[发明专利]基于多源光谱特征的城市水体黑臭快速识别测定方法

说明书

本发明公开了基于多源特征光谱的水体黑臭快速识别测定方法。利用三维荧光光谱解析水体腐殖酸、类蛋白、油类黑臭前体有机物浓度，利用紫外‑可见吸收光谱解析获得浊度、色度、硝酸盐黑臭相关水质参数，利用荧光光谱与吸收光谱融合反演得到COD、BOD、TOC水质综合指标；结合溶解氧和水温参数，通过大量城市不同类型水体测试与训练，建立基于数据驱动的水体黑臭等级测量算法模型，实现水体黑臭等级快速识别测定。该方法克服了《城市黑臭水体整治工作指南》规定水体黑臭监测方法存在的“监测指标单一、有机物指标缺失、氨氮需采样‑离线测量”问题，并具有免试剂、无需样品预处理、测量快速等特点，是快速有效的水体黑臭测量手段。

技术领域

本发明涉及资源与环境、城市环境保护技术领域，尤其涉及基于多源光谱特征的城市水体黑臭快速识别测定方法。

背景技术

黑臭水体是指呈现令人不悦的颜色和（或）散发令人不适气味的水体。水体黑臭是有机污染的极端现象，当大量有机污染物进入水体，在好氧微生物的生化作用消耗大量氧气，致使水体缺氧、厌氧细菌大量繁殖，有机物厌氧降解为氨氮、腐殖质、硫化氢、甲烷和硫醇等，导致水体变黑、变臭。由于不同黑臭水体成分不尽相同、成因复杂，迄今为止国内外尚无确定性的评价方法和标准，也无确定性的黑臭判定指标和监测方法。

常规黑臭监测方法分为以下三类：第一，感官体验法，利用人体视觉、嗅觉感官以水体色度和臭味为指标，将水体划分为无黑臭、微黑臭、黑臭及深度黑臭4个等级，该方法简单直接，但受个人感器差异及主观因素影响大。第二，污染物浓度限值法，选取透明度、溶解氧、氧化还原电位及氨氮4项指标，当任意指标浓度达到限值即判定为对应等级黑臭。所列指标中，除氨氮指标外，其它水质参数均有成熟的现场传感仪器，因此该方法简单易行、适合大面积普查，是《城市黑臭水体整治工作指南》指定水体黑臭监测方法，但由于“监测指标单一、氨氮的采样-离线测量、有机物综合指标缺失”也极大限制了该方法判别水体黑臭的准确度。第三，综合指数评价法，通过全面监测水温、溶解氧、化学需氧量、生物需氧量、总磷、总氮、氨氮及无机金属离子，引入多因子加权指数评价水体黑臭等级。该方法全面综合了水体致黑臭环境因子，能够更为准确的评价水体黑臭程度，但需要动用专业实验室分析设备，测量周期长、工作量大、成本高，难以满足我国数量庞大的水体黑臭快速监测需求。

与常规地面监测手段相比，近年来，黑臭水体遥感监测技术受到广泛关注。遥感手段依据水体色度指标识别黑臭水体，并能够呈现黑臭水体的空间分布特征，具有动态、快速、大范围监测等特点，但遥感影像光学特性有限，能够监测“黑”而难以感知“臭”，局限性也很明显。因此，为及时、快速、全面掌握水体黑臭发生、发展与演变过程，急需发展现场快速黑臭水体识别测定方法，为及时掌握黑臭水体清单及黑臭整治工作决策提供有效技术手段。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供基于多源光谱特征的城市水体黑臭快速识别测定方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于多源光谱特征的城市水体黑臭快速识别测定方法，包括以下步骤：

（1）利用三维荧光光谱解析获得黑臭前体中水体腐殖酸、类蛋白、油类的浓度；利用紫外-可见吸收光谱解析获得黑臭相关水质的浊度、色度、硝酸盐参数值；利用荧光光谱与吸收光谱融合反演得到COD、BOD、TOC水质综合指标，并集成溶解氧和水温参数；

（2）对比感官体验法水体发黑与发臭指标，通过聚类分析从上述指标中遴选致黑因子和致臭因子；

（3）通过不同类型水体测量，利用人工神经网络分别建立致黑因子与发黑等级、致臭因子与发臭等级间的数据驱动模型，综合水体发黑等级与发臭等级实现水体黑臭等级识别测定。