本发明属于环境污染物防治技术领域，具体涉及一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法。该方法包括如下步骤：S1确定环境介质；S2选定待诊断污染物；S3对环境介质中污染物的浓度进行分析诊断；S4结论：对于环境介质中污染物浓度水平的结果进行分析总结；其中，S3具体包括如下操作：S3.1设定数据获取范围；S3.2确定数据采集规则；S3.3数据整理、合并、计算；S3.4数据抽样；S3.5污染水平评价。该方法将相同调查范围且调查目的相同的数据汇总，间接增加了调查频次以及调查样品数量，避免了因调查样品及数量少导致的存在抽样误差，提高了环境污染浓度水平分析的准确性，有助于管理者对于污染防治策略的制定。
1.一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：S1确定环境介质；S2选定待诊断污染物；S3对环境介质中污染物的浓度进行分析诊断；
S4结论：对于环境介质中污染物浓度水平的结果进行分析总结；
S3.1设定数据获取范围：基于中英文学术数据库和/或未公开发表但能够核查的数据，设定数据获取来源；
S3.3数据整理、合并、计算：根据研究目的对数据进行整理，包括但不限于最大值、最小值、均值和标准差；
通过点位加权均值法对采集到的符合条件的数据进行合并计算，求得待诊断污染物的点位数量加权均值Nmean和标准偏差SD；
S3.4数据抽样：依据正态分布的均值和标准差，或者依据矩形分布的最大值和最小值来抽取满足正态分布或矩形分布特征的数据；
S3.5污染水平评价：基于抽取到的数据从人类健康安全、生态风险健康和污染物累积特征中的至少一个方面对环境介质中污染物水平进行评价；
S3.3中所述的点位加权均值法的计算公式如下式(1)：Nmean为某污染物的点位数量加权均值，Ci为报道i中的污染物浓度，Ni为报道i中的点位数量；
对于收集资料，调查对象要有明确说明，且资料披露围绕调查对象展开；
对于明确的调查对象的资料，资料披露中要有明确的调查时间说明；
资料披露中要有明确的污染物浓度水平报道；包括但不局限于：均值、标准差、最大值和最小值；
用于获取的资料具有统一性规定的相关限定条件，包括但不局限于：调查资料中必须有均值和标准差两个参数报道；测试分析需采用特定仪器测量；S3.5中采用如下方法中的至少一种对污染物水平进行评价：①潜在生态风险评价方法
该评价方法利用沉积学原理评价重金属污染以及对生物的潜在影响的方法；其首先根据公式(1)(2)求得Eir和RI值；然后根据Eir和RI值确定潜在生态风险等级；其中，公式(1)(2)如下：Eir＝Tir×Cif＝Tir×Cis/Cin (1)RI为多种重金属综合潜在生态风险指数；Eir为重金属i的潜在生态风险系数；Tir为毒性系数；Cif为单一重金属污染指数；Cis为金属实测值；Cin为参比值，实测值和参比值单位均为mg/kg；
该评价方法是用于人为活动产生的重金属对土壤污染的评价，其首先计算求得地累积指数Igeo，然后根据Igeo大小确定污染程度；其中，Igeo的计算公式如下式(3)：其中Cn为元素n在底泥中的实测含量；Bn为黏质沉积岩中该元素的地球化学背景值或者采用当地无污染区域该元素含量作为背景值；
该方法用于评价沉积物中的重金属对水环境的影响，通过计算毒性单位TU来标准化由各种重金属引起的毒性大小，根据毒性单位TUi的总和ΣTU判断污染程度；
其中，TUi＝Ci/Pi，TU为实测浓度Ci与PEL值Pi的比值；毒性单位的总和ΣTU即TUi的总和。
2.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，所述中英文学术数据库包括中国知网数据库、万方数据库和Web of Science。
3.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，所述中英文学术数据库还包括其他期刊数据库；所述其他期刊数据库包括美国化学学会电子期刊全文数据库ACS、美国物理联合会AIP、剑桥期刊在线回溯库CJDA、学位论文集成发现系统试用版DDS、直达全文DOI、美国《工程索引》数据库EI、基本科学指标ESI、FirstSearch基本组数据库包、法学期刊全文数据库HeinOnline、斯坦福大学图书馆期刊数据库HighWire、港澳博硕优秀学术全文资源库HKMO、InCites数据库；电气电子工程师学会、电气工程师学会全文数据库IEL、美国国家医学图书馆MEDLINE、SpringerLink数据库、Wiley-blackwell数据库和世界科技期刊网WSN。
