[发明专利]一种结合水质参数和三维荧光光谱进行污染物溯源的方法

说明书

本发明提供了一种结合水质参数和三维荧光光谱进行污染物溯源的方法，步骤包括：水质检测步骤、荧光检测步骤、污染源类型识别步骤以及污染源确定步骤。该污染物溯源的方法结合PMF模型因子解析结果与特征荧光组分荧光强度比值，可快速判断水体环境是否受到人为活动影响，并同时判断其污染来源类型，再结合相关区域水质监测布点情况及水文参数定向筛查污染源，最终通过对比相应污染源检测结果明确水体主要污染来源，具有操作简便、准确度高、重现性好等优点，可以快速、有效识别水体环境中的典型污染源，为相关污染的管控与治理提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种污染物溯源的方法，尤其是一种结合水质参数和三维荧光光谱进行污染物溯源的方法。

背景技术

随着人类社会高速发展，水体环境受到严重污染，其污染主要分为自然因素影响导致的水质变化和人为因素影响导致的水质恶化，如生活源的排放、农业面源污染、工业废水的排放等。为有效控制水体污染，需明确水体所受污染源类型及其特性，并采取相应管控和治理措施，做到快速排查并控制污染源，确保水体水质安全。

通常，水质监测中依靠化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、氨氮(NH₃-N)等水质参数来反映水质优劣，但这些参数所反映的是水体有机物整体的综合信息，很难判定其单一或特定的污染源。正定矩阵因子分解模型(PMF)是一种多元统计分析工具，通常将样本数据矩阵分解为因子贡献和因子分布两个矩阵。与一般因子分析模型相同的是，PMF模型根据受体参数的数据集分配源和源的贡献率；不同的是该方法可以得到非负约束的因子得分，并对数据的不确定性进行加权，当出现缺失值时可用数据的平均值或中位数替代，降低缺失数据对分析结果的影响。在PMF模型运行时，需人为确定因子数，不同因子数的选择会导致源解析过程中各参数的载荷分配具有不确定性，可能会对源解析的结果产生较大的干扰，以往的研究中往往依据区域特征及不同因子解析结果选择合适的因子数，但具有一定的主观性。同时，水体中溶解性荧光类有机物(CDOM)保存了水体中有机污染物的详细特征，如三维荧光光谱能根据污染物与含量不同，具有与水样一一对应的特点，如人的指纹具有唯一性，被称为污水的“荧光指纹”。荧光图谱解析一般利用识峰法，利用最大荧光强度所在位置，确定激发与发射波长，继而确定荧光峰类型，操作较为麻烦，并且因为荧光峰位置的变化，使样品荧光峰强度无法在同一维度进行比较。若样品过多会造成工作量巨大，不利于高效快捷判断水体污染来源。PARAFAC法基于三线分解理论，采用交替最小二乘算法可实现荧光物质的“数学分离”，但其只能识别出特征荧光组分，无法定义各荧光组分准确来源。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结合水质参数和三维荧光光谱进行污染物溯源的方法，利用常规水质参数的解析以及三维荧光光谱的分析对水体污染物进行溯源。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种结合水质参数和三维荧光光谱进行污染物溯源的方法，包括如下步骤：

水质检测步骤：对水样进行常规水质参数检测，再利用PCA/FA分析法确定常规水质参数的主因子数，再由PMF模型以主因子数计算各个常规水质参数的因子贡献率，再根据因子贡献率确定主要污染源；

荧光检测步骤：对水样进行三维荧光光谱检测，再对检测获得的三维荧光光谱行PARAFAC法解析，获得各个特征荧光组分，并计算各个特征荧光组分间的荧光强度比值；

污染源类型识别步骤：根据主要污染源以及荧光强度比值判断该水样采集点的污染源类型；

污染源确定步骤：获取监测区域的各个水样采集点布设位置以及水文参数，结合各个水样采集点的布设位置、水文参数以及污染源类型确定污染物源头。

进一步地，在进行水样采集点布设时，需要根据监测区域的形状和范围大小确定采样点的布设数量以及采样点的位置，在进行各个采集点的水样采集时，需要用0.45μm玻璃纤维滤膜进行过滤，去除水样中的杂质。