[發明專利]城市水體水華監測預警系統及預警方法

有效

• 申請號: 201210414299.6
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102928569A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 趙珊;白宇;李魁曉;高金華;念東;張勝海;柯真山;常江;甘一萍
• 申請（專利權）人: 北京城市排水集團有限責任公司
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種城市水體水華監測預警系統，設有現場監測終端組(1)，該終端組設有10個監測終端設備(11)，其中包括：在線葉綠素a傳感器、高錳酸鹽指數在線自動監測儀器、在線總氮分析儀、在線總磷分析儀、在線溶解氧測定儀、在線酸堿度測定儀、在線水濁度測量儀、水溫傳感器、水流速傳感器、水位傳感器，上述終端監測設備與被監測的水體進行有效測量地連通，并且與設置的現場PLC控制器(2)進行控制和信號聯接，該控制器設有信號接收電路模塊和數據計算電路模塊，并設有數據無線上傳電路模塊，該控制器與設置的上位計算機處理器通過無線網絡(3)進行控制和信號連接，上位計算機處理器由接收數據的組態(41)、關系型數據庫電路模塊(42)和城市水體監測平臺計算機(43)構成，并設有信號無線接收模塊、數據處理電路模塊、操作面板、顯示器、燈信號和音響信號報警器。

2.使用權利要求1所述的城市水體水華監測預警系統的監測預警方法：其特征包括以下步驟：

1)在所述控制器上設置計算富營養狀態指數的各項監測數據的節點數及對應的賦分值En：

總磷：0.001-1.30；總氮：0.020-16.0；葉綠素a：0.0005-1.0；高錳酸鹽指數：0.15-60；透明度：10-0.12；各項結點數對應的評價賦分值：10-100；其中除透明度單位為米外，其他均為mg/L；以上所列為最小節點數和最大結點數及其對應的評價賦分值，中間結點數和對應的評價賦分值平均階梯分配，然后在測試中進行調整，也可以根據不同水體的情況進行調整；

2)在所述控制器上設置計算水華狀態指數的各項監測數據的節點數及對應的評價賦分值An：

pH：7.5-9.5；ΔpH：0.15-0.3；DO：7.8-18mg/L；ΔDO：2-8mg/L；溫度：20-32℃；總磷：0.02-0.5mg/L；葉綠素a：10-50mg/L；流速：0.7-0.2m/s；富營養化指數：20-100；賦分值An為10-40；以上所列為最小結點數和最大結點數及其對應的評價賦分值，中間結點數和對應的評價賦分值平均階梯分配，然后在測試中經試驗進行調整，也可以根據不同水體的情況進行調整；

3)在上位計算機處理器里設置水體水華狀態指數AI與預警級別的對應標準：

無水華預警：0＜AI≤10；初級水華預警：10＜AI≤20；中級水華預警：20＜AI≤30；高級水華預警：30＜AI≤40；

4)在上位計算機處理器里設置水體各單項指標的超標單項預警最低標準：

pH：10；ΔpH：1.0；DO：25mg/L；ΔDO：10mg/L；溫度：35℃；總磷：1.0mg/L；葉綠素：70mg/L；流速：0.05m/s；水位：水體中心1米；富營養化指數：150；

5)設定控制器獲取和上傳數據的時間間隔：24-72小時；

6)啟動監測預警系統，終端監測設備從水體獲取數據；

7)控制器從終端監測設備獲取數據，并由控制器的計算模塊計算出總體水華預警指數AI；

總體水華狀態預警指數的計算方法有以下步驟：

(1)一級計算：計算pH和DO的日變化值、水體富營養狀態指數：

(a)ΔpH計算方法是：ΔpH＝在線采集的前一日的pH數據中的最大值減去最小值；

(b)ΔDO計算方法是：ΔDO＝在線采集的前一日的DO數據中的最大值減去最小值；

(c)由總磷、總氮濃度、葉綠素a、高錳酸鹽指數和水濁度計算出富營養狀態指數，方法是：利用步驟1)中設置的各項監測數據的節點數和實際數值，采用線性插值法，計算出各項數值對應的賦分值En，該En中的n為1一5的數字，代表5個賦分值項；以總磷濃度為例，總磷濃度＝0.010時，對應的En＝20；總磷濃度＝0.025時，對應的En＝40；如果實際測到的總磷濃度＝0.015，則采用線性插值法計算，公式為：

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

如果單項水質指標實測數小于最小節點數的設定值，則直接給該項水質指標賦分值的最小值10；如果單項水質指標實測數大于最大節點數的設定值，則直接給該項水質指標賦分值的最大值100；

(d)由單項富營養狀態賦分值En，計算出總體富營養狀態指數EI：方法是：

由各項富營養狀態賦分值的總和除于項目數5，得出的平均值為總體富營養狀態指數EI；

(2)二級計算：計算各項數據對應的水華預警賦分值：方法是：

利用步驟2)中設置的各項監測數據的節點數和實際數值，采用線性插值法，計算出各項數值對應的賦分值An，該An中的n為1-9的數字，代表9個賦分值項；以ΔpH為例，ΔpH＝0.15時，對應的An＝10；ΔpH＝0.2時，對應的An＝20；如果實際測到的ΔpH＝0.175，則采用線性插值法計算，公式為：

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

如果單項水質指標實測數小于最小節點數的設定值，其中流速項是大于最大節點數的設定值，則直接給該項水質指標賦分值的最小值10；如果單項水質指標實測數大于最大節點數的設定值，其中流速項是小于最小節點數的設定值，則直接給該項水質指標賦分值的最大值40；

(3)三級計算：由單項水華預警賦分值An，計算出總體水華預警指數AI：方法是：

由各項水華預警指數相加的總和除于項目數9，得出的平均值為總體水華預警指數AI；

8)控制器向上位計算機處理器上傳從終端監測設備獲取的數據、計算出的富營養化指數、各項的水體水華預警賦分值和總體水華狀態指數；

9)上位計算機處理器從控制器接收從終端監測設備獲取的數據、計算出的富營養化指數、各項的水體水華預警賦分值和總體水華狀態指數；將水華狀態指數與預置的水華預警標準值進行比較，發現達到初級或中級、高級預警值的進行相應級別的聲音和圖像報警；將各終端設備獲取的單項水體狀態數值、各項水華預警賦分值與設定的單項報警數值進行比較，發現達到單項報警標準的進行相應的單項聲音和圖像報警；發現報警操作進行報警后或無需報警操作時返回步驟7)。