一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统

本发明涉及重金属检测，具体涉及一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统。

背景技术：

1、随着工业化、城市化的快速发展，流域沉积物中的重金属污染问题日益严重。重金属污染对水域生态系统造成了巨大的危害，不仅影响水质安全，还对人类健康产生了潜在威胁。

2、申请号为cn202111563128.5的专利公开了一种在水生态系统中沉积物重金属的风险评价方法，包括以下步骤：s1：将水生态系统划分成若干检测区域，并将检测区域进行编号，采集不同检测区域内水生态系统中的底泥、植物样本以及动物样本作为环境样品；s2：所述s1中所采集的环境样品进行分开烘干，按照编号进行储存；s3：将每个检测区域内的烘干后的环境样品利用研磨设备进行研磨，得到粉末状的环境样品，然后粉末状的环境样品利用筛网进行过筛处理；s4：将多个过筛后的环境样品分别取出1-2g，分开盛放，加入等量的消解液，浸泡2-4h；该发明的方法将水生态系统积物中的重金属含量进行检测，便于对重金属环境生态毒性风险程度进行全面准确判断，可为水生态系统管理服务，但仍然存在以下不足之处：该方法存在操作复杂、耗时长、成本高的缺点，且只凭借采集的重金属含量数据进行风险评价，数据采集不全面，导致无法实现对重金属污染及微生物生态影响进行精确监测并分级别预警，导致重金属生态风险分析精确度不高，无法满足实时、高效、准确的监测需求。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统，解决了现有的沉积物重金属的风险评价方法存在操作复杂、耗时长、成本高的缺点，且只凭借采集的重金属含量数据进行风险评价，数据采集不全面，导致无法实现对重金属污染及微生物生态影响进行精确监测并分级别预警，导致重金属生态风险分析精确度不高，无法满足实时、高效、准确的监测需求的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统，包括：

4、数据分析模块，用于根据重金属检测参数获得重金属检测指数zj，并将重金属检测指数zj发送至风险判定模块；还用于根据生态影响参数获得生态影响指数st，并将生态影响指数st发送至风险判定模块；

5、所述数据分析模块获得重金属检测指数zj的具体过程如下：

6、将样品均值yj、样品最值yz、样品差值yc以及样品中值ym进行归一化处理，并将样品均值yj、样品最值yz、样品差值yc以及样品中值ym的数值按照预设的重金属检测模型进行量化运算，得到重金属检测指数zj，并将重金属检测指数zj发送至风险判定模块；

7、其中，重金属检测模型如下所示：

8、

9、式中：

10、ε为预设的误差调节因子，取ε=1.108；

11、e、π均为数学常数；

12、z1、z2、z3以及z4分别为设定的样品均值yj、样品最值yz、样品差值yc以及样品中值ym对应的预设权重因子，z1、z2、z3以及z4满足z1＞z2＞z3＞z4＞1.668，取z1=3.09，z2=2.63，z3=2.13，z4=1.82；

13、所述数据分析模块获得生态影响指数st的具体过程如下：

14、将生物均值sj、生物最值sz、生物差值sc以及生物中值sm进行归一化处理，并将生物均值sj、生物最值sz、生物差值sc以及生物中值sm的数值按照预设的生态影响模型进行量化运算，得到生态影响指数st，并将生态影响指数st发送至风险判定模块；

15、其中，生态影响模型如下所示：

16、

17、式中：

18、ζ为预设的误差调节因子，取ζ=0.898；

19、π、e均为数学常数；

20、s1、s2、s3以及s4分别为设定的生物均值sj、生物最值sz、生物差值sc以及生物中值sm对应的预设权重因子，s1、s2、s3以及s4满足s1＞s2＞s3＞s4＞0.328，取s1=1.26，s2=0.88，s3=0.58，s4=0.39；

21、风险判定模块，用于根据重金属检测指数zj和生态影响指数st生成生态风险指令，并将生态风险指令发送至风险警报模块；其中，生态风险指令包括重度风险指令、中度风险指令、轻度风险指令以及生态正常指令；

22、风险警报模块，用于接收到生态风险指令后分类进行风险警报。

23、作为本发明进一步的方案：所述风险判定模块生成生态风险指令的具体过程如下：

24、用户自行设定重金属检测阈值zjy和生态影响阈值sty；

25、将重金属检测指数zj与重金属检测阈值zjy进行比较，将生态影响指数st与生态影响阈值sty进行比较，比较结果如下所示：

26、如果重金属检测指数zj≥重金属检测阈值zjy且生态影响指数st≤生态影响阈值sty，则生成重度风险指令，并将重度风险指令发送至风险警报模块；

27、如果重金属检测指数zj≥重金属检测阈值zjy且生态影响指数st＞生态影响阈值sty，则生成中度风险指令，并将中度风险指令发送至风险警报模块；

28、如果重金属检测指数zj＜重金属检测阈值zjy且生态影响指数st≤生态影响阈值sty，则生成轻度风险指令，并将轻度风险指令发送至风险警报模块；

29、如果重金属检测指数zj＜重金属检测阈值zjy且生态影响指数st＞生态影响阈值sty，则生成生态正常指令，并将生态正常指令发送至风险警报模块。

30、作为本发明进一步的方案：所述风险警报模块分类进行风险警报的具体过程如下：

31、接收到重度风险指令后响起重度风险铃声，并控制风险指示灯显示为红色；

32、接收到中度风险指令后响起中度风险铃声，并控制风险指示灯显示为橙色；

33、接收到轻度风险指令后响起轻度风险铃声，并控制风险指示灯显示为黄色；

34、接收到生态正常指令后控制风险指示灯显示为绿色。

35、作为本发明进一步的方案：所述的流域沉积物中重金属生态风险分析系统还包括：

36、重金属检测模块，用于对检测样品i的重金属污染情况进行检测，从检测样品i中获取检测金属j，并获取检测金属j的金种值jz、超标值cb，并根据金种值jz、超标值cb获得样品信息ypi，利用样品信息ypi获得重金属检测参数，并将重金属检测参数发送至数据分析模块；其中，重金属检测参数包括样品均值yj、样品最值yz、样品差值yc以及样品中值ym。

