一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法

本发明涉及人工湿地污染物去除和温室气体释放的综合效益评估技术，特别涉及一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法。

背景技术：

1、人工湿地用于废污水处理时，氧动力学、水文状况及微生物过程会发生变化，促进或抑制人工湿地温室气体的产生和排放，从而相应的增加或降低对全球变暖的贡献量。已有研究表明，人工湿地的单位面积温室气体排放量近乎为天然湿地的2～10倍，且有将水污染转移为大气污染之嫌，最终导致人工湿地综合环境效应大打折扣。温室气体排放量的差异可能与人工湿地的类型、运行条件、水力负荷、水位、碳氮比及气候环境等诸多因素有关。现有评估方法多是传统大气污染物总量控制与温室气体减排的协同效应方法、城市协同效应评估方法、行业协同效应评估等，缺少人工湿地污染物去除与温室气体减排的协同效应评估方法。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法。

2、技术方案：本发明的一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法，包括：

3、采集人工湿地进水、出水样品和温室气体样品，并测定进水、出水样品的水质指标的浓度：codmn、tn和tp，以及温室气体指标的浓度：co2、ch4和n2o；

4、利用标准化公式对测定的水质指标数据进行标准化处理，消除变量间的数量级或量纲对结果造成的影响，并对标准化数据进行平移；然后采用熵值法计算各水质指标权重；最后对各水质指标的标准化值和权重进行加权求和，根据重要性系数求得综合评价指数；

5、计算三种温室气体co2、ch4和n2o的全球变暖潜势；

6、参考tapio脱钩模型和弹性系数法，定量评估污染物去除与温室气体减排的协同效应，用全球变暖潜势gwp表示温室气体减排量，采用综合评价指数计算污染物浓度变化，计算协同效应系数；

7、根据温室气体减排量、污染物削减量以及协同效应系数的取值范围，将协同状态进行分类，并根据协同效应系统特征分析减污降碳协同效应。

8、进一步的，参照地表水环境质量标准gb 3838-2002中的水质检测方法检测人工湿地进水、出水样品各水质指标的浓度，参照气象色谱法检测各温室气体指标的浓度。

9、进一步的，标准化公式为：

10、

11、

12、其中，xij为水质指标标准化数值；xij为第i天第j项水质指标的浓度原始数据；min(xij)和max(xij)分别为水质指标j的浓度原始数据的最小值和最大值；

13、平移公式为：

14、x'ij＝xij×0.99+0.01     (3)

15、其中，x′ij为水质指标标准化数据平移后的数据。

16、进一步的，水质指标权重计算公式为：

17、

18、

19、

20、其中，pij为第i天第j项水质指标的浓度占比；m为天数；ej为第j个指标的信息熵；k为常数，常令k＝1/lnm，m为天数；wj为第j个水质指标权重；n为水质指标个数。

21、进一步的，综合评价指数的计算公式为：

22、

23、

24、t＝αf(x)+βf(y)                                                   (9)

25、其中，f(x)和f(y)均为评价指标的综合评价函数；t为综合评价指数；α、β均为评价指标的重要性系数。

26、进一步的，温室气体全球变暖潜势计算公式为：

27、

28、其中，gwp为全球变暖潜势，cch4为ch4释放通量，cn2o为n2o释放通量，cco2为co2释放通量。

29、进一步的，协同效应系数的计算公式为：

30、

31、eghg＝gwp                                                        (12)

32、ewq＝t                                                            (13)

33、其中，e(g,w)为协同效应系数；△eghg为温室气体削减量；eghg为初始温室气体综合排放量；△ewq为水中污染物削减量；ewq初始水质指标的综合评价系数；gwp为全球变暖潜势。当协同效应系数e(g,w)>0时，表示湿地系统对水中污染物去除和温室气体减排具有正协同效应，当e(g,w)<0时，表示湿地系统对水中污染物去除和温室气体减排具有负效应，即仅湿地系统对水中污染物或温室气体二者之一具有减排效果。

34、进一步的，根据温室气体减排量△eghg、污染物削减量△ewq以及协同效应系数e(g,w)的取值范围划分协同状态，根据协同效应系数特征分析减污降碳协同效应，如表1所示：

35、表1人工湿地减污降碳协同效应状态特征

36、

37、

38、本发明的一种人工湿地降污减碳协同效应分析系统，包括：

39、数据采集及检测模块，用于采集人工湿地进水、出水样品，以及温室气体样品，并检测进水、出水样品的水质指标codmn、tn和tp，以及温室气体样品指标co2、ch4和n2o；

40、综合评价指数计算模块，用于利用标准化公式对水质指标数据进行标准化处理，消除变量间的数量级或量纲对结果造成的影响，并对标准化数据进行平移；然后采用熵值法计算各水质指标权重；最后对各水质指标的标准化值和权重进行加权求和，根据重要性系数求得综合评价指数；

41、全球变暖潜势计算模块，用于计算三种温室气体co2、ch4和n2o的全球变暖潜势；

42、协同效应系数计算模块，用于参考tapio脱钩模型和弹性系数法，用全球变暖潜势gwp表示温室气体减排量，采用综合评价指数计算污染物浓度变化，定量评估污染物去除与温室气体减排的协同效应，计算协同效应系数；

43、数据分析模块，用于根据温室气体减排量、污染物削减量以及协同效应系数的取值范围，将协同状态进行分类，并根据协同效应系统特征分析减污降碳协同效应。

44、本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：

45、存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；

46、处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行上述一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法的步骤。

47、有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：(1)本发明确定了一种人工湿地降污减碳协同效应分析方法，建立了人工湿地系统水中污染物去除与温室气体减排的降污减碳协同效应评估的评估体系，包含3个水质指标：codmn、tn和tp以及3个温室气体指标：co2、ch4和n2o；(2)提出了协同效应状态划分和状态特征确定方法；(3)本发明结合人工湿地污染物去除与温室气体释放综合效应评估方法空白现状，提出了人工湿地降污减碳协同效应分析方法，具有适用性强、易操作等优点，适合推广使用，对人工湿地设计建造及运行管理和减少温室气体排放具有指导意义。