4.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，S3.3中所述标准偏差SD的计算公式如下：
其中，x为x1、x2...xn的均值；s为标准偏差。
5.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，所述待诊断污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质，并且在现行技术下可被监测分析的物质。
6.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，S1中所述环境介质是指自然环境中各个独立组成部分中所具有的物质，包括但不限于沉积物、土壤、岩石和生物体。
7.根据权利要求1所述的环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其特征在于，S3.4中抽取的数据数量为1000-100000个。
一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法
技术领域
[0001] 本发明属于环境污染物防治技术领域，具体涉及一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法。
背景技术
[0002] 经济快速发展促使我国各类污染事件频发，造成大气、水、土壤等环境介质不同的污染状况。准确把握环境介质污染物的种类和水平，是有效开展污染防治的基础和关键。目前，污染现状调查通常采用现场调查以及实验室分析的方式完成，该种方式下形成的调查数据是环境问题诊断不可或缺的方式之一。但是，从管理角度，由于野外调查人力物力投入较大；污染物种类繁多，对于实验室分析设备以及技术要求严格；而且，从调查到结果报道之间存在一定的时间周期。
[0003] 此外，不同的调查研究获得的污染状态水平存在一定的差异性。例如，在太湖沉积物重金属元素Cd报道中，杨陈等(2016)的研究均值浓度是杨辉等(2013)研究浓度的22倍；于佳佳等(2017)认为Hg为太湖潜在生态危害主要指标，方斌斌等(2017)，秦延文等(2012)研究认为Cd为主要生态风险因子。这种差异性的结论，不利于管理者对于湖泊沉积物重金属污染的认识，同时也增加了污染防治策略制定的难度。
[0004] 目前，我国对于环境调查监测主要依托高校及科研单位的科学研究项目，以及全国监测站等部门常规监测。上述研究结果的差异主要是由于污染物在环境介质中不均匀分布的特点导致，这就使得不同研究调查之间存在一定的抽样误差。即具有相同调查范围和目的的调查结果，仅仅反映了污染状态局部数据特征。
[0005] 增加调查频次以及调查样品数量是降低抽样误差的有效办法。因此，我们认为将具有相同调查范围且调查目的相同的数据汇总，也是增加调查频次以及调查样品数量的一种策略。该种策略的方法也有助于提高环境污染浓度水平的准确判断。
发明内容
[0006] 为了解决现有技术中的上述问题，本申请的发明目的在于提供一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法。通过该诊断方法提高环境污染的管理以及环境问题的诊断。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 一种环境介质污染物浓度水平的诊断方法，其包括如下步骤：
[0009] S1确定环境介质；S2选定待诊断污染物；S3对环境介质中污染物的浓度进行分析诊断；S4结论：对于环境介质中污染物浓度水平的结果进行分析总结；其中，S3具体包括如下操作：
[0010] S3.1设定数据获取范围：基于中英文学术数据库和/或未公开发表但能够核查的数据，设定数据获取来源；
[0011] S3.2确定数据采集规则；
[0012] S3.3数据整理、合并、计算：根据研究目的对数据进行整理，包括但不限于最大值、最小值、均值和标准差；
[0013] 通过点位加权均值法对采集到的符合条件的数据进行合并计算，求得待诊断污染物的点位数量加权均值Nmean和标准偏差SD；
[0014] S3.4数据抽样：依据正态分布的均值和标准差，或者依据矩形分布的最大值和最小值来抽取满足正态分布或矩形分布特征的数据；
[0015] S3.5污染水平评价：基于抽取到的数据从人类健康安全、生态风险健康和污染物累积特征中的至少一个方面对环境介质中污染物水平进行评价。
[0016] 优选地，所述中英文学术数据库包括中国知网数据库、万方数据库和Web ofScience。
