[发明专利]城市水体水华监测预警系统及预警方法

权利要求书

1.一种城市水体水华监测预警系统，设有现场监测终端组(1)，该终端组设有10个监测终端设备(11)，其中包括：在线叶绿素a传感器、高锰酸盐指数在线自动监测仪器、在线总氮分析仪、在线总磷分析仪、在线溶解氧测定仪、在线酸碱度测定仪、在线水浊度测量仪、水温传感器、水流速传感器、水位传感器，上述终端监测设备与被监测的水体进行有效测量地连通，并且与设置的现场PLC控制器(2)进行控制和信号联接，该控制器设有信号接收电路模块和数据计算电路模块，并设有数据无线上传电路模块，该控制器与设置的上位计算机处理器通过无线网络(3)进行控制和信号连接，上位计算机处理器由接收数据的组态(41)、关系型数据库电路模块(42)和城市水体监测平台计算机(43)构成，并设有信号无线接收模块、数据处理电路模块、操作面板、显示器、灯信号和音响信号报警器。

2.使用权利要求1所述的城市水体水华监测预警系统的监测预警方法：其特征包括以下步骤：

1)在所述控制器上设置计算富营养状态指数的各项监测数据的节点数及对应的赋分值En：

总磷：0.001-1.30；总氮：0.020-16.0；叶绿素a：0.0005-1.0；高锰酸盐指数：0.15-60；透明度：10-0.12；各项结点数对应的评价赋分值：10-100；其中除透明度单位为米外，其他均为mg/L；以上所列为最小节点数和最大结点数及其对应的评价赋分值，中间结点数和对应的评价赋分值平均阶梯分配，然后在测试中进行调整，也可以根据不同水体的情况进行调整；

2)在所述控制器上设置计算水华状态指数的各项监测数据的节点数及对应的评价赋分值An：

pH：7.5-9.5；ΔpH：0.15-0.3；DO：7.8-18mg/L；ΔDO：2-8mg/L；温度：20-32℃；总磷：0.02-0.5mg/L；叶绿素a：10-50mg/L；流速：0.7-0.2m/s；富营养化指数：20-100；赋分值An为10-40；以上所列为最小结点数和最大结点数及其对应的评价赋分值，中间结点数和对应的评价赋分值平均阶梯分配，然后在测试中经试验进行调整，也可以根据不同水体的情况进行调整；

3)在上位计算机处理器里设置水体水华状态指数AI与预警级别的对应标准：

无水华预警：0＜AI≤10；初级水华预警：10＜AI≤20；中级水华预警：20＜AI≤30；高级水华预警：30＜AI≤40；

4)在上位计算机处理器里设置水体各单项指标的超标单项预警最低标准：

pH：10；ΔpH：1.0；DO：25mg/L；ΔDO：10mg/L；温度：35℃；总磷：1.0mg/L；叶绿素：70mg/L；流速：0.05m/s；水位：水体中心1米；富营养化指数：150；

5)设定控制器获取和上传数据的时间间隔：24-72小时；

6)启动监测预警系统，终端监测设备从水体获取数据；

7)控制器从终端监测设备获取数据，并由控制器的计算模块计算出总体水华预警指数AI；

总体水华状态预警指数的计算方法有以下步骤：

(1)一级计算：计算pH和DO的日变化值、水体富营养状态指数：

(a)ΔpH计算方法是：ΔpH＝在线采集的前一日的pH数据中的最大值减去最小值；

(b)ΔDO计算方法是：ΔDO＝在线采集的前一日的DO数据中的最大值减去最小值；

(c)由总磷、总氮浓度、叶绿素a、高锰酸盐指数和水浊度计算出富营养状态指数，方法是：利用步骤1)中设置的各项监测数据的节点数和实际数值，采用线性插值法，计算出各项数值对应的赋分值En，该En中的n为1一5的数字，代表5个赋分值项；以总磷浓度为例，总磷浓度＝0.010时，对应的En＝20；总磷浓度＝0.025时，对应的En＝40；如果实际测到的总磷浓度＝0.015，则采用线性插值法计算，公式为：

40-200.025-0.010=En-200.015-0.010]]>则En＝27；

如果单项水质指标实测数小于最小节点数的设定值，则直接给该项水质指标赋分值的最小值10；如果单项水质指标实测数大于最大节点数的设定值，则直接给该项水质指标赋分值的最大值100；

(d)由单项富营养状态赋分值En，计算出总体富营养状态指数EI：方法是：

由各项富营养状态赋分值的总和除于项目数5，得出的平均值为总体富营养状态指数EI；

(2)二级计算：计算各项数据对应的水华预警赋分值：方法是：

利用步骤2)中设置的各项监测数据的节点数和实际数值，采用线性插值法，计算出各项数值对应的赋分值An，该An中的n为1-9的数字，代表9个赋分值项；以ΔpH为例，ΔpH＝0.15时，对应的An＝10；ΔpH＝0.2时，对应的An＝20；如果实际测到的ΔpH＝0.175，则采用线性插值法计算，公式为：

20-100.2-0.15=An-100.175-0.15]]>则An＝15；

如果单项水质指标实测数小于最小节点数的设定值，其中流速项是大于最大节点数的设定值，则直接给该项水质指标赋分值的最小值10；如果单项水质指标实测数大于最大节点数的设定值，其中流速项是小于最小节点数的设定值，则直接给该项水质指标赋分值的最大值40；

(3)三级计算：由单项水华预警赋分值An，计算出总体水华预警指数AI：方法是：

由各项水华预警指数相加的总和除于项目数9，得出的平均值为总体水华预警指数AI；

8)控制器向上位计算机处理器上传从终端监测设备获取的数据、计算出的富营养化指数、各项的水体水华预警赋分值和总体水华状态指数；

9)上位计算机处理器从控制器接收从终端监测设备获取的数据、计算出的富营养化指数、各项的水体水华预警赋分值和总体水华状态指数；将水华状态指数与预置的水华预警标准值进行比较，发现达到初级或中级、高级预警值的进行相应级别的声音和图像报警；将各终端设备获取的单项水体状态数值、各项水华预警赋分值与设定的单项报警数值进行比较，发现达到单项报警标准的进行相应的单项声音和图像报警；发现报警操作进行报警后或无需报警操作时返回步骤7)。