37、作为本发明进一步的方案：所述重金属检测模块获得样品信息ypi的具体过程如下：

38、将同一时间从生态风险监控的流域收集的沉积物等质量随机划分成若干个检测样品i，i=1、……、u，u为正整数，i为其中任意一个检测样品的编号，u为检测样品的总数量；

39、获取检测样品i中所有的重金属，并将其依次标记为检测金属j，j=1、……、v，v为正整数，j为其中任意一种检测金属的编号，v为检测金属的总种类；

40、获取检测金属j的种类，并将其标记为种类值zl，获取检测金属j的含量，并将其标记为含量值hlj，获取检测金属j的预设标准数值上限，并将其标记为标准含量值blj，获取含量值hlj大于标准含量值blj的检测金属j的种类，并将其标记为超种值cz，将种类值zl、超种值cz进行量化处理，令种类值zl、超种值cz的数值分别乘以其对应的预设比例系数，获得两者的和，并将其标记为金种值jz；其中，种类值zl、超种值cz对应的预设比例系数分别为α1、α2，且α1、α2满足α1+α2=1，0＜α1＜α2＜1，取α1=0.29，α2=0.71；

41、获取每种检测金属j的含量值hlj、标准含量值blj，并将其代入公式中计算，依据公式得到超标值cb；

42、获得金种值jz、超标值cb两者的乘积，并将其标记为样品信息ypi。

43、作为本发明进一步的方案：所述重金属检测模块获得重金属检测参数的具体过程如下：

44、获取所有的样品信息ypi的平均值，并将其标记为样品均值yj；

45、将所有的样品信息ypi按照从大到小的顺序进行排序，形成样品信息排序单；

46、从样品信息排序单中获取最大值，并将其标记为样品最值yz；

47、从样品信息排序单中获取最大值、最小值，获取最大值、最小值两者之间的差值，并将其标记为样品差值yc；

48、从样品信息排序单中获取中位数，并将其标记为样品中值ym；

49、将样品均值yj、样品最值yz、样品差值yc以及样品中值ym发送至数据分析模块。

50、作为本发明进一步的方案：所述的流域沉积物中重金属生态风险分析系统还包括：

51、生态影响模块，用于对检测样品i的重金属生态影响情况进行检测，从检测样品i中获取细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh，并根据细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh获得生物信息swi，利用生物信息swi获得生态影响参数，并将生态影响参数发送至数据分析模块；其中，生态影响参数包括生物均值sj、生物最值sz、生物差值sc以及生物中值sm。

52、作为本发明进一步的方案：所述生态影响模块获得生物信息swi的具体过程如下：

53、获取检测样品i中所有的细菌含量、真菌含量以及古菌含量，并将其分别标记为细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh，将细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh进行量化处理，令细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh分别乘以其对应的预设比例系数，获得三者的和，并将其标记为生物信息swi；其中，细菌值xh、真菌值zh以及古菌值gh对应的预设比例系数分别为β1、β2以及β3，且β1、β2以及β3满足β1+β2+β3=1，0＜β3＜β2＜β1＜1，取β1=0.46，β2=0.30，β3=0.24。

54、作为本发明进一步的方案：所述生态影响模块获得生态影响参数的具体过程如下：

55、获取所有的生物信息swi的平均值，并将其标记为生物均值sj；

56、将所有的生物信息swi按照从大到小的顺序进行排序，形成生物信息排序单；

57、从生物信息排序单中获取最大值，并将其标记为生物最值sz；

58、从生物信息排序单中获取最大值、最小值，获取最大值、最小值两者之间的差值，并将其标记为生物差值sc；

59、从生物信息排序单中获取中位数，并将其标记为生物中值sm；

60、将生物均值sj、生物最值sz、生物差值sc以及生物中值sm发送至数据分析模块。

61、本发明的有益效果：

62、本发明的一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统，首先对重金属进行数据采集和分析，获取重金属检测参数，根据重金属检测参数获得的重金属检测指数能够综合衡量重金属污染程度，且重金属检测指数越大表示重金属污染程度越高，之后对微生物进行数据采集和分析，获取生态影响参数，根据生态影响参数获得的生态影响指数能够综合衡量重金属对生态影响程度，且重金属检测指数越大表示重金属对生态影响程度越高，最后根据重金属检测指数和生态影响指数生成生态风险指令，并根据生态风险指令分类进行风险警报；

63、本发明的一种流域沉积物中重金属生态风险分析系统，综合考虑了重金属元素的多方面因素，实现对重金属污染及微生物生态影响的实时判定，实现了对流域沉积物中重金属生态风险的全面评估，提高了评估的准确性，降低了人工操作的复杂性，提高了分析效率，并且可以根据实际需求进行定制和扩展，满足不同流域和不同污染情况的监测需求。