基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法和装置与流程

本发明属于水质评价，特别是涉及基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法和装置。

背景技术：

1、地表水评价方法包括单因子评价法和综合因子评价法，其中，单因子评价法只能评价与地表水环境质量状况直接相关指标，分别用每一水质指标与现行国家地表水环境功能标准比值作为评价结果，大于1说明该指标超过环境功能区标准，众多地表水环境指标中但凡一个超标，说明该水质断面环境功能区不达标，这种单因子评价法的评价结果悲观且片面，不关注多个水质指标间的联系。综合因子评价法又称多因子评价法，主要分为两大类：第一类利用一种或多种权重系数算法给多个水质赋予权重系数，最后叠加为综合评价指数，其中权重系数算法有熵值法、critic权重法、独立性权系数法、变异系数法和自定义权重法等，权重系数的合理性需要通过数学检验法验证；第二类首先将各指标标准化，选择一种或多种回归算法通过多个指标之间的内在关系和重要程度，最后拟合回归为综合评价指数，其中多指标回归算法有最小二乘法、偏最小二乘法、机械学习法和聚类等，拟合回归模型有效性需要通过数学检验法验证，综合评价法通过比较多个断面不同时期综合评价指数，完成地表水综合评价，可以反应地表水综合状况，使得评价结果较为客观与全面。

2、水质指标是指用来描述水质状况的一系列标准，通常通过水质指标的一些评价，就可以判断该水体的污染程度，常用的水质指标有以下几个类别：(1)物理性指标，包括感官物理性指标，如温度、色度、浊度、透明度、流速(河流)、流量(湖库容)等，还包括其他物理性水质指标，如总固体、悬浮性固体、固定性固体、电导率(电阻率)、溶解氧、氧化还原电位、叶绿素a等；(2)化学性水质指标，包括有机物指标，如高锰酸盐指数(codmn)、化学需氧量(codcr)、五日生化需氧量(bod5)、总有机碳(toc)和总需氧量(tod)，还包括富营养化指标，如氨氮、凯氏氮、亚硝酸盐、硝酸盐、总氮和总磷等，还包括无机非金属化合物，如总砷(as)、硒(se)、氟化物、硫化物等指标，还包括重金属，如汞(hg)、镉(cd)、铅(pb)、铬(cr)等，还包括有毒有害有机物，如挥发酚、氰化物、石油类、阴离子表面活性剂等；(3)生物学水质指标，包括细菌总数、总大肠菌数、粪大肠杆菌等。绝大多数的化学指标、生物指标和部分物理指标有明确的国家分级标准，可以利用水质评价方法直接评价地表水环境质量污染物状况，方案定义为直接水质指标(环境污染定量指标)。而另一些物理指标有完善的检测方法，却没有明确的国家分级标准，但它们依然与地表水环境质量状况密切相关，方案定义为间接水质指标(环境污染物非定量指标)。在地表水环境中，直接水质指标和间接水质指标具有一定的相关性，并共同作用于环境质量状况，一些间接水质指标甚至是导致直接水质指标变化的原因，甚至和水质优劣状态直接相关，然而，上述现有的方法，无论是单因子评价法还是综合因子评价法，都只是关注直接水质指标，并没有针对间接指标对地表水环境的贡献以及直接水质指标与间接水质指标的关系进行定量综合评价，环境污染非定量指标也没有系统分级标准，难以参与量化水质综合评价。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法和装置，能够综合考虑环境污染定量指标和环境污染非定量指标之间的关系和间接指标的贡献，实现环境污染非定量指标的量化分级，结合单因子环境超载评价和综合因子环境实际状况评价，使评价结果更为全面和客观。

2、本发明提供的基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法包括：

3、筛选地表水水质指标并分类为直接水质指标和间接水质指标；

4、确定评价断面和评价时期，获取所述评价时期内的不同时间和不同断面的水质浓度原始检测数据；

5、处理所述间接水质指标中的极大值，筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标；

6、通过单一的间接水质指标与筛选后的预设数量的直接水质指标的浓度原始检测数据进行plsr归趋，确定评价地表水体环境功能区和直接指标执行的环境标准，用plsr归趋公式逐一计算间接水质指标回归量化分级标准；

