[发明专利]估算河流腐殖化指数的方法

说明书

估算河流腐殖化指数的方法，本发明属于河流水环境评价领域，具体涉及一种估算腐殖化指数的方法。本发明的是为了解决现有方法中使用三维荧光技术及FRI荧光区域积分技术过程中，仪器及测量人员实际测量及繁琐计算操作对HIX影响的技术问题。本方法如下：一、采样；二、测量水样的CDOM吸光度；三、用荧光区域积分法FRI对三维荧光光谱进行定量分析，计算腐殖化指数HIX；四、构建CDOM₂₅₄和HIX的相关性，用以下模型进行描述：HIX＝0.1093×CDOM₂₅₄+1.4839，其中R²＝0.864，p0.01，通过测定水样CDOM₂₅₄，估算河流腐殖化指数。实测的HIX值与依据本发明方法计算出来的HIX值平均绝对百分误差(MAPE)仅为18.27％，实测HIX值与本发明方法计算出来的HIX值的比值为0.93，CDOM₂₅₄和HIX模型精度较好。

技术领域

本发明属于河流水环境评价领域，具体涉及一种估算腐殖化指数的方法。

背景技术

河流中广泛存在着溶解性有机质DOM(dissolved organic matter)，其官能团丰富，且迁移率高。加之其中富含C、N、P等营养元素，进而参与水环境中的多种理化反应过程，对水环境质量有重要影响。DOM的组成结构和大小在一定程度上决定了碳循环和二氧化碳的排放，甚至可以影响全球气候的变化。有色溶解性有机物CDOM(chromophoric dissolvedorganic matter)是DOM中的重要组成部分并广泛存在与各种天然水体中，是河流生态系统的重要影响物质。因此，DOM在水体中的分布和组成已成为当前国际环境科学领域的研究热点之一。吸收性质和荧光性质是河流中CDOM最重要的光学性质，其荧光或吸收性质改变表明其化学组成也相应地发生变化。而CDOM腐殖化指数(HIX)可以反映CDOM腐殖化程度和有机物来源，HIX值越大表示CDOM腐殖化程度越高，稳定性越好，在环境中存在的时间相对较长，一般来说，陆源CDOM具有较高的HIX，而水体自产或排污而来的CDOM则具有较低的HIX。

CDOM腐殖化指数(HIX)是描述河流CDOM腐殖化程度的重要参数。国内外主要通过三维荧光光谱技术及荧光区域指数积分(fluorescence regional integration，FRI)计算获得。FRI是一种荧光光谱解析方法，可对多组分体系中荧光光谱的重叠对象进行光谱识别和表征，在一定程度上能够克服传统三维荧光光度法中寻峰法的某些不足。目前，三维荧光技术已大量应用于河流、海洋等不同来源DOM的研究中。虽然该方法目前为很多研究工作者采用，但水样中的荧光物质易于分解，容易影响最终实验结果，同时三维荧光光谱分析仪的品牌不同，水拉曼散射等校正准确度不同，对数据精度也有一定的差异，而获得的三维荧光光谱还要根据FRI方法进行区域积分计算才能最终获得HIX指数。因此，开发一种新的、稳定的、快速获取精度较高的测量河流中HIX的方法已经成为科学研究者们的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法中使用三维荧光技术及FRI荧光区域积分技术过程中，仪器及测量人员实际测量及繁琐计算操作对HIX影响的技术问题，提供了一种估算河流腐殖化指数的方法。

估算河流腐殖化指数的方法按照以下步骤进行：

一、在长江流域、黄河流域、松花江流域、海河流域、辽河流域、珠江流域、淮河流域及青藏内流区采集水样，每个水样采集位于水面0.1m以下、位于河流中央的水体2500ml，于4℃的冰箱内冷藏，利用0.22μm的Whatman聚碳酸酯滤膜过滤，得到CDOM水样；

二、将CDOM水样放入比色皿中，测量水样CDOM在波长200～800nm的吸光度，得到CDOM水样的吸收系数，利用CDOM水样在254nm处的吸收系数CDOM₂₅₄代表CDOM水样的相对浓度；

三、测定CDOM水样三维荧光光谱，用荧光区域积分法FRI对三维荧光光谱进行定量分析，将三维荧光光谱区域划分为5个部分: