一种沉积物污染水平的综合评价方法

1.本发明属于环境污染评价技术领域，涉及一种污染水平的评价方法，尤其涉及一种沉积物污染水平的综合评价方法。

背景技术：

2.随着城市化和工业化的快速发展，大量人为来源的重金属、多环芳烃(pahs)和抗生素等污染物被排放到水生环境中。然而，水生环境中的重金属和多环芳烃极难被生物降解，且易在沉积物中富集，导致一定浓度的重金属和多环芳烃会严重危害生物健康，如多环芳烃具有致畸、致癌和致突变的“三致”效应。因此，沉积物中污染物风险和污染水平评价对于水体生态环境和污染控制具有重要意义。
3.目前关于重金属和多环芳烃的污染评价方法较多，例如地积累指数法、污染负荷指数法、潜在生态风险指数法常用于重金属污染评价中。虽然这几种方法在等级划分上具有不同的背景，但在等级划分结果上具有极大的相似性。此外，沉积物质量基准法、沉积物质量标准法和效应中值商法是评价多环芳烃单体化合物的常用方法。尽管现有的评价方法在评价单一污染物(如重金属或多环芳烃)污染水平和生态风险中表现优秀，并可基于评价结果来评价沉积物污染水平。但是，现有方法无法将重金属和多环芳烃指标统一起来，以实现对沉积物污染水平的综合评价，这就导致不同污染指标评价的沉积物污染水平具有片面性。若要实现统一多指标数据，并对沉积物污染水平进行综合评价，其关键在于确定各指标污染权重和对指标浓度进行标准化。
4.由此可见，如何提供一种沉积物污染水平的综合评价方法，将重金属和多环芳烃指标统一起来，明确各指标污染物的权重和标准化数值，保证沉积物质量评价结果的准确性，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种沉积物污染水平的综合评价方法，所述综合评价方法将重金属和多环芳烃指标统一起来，明确了各指标污染物的权重和标准化数值，保证了沉积物质量评价结果的准确性。
6.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供了一种沉积物污染水平的综合评价方法，所述综合评价方法包括以下步骤：
8.(1)确定监测断面，获取沉积物中重金属和多环芳烃的实测数据；
9.(2)基于步骤(1)所得重金属的实测数据，计算重金属污染指数并进行分级，进而计算重金属综合污染指数；
10.(3)结合多环芳烃沉积物质量标准法和步骤(1)所得多环芳烃的实测数据，对多环芳烃单体化合物进行评价并分级，进而计算多环芳烃综合污染指数；
11.(4)结合步骤(2)所得重金属综合污染指数和步骤(3)所得多环芳烃综合污染指
数，计算得到沉积物综合污染指数，即实现对沉积物污染水平的综合评价。
12.其中，步骤(2)和(3)不分先后顺序。
13.本发明建立了一套完整的沉积物污染水平综合评价系统，结合重金属和多环芳烃的污染评价方法及其评价结果，并将重金属和多环芳烃中的各指标进行标准化和权重处理，计算得到沉积物综合污染指数，充分考虑了沉积物污染评价的综合性，保证了沉积物质量评价结果的准确性。
14.优选地，步骤(1)所述重金属包括砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌或汞中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括砷与镉的组合，镉与铬的组合，铬与铜的组合，铜与镍的组合，镍与铅的组合，铅与锌的组合，锌与汞的组合，砷、镉与铬的组合，镉、铬与铜的组合，铬、铜与镍的组合，铜、镍与铅的组合，镍、铅与锌的组合，或铅、锌与汞的组合。
15.优选地，步骤(1)所述多环芳烃包括萘、苊、芴、菲、蒽、芘、苊烯、荧蒽、苯并[a]蒽、苯并[a]芘或二苯并[a,h]蒽中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括萘与苊的组合，苊与芴的组合，芴与菲的组合，菲与蒽的组合，蒽与芘的组合，芘与的组合，与苊烯的组合，苊烯与荧蒽的组合，荧蒽与苯并[a]蒽的组合，苯并[a]蒽与苯并[a]芘的组合，苯并[a]芘与二苯并[a,h]蒽的组合，萘、苊与芴的组合，苊、芴与菲的组合，芴、菲与蒽的组合，菲、蒽与芘的组合，蒽、芘与的组合，芘、与苊烯的组合，苊烯与荧蒽的组合，荧蒽、苯并[a]蒽与苯并[a]芘的组合，或苯并[a]蒽、苯并[a]芘与二苯并[a,h]蒽的组合。
[0016]
优选地，步骤(2)所述重金属污染指数的计算公式包括：
[0017][0018]
式中，pii为重金属i的污染指数；ci为重金属i的含量；c0为重金属背景值。
[0019]
优选地，步骤(2)所述分级的标准为：0《pi≤1，无污染；1《pi≤2，无至中度污染；2《pi≤3，中污染；3《pi≤4，中高污染；4《pi≤5，高污染。
[0020]
优选地，步骤(2)所述重金属综合污染指数的计算公式包括：
[0021][0022]