[0017] 进一步优选地，所述中英文学术数据库还包括其他期刊数据库；所述其他期刊数据库包括美国化学学会电子期刊全文数据库ACS、美国物理联合会AIP、剑桥期刊在线回溯库CJDA、学位论文集成发现系统试用版DDS、直达全文DOI、美国《工程索引》数据库EI、基本科学指标ESI、FirstSearch基本组数据库包、法学期刊全文数据库HeinOnline、斯坦福大学图书馆期刊数据库HighWire、港澳博硕优秀学术全文资源库HKMO、InCites数据库；电气电子工程师学会、电气工程师学会全文数据库IEL、美国国家医学图书馆MEDLINE、SpringerLink数据库、Wiley-blackwell数据库和世界科技期刊网WSN。
[0018] 进一步优选地，所述未公开发表但能够核查的数据来自高校、科研单位以及政府监测站通过实验、自动监测设备获得的实测数据；通过购买、合作、共享等方式获得相关数据。
[0019] S3.3数据整理、合并、计算
[0020] 在实际调查中，单项调查点位数量越多，所得到的污染物监测结果代表性越大。因此，污染物的基本调查结果须采用点位数进行加权平均值计算才能合理代表综合调查结论。
[0021] 优选地，所述的点位加权均值法的计算公式如下式(1)：
[0022]
[0023] Nmean为某污染物的点位数量加权均值，Ci为报道i中的污染物浓度，Ni为报道i中的点位数量。
[0024] 优选地，步骤S3.3对数据合并计算之前先对数据进行整理，形成表格，其中m为符合筛选规则的资料条数，n为资料中披露的污染物种类；所述表格格式如下表1：
[0025] 表1
[0026]
[0027] 优选地，S3.2确定数据采集规则具体包括如下内容：
[0028] S3.2.1明确调查对象
[0029] 对于收集资料，调查对象要有明确说明，且资料披露围绕调查对象展开；
[0030] S3.2.2确定调查时间
[0031] 对于明确的调查对象的资料，资料披露中要有明确的调查时间说明；例如：
[0032] 年，年月，年季度，年月日等；
[0033] S3.2.3确定调查污染物种类
[0034] 资料披露中要有明确的污染物浓度水平报道；包括但不局限于：均值、标准差、最大值和最小值；
[0035] S3.2.4其它限定条件
[0036] 用于获取的资料具有统一性规定的相关限定条件，包括但不局限于：调查资料中必须有均值和标准差两个参数报道；测试分析需采用特定仪器测量。
[0037] 对于步骤S3.5，根据研究目的，选择相应的评价方法，如需要考察污染物[0038] 对生态风险健康的影响，则采用潜在生态风险评价方法进行评价。
[0039] 若需要考察污染物累积情况，则需对应采用方法地累积评价方法进行评价。评价方法包含以上几种但不局限于这几种。
[0040] 优选地，S3.5中采用如下方法中的至少一种对污染物水平进行评价：
[0041] ①潜在生态风险评价方法
[0042] 潜在生态风险指数法是1980年Hakanson提出利用沉积学原理评价重金属污染以及对生物的潜在影响的方法[1]。
[0043] 其首先根据公式(1)(2)求得Eir和RI值；然后根据Eir和RI值确定潜在生态风险等级；其中，
[0044] 公式(1)(2)如下：
[0045]
[0046]
[0047] RI为多种重金属综合潜在生态风险指数；Eir为重金属i的潜在生态风险系数；Tir为毒性系数； 为单一重金属污染指数；Cis为金属实测值；Cin为参比值，实测值和参比值单位均为mg/kg；
[0048] 其中，常见重金属的毒性系数Tir如表2所示，
[0049] 根据Eir和RI值确定潜在生态风险等级的对照表如表3所示；
[0050] 表2常见重金属的毒性系数(Tir)
[0051]
[0052] 表3潜在生态风险评价对照表
[0053]
[0054] ②地累积评价方法
[0055] 地累积指数法是德国海德堡大学底泥研究所的科学家Muller在1969年提出专门[2]研究水环境底泥中重金属污染程度定量指标的方法 ，近年来被国内外的学者专家广泛用于人为活动产生的重金属对土壤污染的评价。
[0056] 该方法首先计算求得地累积指数Igeo，然后根据Igeo大小确定污染程度；其中，Igeo的计算公式如下式(3)：
[0057]
[0058] 其中Cn为元素n在底泥中的实测含量；Bn为黏质沉积岩(普通页岩)中该元素的地球化学背景值或者采用当地无污染区域该元素含量作为背景值；
[0059] 其中，沉积页岩中各重金属元素的地球化学背景值如表4所示，
[0060] 重金属地积累分级与污染程度关系[3]如下表5所示，
[0061] 表3沉积页岩中各重金属元素的地球化学背景值
[0062]
[0063] 注：数据来自《中国土壤元素背景值》
