:利用预警指标的实测浓度数据序列建立污染物浓度扩散和迀移模型，模拟 矿区周边水体的污染物浓度分布及其变化情况。
[0011] 具体操作如下：
[0012] 1 )、搜集整理3个预警指标的实际监测浓度；
[0013] 2)、对原始监测数据序列进行初始处理，包括初值化、均值化、区间值化；
[0014] 3)、建立原始序列；
[0015] 4)、建立模拟模型，采用非等间距数据序列灰色建模法对混合型稀土矿区水质进 行预测；
[0016] 5)、模型精度检验，采用残差检验、后验差检验及关联度检验等进行模型精度验 证，精度分为好、合格、勉强和不合格四类；当精度检验不合格时，进行残差修正；当精度检 验达到合格标准后，进行下一步工作；
[0017] 6)、建立预测模型，预测预警指标污染物浓度发展趋势，给出预测值并进行评价；
[0018] 步骤3:依据水环境质量标准与稀土工业污染物排放标准确定预警警限分级及各 级警限的标准值。
[0019] 具体操作如下：
[0020] 1)、预警警限的确定:依据污染事件即将造成的危害、发展趋势和事态的紧迫性， 由低到高划分为1-5个等级，即：无警、轻警、中警、重警、巨警。根据事态的发展情况和采取 措施的效果，预警可以升级、降级。
[0021] 2)、警限标准值的确定：依据《地表水环境质量标准GB 3838-2002》、《生活饮用水 卫生标准GB5749-2006》和《稀土工业污染物排放标准GB26451-2011》综合考虑后设定各预 警指标对应的不同级别警限标准值。
[0022] 步骤4:采用单指标法、综合指数法对监测点各预警指标进行警情判断。
[0023] 作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。所述步骤4中的 单指标法预警评价模型方法如下：
[0024] 单指标预警评价模型计算公式如下：
[0026] 式中，Ixy-预警指标X在y监测点的预警指数;Cxy-预警指标X在y监测点的预测浓
一预警指标X的η级警限标准值
一预警指标X的η+1级警限标准值；
[0027] 当预测值Cxy为0，则预警指数为1;当预测值Cxy小于警限标准值，则预警指数为2; 当预测值C xy大于警限标准值，则预警指数为5;
[0028] 所述步骤4中的综合指标法预警评价模型方法如下：
[0029] 综合指标预警评价模型计算公式如下：
[0031]式中，Ply-y监测点的综合预警指数;η-预警指标；IXy-预警指标x在y监测点的 预警指数。
[0032]当0〈PIy< 1时，y监测点的综合预警指数为1;
[0033]当l〈PIy < 2时，y监测点的综合预警指数为2;
[0034]当2〈PIy < 3时，y监测点的综合预警指数为3;
[0035]当3〈PIy < 4时，y监测点的综合预警指数为4;
[0036]当4〈PIy < 5时，y监测点的综合预警指数为5;
[0037]依据计算得到的预警指数，对照不同级别的警限划分的5级标准，来对各预警指标 的警情做出评价和判断，给出警情结果。供政府和环保部门决策使用。
[0038]使用本发明可以达到以下有益效果:本发明针对混合型稀土矿开发与生产区域的 污染特征，将水质监测与水质预测模型相结合，建立了基于稀土特征污染物监测数据的水 环境质量预警技术方法。本技术有效确定了符合混合型稀土矿区污染特征的水环境质量预 警指标体系，耦合先进的污染物扩散模型预警预测技术，建立了具备多级预警功能的技术 方法，构建了完备的单一与综合指标警情分析体系，能够及时有效地提供不同监测点综合 预警信息。该技术方法简便易行，针对性强，适用性强，可操作性强，解决了稀土矿区水环境 质量预警技术缺乏的难题。为该地区的水环境质量管理与污染控制提供了重要的技术支 持，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0039]图1为本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0041] 如图1所示：
[0042] 1.混合型稀土矿区水环境质量预警指标筛选
[0043]本发明针对稀土矿区污染源排放特征，以及对人体健康危害和生态环境污染有重 大影响的稀土特征污染物，构建稀土开发与生产区域水环境质量预警指标体系，指标涉及 稀土开发、生产、排放、尾矿丢弃各个产污环节，特别考虑放射性污染物，最终确定水环境质 量预警指标，主要包括:氟化物、氨氮和放射性元素钍。在选取水体环境质量预警指标时，考 虑到目前"全盐量"既没有环境质量标准值，也没有排放限值，因此将会导致在制定预警指 标临界标准值（即限值)时无法定值，给实际的环境监控预警工作带来困难，因此，在制定水 体环境质量预警指标体系时，未考虑"全盐量"这一指标。随着环境标准体系的完善，今后应 当考虑将"全盐量"纳入预警指标体系中来。
[0044] 2.预警数学模型构建
[0045] 本发明将灰色系统理论建模方法应用到水环境质量预警领域，利用预警指标的实 测浓度数据序列建立污染物浓度扩散和迀移模型，用于模拟矿区周边水体的污染物浓度分 布，其预测流程分为以下步骤：
[0046] 1)搜集整理3个预警指标的实际监测浓度；
[0047] 2)对原始监测数据序列进行初始处理，包括初值化、均值化、区间值化等；
[0048] 3)建立原始序列；
[0049]