式中，hpi为重金属综合污染指数；n为重金属种类的总数；ci为重金属i的标准化值；wi为重金属i的权重。
[0023]
具体地，所述重金属i的权重wi可以采用w
as
＝4，w
hg
＝4，w
cd
＝4，w
cr
＝4，w
pb
＝4，w
ni
＝3，w
cu
＝2，w
zn
＝2。
[0024]
优选地，步骤(3)所述多环芳烃沉积物质量标准法将多环芳烃中每种单体化合物的浓度分为5个阈值，分别为：罕见效应、临界效应、偶然效应、可能效应和频繁效应。
[0025]
具体地，所述多环芳烃中每种单体化合物的阈值见下表1。
[0026]
表1
[0027][0028]
优选地，步骤(3)所述多环芳烃综合污染指数的计算公式包括：
[0029][0030]
式中，papi为多环芳烃综合污染指数；n为多环芳烃单体化合物种类的总数；cj为单体化合物j的标准化值；wj为单体化合物j的权重。
[0031]
具体地，所述单体化合物j的权重wj通过沉积物质量标准法所规定的单体效应阈值的大小顺序和聚类方法来确定，相关聚类结果见图2，权重可以参考w
acy
＝4，w
fluo
＝4，w
ace
＝4，w
dba
＝4，w
ant
＝4，w
nap
＝3，w
phe
＝3，w
baa
＝3，w
chry
＝2，w
bap
＝2，w
flua
＝1，w
pyr
＝1。
[0032]
优选地，公式(2)中重金属i的标准化值和公式(3)中单体化合物j的标准化值的计算公式分别独立地包括：
[0033][0034]
式中，ci为指标i的标准化值；ti为指标i的富集系数/浓度；s
i,k
和s
i,k+n
分别为指标i对应的第k类和第k+n类指标富集系数/浓度的分级阈值；i
i,k
为第k类指标富集系数/浓度的分级阈值对应的标准化值。
[0035]
具体地，所述i
i,k
可以采用i
i,1
＝20，i
i,2
＝40，i
i,3
＝60，i
i,4
＝80，i
i,5
＝100，分别对应于地表水环境质量标准中的i类、ii类、iii类、iv类和v类标准化值。
[0036]
优选地，步骤(4)所述沉积物综合污染指数的计算公式包括：
[0037][0038]
式中，spi为沉积物综合污染指数；n为沉积物种类的总数；ci和cj分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的标准化值；wi和wj分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的权重。
[0039]
优选地，步骤(4)所述综合评价的标准为：0《spi≤20，很差；20《spi≤40，差；40《
spi≤60，中等；60《spi≤80，好；80《spi≤100，优。
[0040]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0041]
本发明建立了一套完整的沉积物污染水平综合评价系统，结合重金属和多环芳烃的污染评价方法及其评价结果，并将重金属和多环芳烃中的各指标进行标准化和权重处理，计算得到沉积物综合污染指数，充分考虑了沉积物污染评价的综合性，保证了沉积物质量评价结果的准确性。
附图说明
[0042]
图1是本发明提供的沉积物污染水平的综合评价方法流程示意图；
[0043]
图2是本发明提供的综合评价方法中多环芳烃沉积物质量标准法所规定的单体效应阈值聚类结果图；
[0044]
图3是实施例1提供的综合评价方法中重金属综合污染指数结果图；
[0045]
图4是实施例1提供的综合评价方法中多环芳烃综合污染指数结果图；
[0046]
图5是实施例1提供的综合评价方法中沉积物综合污染指数结果图。
具体实施方式
[0047]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0048]
本发明提供一种沉积物污染水平的综合评价方法，如图1所示，所述综合评价方法包括以下步骤：
[0049]
(1)确定监测断面，获取沉积物中重金属和多环芳烃的实测数据；所述重金属包括砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌和汞，所述多环芳烃包括萘、苊、芴、菲、蒽、芘、苊烯、荧蒽、苯并[a]蒽、苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽。
[0050]
(2)基于步骤(1)所得重金属的实测数据，计算重金属污染指数并进行分级，进而计算重金属综合污染指数。
[0051]
所述重金属污染指数的计算公式包括：
[0052][0053]
式中，pii为重金属i的污染指数；ci为重金属i的含量；c0为重金属背景值。
[0054]
所述分级的标准为：0《pi≤1，无污染；1《pi≤2，无至中度污染；2《pi≤3，中污染；3《pi≤4，中高污染；4《pi≤5，高污染。