7、将原始检测数据、直接水质指标国家分级标准、所述间接水质指标回归量化分级标准均标准化为无量纲数值；

8、将标准化后的所述直接水质指标及所述国家分级标准、所述间接水质指标及所述间接水质指标回归量化分级标准按照评价时期、评价断面进行pca分析，以不同时期、不同断面以及分级标准pca综合得分排名顺序确定达到的水质环境功能区类别；

9、根据pca分析得到的pca载荷系数分析断面的典型水质指标。

10、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，利用间接水质指标与直接水质指标决策树回归算法中特征重要性功能，筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标。

11、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，所述处理所述间接水质指标中的极大值为：

12、计算间接水质指标的变异系数cv值，当高于直接水质指标最大cv值3倍的间接水质指标判定为异常值，进行plsr归趋时，将所述异常值更改为其前后预设时间范围内的平均值。

13、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，采用环境污染指数法或数学方法将原始检测数据、直接水质指标分级标准、所述间接水质指标回归量化分级标准均标准化为无量纲数值。

14、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，所述环境污染指数法为单因子标准指数法或内梅罗法。

15、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，所述筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标包括：

16、筛选的所述直接水质指标不少于3个，根据直接水质指标特征重要性比例从大到小连续选取，且累计重要性比例不低于90％。

17、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法中，所述预设时间为前后两个周期。

18、本发明提供的一种基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价装置包括：

19、筛选和分类单元，用于筛选地表水水质指标并分类为直接水质指标和间接水质指标；

20、原始检测数据获取单元，用于确定评价断面和评价时期，获取所述评价时期内的不同时间和不同断面的水质浓度原始检测数据；

21、直接水质指标筛选单元，用于处理所述间接水质指标中的极大值，筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标；

22、plsr归趋单元，用于通过单一的间接水质指标与筛选后的预设数量的直接水质指标的浓度原始检测数据进行plsr归趋，确定评价地表水体环境功能区和直接指标执行的环境标准，用plsr归趋公式逐一计算间接水质指标回归量化分级标准；

23、标准化单元，用于将原始检测数据、直接水质指标国家分级标准、所述间接水质指标回归量化分级标准均标准化为无量纲数值；

24、水质环境功能区类别确定单元，用于将标准化后的所述直接水质指标及所述国家分级标准、所述间接水质指标及所述间接水质指标回归量化分级标准按照评价时期、评价断面进行pca分析，以不同时期、不同断面以及分级标准pca综合得分排名顺序确定达到的水质环境功能区类别；

25、典型水质指标分析单元，用于根据pca分析得到的pca载荷系数分析断面的典型水质指标。

26、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价装置中，所述直接水质指标筛选单元具体用于利用间接水质指标与直接水质指标决策树回归算法中特征重要性功能，筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标。

27、优选的，在上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价装置中，所述直接水质指标筛选单元还具体用于计算间接水质指标的变异系数cv值，当高于直接水质指标最大cv值3倍的间接水质指标判定为异常值，进行plsr归趋时，将所述异常值更改为其前后预设时间范围内的平均值。

28、通过上述描述可知，本发明提供的上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法，由于包括筛选地表水水质指标并分类为直接水质指标和间接水质指标；确定评价断面和评价时期，获取所述评价时期内的不同时间和不同断面的水质浓度原始检测数据；处理所述间接水质指标中的极大值，筛选与间接水质指标相关的预设数量的直接水质指标；通过单一的间接水质指标与筛选后的预设数量的直接水质指标的浓度原始检测数据进行plsr归趋，确定评价地表水体环境功能区和直接指标执行的环境标准，用plsr归趋公式逐一计算间接水质指标回归量化分级标准；将原始检测数据、直接水质指标国家分级标准、所述间接水质指标回归量化分级标准均标准化为无量纲数值；将标准化后的所述直接水质指标及所述国家分级标准、所述间接水质指标及所述间接水质指标回归量化分级标准按照评价时期、评价断面进行pca分析，以不同时期、不同断面以及分级标准pca综合得分排名顺序确定达到的水质环境功能区类别；根据pca分析得到的pca载荷系数分析断面的典型水质指标，因此能够综合考虑环境污染定量指标和环境污染非定量指标之间的关系和间接指标的贡献，实现环境污染非定量指标的量化分级，结合单因子环境超载评价和综合因子环境实际状况评价，使评价结果更为全面和客观。本发明提供的上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价装置，具有与上述基于环境污染非定量指标量化分级的水质评价方法相同的优点。