[發明專利]一種海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法

有效

• 申請號: 202110267189.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113051844B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 盛彥清;姜明
• 申請（專利權）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所;海岸帶生態環境產業發展（煙臺）有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G01N21/64;G06F111/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 陳曦

1.一種海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法，其特征在于，包括：

步驟1：根據水域水質水文及地質概況、市政排污現狀及流域內潛在企業排污狀況得到潛在排污源；

步驟2：對污染水域選部分采樣點進行數據采樣，同時對潛在排污源的排污口進行數據采樣；

步驟3：將上覆水和沉積物在熒光光譜分析儀上測定；

步驟4：結合三維熒光光譜分析和平行因子分析模型對污染水域和潛在排污源的溶解性有機質進行同源性分析，獲得水域樣本的熒光組分強度分布；

步驟5：基于污染水域熒光特征與潛在排污源之間的內在聯系搭建溯源模型，通過數值模擬結果對比，驗證三維熒光光譜結合平行因子分析模型溯源水域污染的精準性；

所述步驟5中搭建溯源模型是指利用潛在排污源的入海排污數值模擬，具體步驟如下：

(1)采用二維建模系統MIKE21開展污染擴散模擬，二維污染物對流擴散控制方程表示為：

式(4)中c為污染物濃度；u、v分別為x、y向流速分量；Dx、Dy為x、y向分散系數；QsCs為污染排放源強，Qs為單位面積內點源排放量，Cs為污染物排放濃度；F為衰減系數；

(2)邊界條件設定；

岸邊界條件：濃度通量為零；

開邊界條件：入流方程表示為：

c_Γ＝c₀ (5)

式(5)中Г為水邊界；c₀為邊界濃度，模型僅計，算增量影響，取c₀＝0；

出流方程表示為：

式(6)中V為邊界法向流速；n為法向；

(3)以化學需氧量為模擬物質，輸入數據進行數值模擬；

(4)將數值模擬圖與步驟4在該水域樣本的熒光組分強度分布進行對比，驗證三維熒光光譜結合平行因子法溯源水域污染的精準性。

2.如權利要求1所述的海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法，其特征在于，所述步驟3中沉積物的溫度在-50℃～0℃，壓力在13℃～100Pa，冷凍干燥時間為24h。

3.如權利要求1所述的海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法，其特征在于，所述步驟3中沉積物按照水土體比為1:10，200r/min下震蕩24h，然后在5000r/min離心15min，提取的上清液和上覆水分別過0.45μm玻璃纖維濾膜。

4.如權利要求1所述的海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法，其特征在于，所述步驟3中熒光光譜分析儀參數設定，激發光源為150W氙燈，電壓設為700V，激發波長的掃描范圍為250～800nm，發射波長掃描范圍為240～800nm，波長間隔為2nm,掃描速度為1200nm/min,去離子超純水做空白參比，消除熒光光譜的拉曼散射影響。

5.如權利要求1所述的海洋及開闊水域環境污染事件識別與精準溯源方法，其特征在于，所述步驟4中平行因子分析模型具體包括如下步驟：

(1)將測量得到的熒光光譜數據組成一個I×J×K矩陣，采用Matlab 2014a軟件中的N-way和DOMFluor工具箱對三維數據矩陣進行平行因子模型分析，采用交替最小二乘法將其分解為得分矩陣A，負載矩陣B和C，分解模型表示為：

其中I為樣品數目，J,K分別為樣品的發射波長和激發波長的數目；x_ijk為第i個樣品、發射波長為j、激發波長為k處的熒光強度值；N為因子數；a_in,b_jn,c_kn分別代表負載矩陣A,B,C中的元素，分別代表組分濃度、發射光譜和激發光譜信息；e_ijk為殘差矩陣E(I×J×K)的組成元素；

(2)設定多個N值，構建不同因子數量的平行因子模型；

(3)設定B和C的初始值，其中B的維數為J×N,C的維數為K×N，按照式(2)和式(3)求A；

A＝XZ^T(ZZ^T)^-1 (3)

其中，z_n為一個列向量；b_n在B中表示第n個因子的列向量；c_n在C中表示第n個因子的列向量；為求解張量積；X為三維矩陣的展開，其維數為I×JK；Z為由列向量Zn構成的矩陣，其維數為N×JK；

(4)以所得的A的估計值和C的初始值為基礎，用同樣的方法估計矩陣B，以A和B的估計值估計矩陣C，逐次迭代循環直至收斂；

(5)當殘差E最小且核一致性最高時，該N值的平行因子分析模型為最優模型；

(6)根據平行因子分析模型解析的各個組分的熒光峰位置來確定各組分熒光特征；

(7)將得到的最大熒光強度對應的樣本組分，分別以各熒光組分相對比例及熒光強度表征采樣區域內各組分分布，根據組分相似性和顏色顯示程度進行水域污染同源性分析。