[0055]
所述重金属综合污染指数的计算公式包括：
[0056][0057]
式中，hpi为重金属综合污染指数；n为重金属种类的总数；ci为重金属i的标准化值；wi为重金属i的权重。
[0058]
具体地，所述重金属i的权重wi可以采用w
as
＝4，w
hg
＝4，w
cd
＝4，w
cr
＝4，w
pb
＝4，w
ni
＝3，w
cu
＝2，w
zn
＝2。
[0059]
(3)结合多环芳烃沉积物质量标准法和步骤(1)所得多环芳烃的实测数据，对多环
芳烃单体化合物进行评价并分级，进而计算多环芳烃综合污染指数。
[0060]
所述多环芳烃沉积物质量标准法将多环芳烃中每种单体化合物的浓度分为5个阈值，分别为：罕见效应、临界效应、偶然效应、可能效应和频繁效应。
[0061]
所述多环芳烃综合污染指数的计算公式包括：
[0062][0063]
式中，papi为多环芳烃综合污染指数；n为多环芳烃单体化合物种类的总数；cj为单体化合物j的标准化值；wj为单体化合物j的权重。
[0064]
具体地，所述单体化合物j的权重wj通过沉积物质量标准法所规定的单体效应阈值的大小顺序和聚类方法来确定，相关聚类结果见图2，权重可以参考w
acy
＝4，w
fluo
＝4，w
ace
＝4，w
dba
＝4，w
ant
＝4，w
nap
＝3，w
phe
＝3，w
baa
＝3，w
chry
＝2，w
bap
＝2，w
flua
＝1，w
pyr
＝1。
[0065]
公式(2)中重金属i的标准化值和公式(3)中单体化合物j的标准化值的计算公式分别独立地包括：
[0066][0067]
式中，ci为指标i的标准化值；ti为指标i的富集系数/浓度；s
i,k
和s
i,k+n
分别为指标i对应的第k类和第k+n类指标富集系数/浓度的分级阈值；i
i,k
为第k类指标富集系数/浓度的分级阈值对应的标准化值。
[0068]
具体地，所述i
i,k
可以采用i
i,1
＝20，i
i,2
＝40，i
i,3
＝60，i
i,4
＝80，i
i,5
＝100，分别对应于地表水环境质量标准中的i类、ii类、iii类、iv类和v类标准化值。
[0069]
(4)结合步骤(2)所得重金属综合污染指数和步骤(3)所得多环芳烃综合污染指数，计算得到沉积物综合污染指数，即实现对沉积物污染水平的综合评价。
[0070]
所述沉积物综合污染指数的计算公式包括：
[0071][0072]
式中，spi为沉积物综合污染指数；n为沉积物种类的总数；ci和cj分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的标准化值；wi和wj分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的权重。
[0073]
所述综合评价的标准为：0《spi≤20，很差；20《spi≤40，差；40《spi≤60，中等；60《spi≤80，好；80《spi≤100，优。
[0074]
其中，步骤(2)和(3)不分先后顺序。
[0075]
实施例1
[0076]
本实施例提供一种沉积物污染水平的综合评价方法，如图1所示，所述综合评价方法包括以下步骤：
[0077]
(1)选取平水期长江干流及支流24个河流断面，实测重金属和多环芳烃指标包括砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌、汞、萘、苊、芴、菲、蒽、芘、苊烯、荧蒽、苯并[a]蒽、苯并[a]芘和
二苯并[a,h]蒽，共20项指标。
[0078]
(2)利用公式(1)计算得到重金属污染指数，并与多环芳烃浓度构成数据集，鉴于篇幅有限，本实施例仅选取部分数据见下表2。
[0079]
表2
[0080][0081]
利用公式(2)计算出重金属综合污染指数hpi，相关计算结果见图3。
[0082]
(3)基于表1中多环芳烃单体分级标准和步骤(1)所得多环芳烃单体浓度，对多环芳烃单体化合物进行评价并分级，进而利用公式(3)计算得到多环芳烃综合污染指数papi，相关计算结果见图4。
[0083]
(4)结合步骤(2)所得重金属综合污染指数hpi和步骤(3)所得多环芳烃综合污染指数papi，利用公式(5)计算得到沉积物综合污染指数spi，相关计算结果见图5，即实现对沉积物污染水平的综合评价。
[0084]
由此可见，本发明建立了一套完整的沉积物污染水平综合评价系统，结合重金属和多环芳烃的污染评价方法及其评价结果，并将重金属和多环芳烃中的各指标进行标准化和权重处理，计算得到沉积物综合污染指数，充分考虑了沉积物污染评价的综合性，保证了沉积物质量评价结果的准确性。
[0085]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：

1.一种沉积物污染水平的综合评价方法，其特征在于，所述综合评价方法包括以下步骤：(1)确定监测断面，获取沉积物中重金属和多环芳烃的实测数据；(2)基于步骤(1)所得重金属的实测数据，计算重金属污染指数并进行分级，进而计算重金属综合污染指数；(3)结合多环芳烃沉积物质量标准法和步骤(1)所得多环芳烃的实测数据，对多环芳烃单体化合物进行评价并分级，进而计算多环芳烃综合污染指数；(4)结合步骤(2)所得重金属综合污染指数和步骤(3)所得多环芳烃综合污染指数，计算得到沉积物综合污染指数，即实现对沉积物污染水平的综合评价；其中，步骤(2)和(3)不分先后顺序。2.根据权利要求1所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(1)所述重金属包括砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌或汞中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述多环芳烃包括萘、苊、芴、菲、蒽、芘、苊烯、荧蒽、苯并[a]蒽、苯并[a]芘或二苯并[a,h]蒽中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(2)所述重金属污染指数的计算公式包括：式中，pi
i
为重金属i的污染指数；c
i
为重金属i的含量；c0为重金属背景值。4.根据权利要求3所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(2)所述分级的标准为：0<pi≤1，无污染；1<pi≤2，无至中度污染；2<pi≤3，中污染；3<pi≤4，中高污染；4<pi≤5，高污染。5.根据权利要求1-4任一项所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(2)所述重金属综合污染指数的计算公式包括：式中，hpi为重金属综合污染指数；n为重金属种类的总数；c
i
为重金属i的标准化值；w
i
为重金属i的权重。6.根据权利要求5所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(3)所述多环芳烃沉积物质量标准法将多环芳烃中每种单体化合物的浓度分为5个阈值，分别为：罕见效应、临界效应、偶然效应、可能效应和频繁效应。7.根据权利要求6所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(3)所述多环芳烃综合污染指数的计算公式包括：式中，papi为多环芳烃综合污染指数；n为多环芳烃单体化合物种类的总数；c
j
为单体化合物j的标准化值；w
j
为单体化合物j的权重。8.根据权利要求7所述的综合评价方法，其特征在于，公式(2)中重金属i的标准化值和
公式(3)中单体化合物j的标准化值的计算公式分别独立地包括：式中，c
i
为指标i的标准化值；t
i
为指标i的富集系数/浓度；s
i,k
和s
i,k+n
分别为指标i对应的第k类和第k+n类指标富集系数/浓度的分级阈值；i
i,k
为第k类指标富集系数/浓度的分级阈值对应的标准化值。9.根据权利要求1-8任一项所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(4)所述沉积物综合污染指数的计算公式包括：式中，spi为沉积物综合污染指数；n为沉积物种类的总数；c
i
和c
j
分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的标准化值；w
i
和w
j
分别对应地为沉积物中重金属i和多环芳烃单体化合物j的权重。10.根据权利要求9所述的综合评价方法，其特征在于，步骤(4)所述综合评价的标准为：0<spi≤20，很差；20<spi≤40，差；40<spi≤60，中等；60<spi≤80，好；80<spi≤100，优。

技术总结

本发明提供一种沉积物污染水平的综合评价方法，所述综合评价方法包括以下步骤：(1)确定监测断面，获取沉积物中重金属和多环芳烃的实测数据；(2)基于重金属的实测数据，计算重金属污染指数并进行分级，进而计算重金属综合污染指数；(3)结合多环芳烃沉积物质量标准法和多环芳烃的实测数据，对多环芳烃单体化合物进行评价并分级，进而计算多环芳烃综合污染指数；(4)结合重金属综合污染指数和多环芳烃综合污染指数，计算得到沉积物综合污染指数，即实现对沉积物污染水平的综合评价。本发明提供的综合评价方法将重金属和多环芳烃指标统一起来，明确了各指标污染物的权重和标准化数值，保证了沉积物质量评价结果的准确性。保证了沉积物质量评价结果的准确性。保证了沉积物质量评价结果的准确性。