[0064] 表5重金属地积累分级与污染程度关系[3]
[0065]
[0066] ③毒性单元法
[0067] 该方法用于评价沉积物中的重金属对水环境的影响，通过计算毒性单位TU来标准化由各种重金属引起的毒性大小，根据毒性单位TUi的总和ΣTU判断污染程度；
[0068] 其中，TUi＝Ci/Pi，TU为实测浓度Ci与PEL值Pi的比值；毒性单位的总和ΣTU即TUi的总和；
[0069] 根据Petersen(1998)的研究，不同污染水平的毒性分类如下表6：
[0070] 表6重金属毒性水平分类
[0071]
[0072] 优选地，S3.3中所述标准偏差SD的计算公式如下：
[0073] s2＝[(x1-x)2+...(xn-x)2]/n
[0074] s＝sqrt(s2)
[0075] 其中，x为代表x1，x2，…xn的均值；s为标准偏差。
[0076] 优选地，S2中所述待诊断污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质，并且在现行技术下可被监测分析的物质。
[0077] 优选地，S1中所述环境介质是指自然环境中各个独立组成部分中所具有的物质，包括但不限于沉积物、土壤、岩石和生物体。
[0078] 优选地，S3.4中抽取的数据数量为1000-100000个。
[0079] 参考文献：
[0080] [1] L.An ecological risk index for aquatic pollution control:a sediment ecological approach[J].Water Research,1980,14(8):975-1001.[0081] [2]Muller G.Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River[J].Geojournal,1969,2:108-118.
[0082] [3]Pedersen,F., E.,Andersen,H.V., J.,Poll,C.1998.Characterization of sediments from Copenhagen Harbour by use of biotests.Water Science and Technology,37(6-7),233-240.
[0083] [4]Niu,Y.,Jiao,W.,Yu,H.,Niu,Y.,Pang,Y.,Xu,X.,Guo,X.2015a.Spatial evaluation of heavy metals concentrations in the surface sediment of Taihu Lake.International journal of environmental research and public health,12(12),15028-15039.
[0084] 与现有技术相比，本发明提供的针对环境介质污染物浓度水平的诊断方法具有如下有益效果：
[0085] (1)该方法将相同调查范围且调查目的相同的数据汇总，间接增加了调查频次以及调查样品数量，避免了因调查样品及数量少导致的存在抽样误差，提高了环境污染浓度水平分析的准确性。
[0086] (2)该方法采用定量的方式描述研究目标环境介质污染状态，定量化的管理有助于提高环境污染的管理水精细化水平。此外，定量化的环境介质污染水平诊断结果也将有助于环境改善效果的对比及评价。
[0087] (3)该方法分析结果具有是科学客观系统计算方法，最大程度上克服了实地调查过程中由随机误差导致的结果判定的不确定性。能够给管理者更客观全面且结果统一的环境介质污染水平诊断结果，有助于管理者对于污染防治策略的制定。
[0088] (4)相比于通过调查监测手段获得的环境介质污染水平来说，该方法体系具有成本低、结论全面客观等优势。
具体实施方式
[0089] 为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0090] 实施例1
[0091] 问题提出：太湖沉积物重金属污染水平。
[0092] S1确定环境介质：太湖沉积物；
[0093] S2选定待诊断污染物：重金属，Cu，Zn,Pb,Ni,Cr,Cd,As,Hg；
[0094] S3对环境介质中污染物的浓度进行分析诊断；
[0095] S3.1设定数据获取范围：
[0096] 中国知网数据库、万方数据库、Web of Science、其他未公开发表数据库包括国家自动监测站数据，实验室分析数据；此外，未被公开数据库收录的资源包括未签订中国知网协议的高校数据库、中科院中科院文献数据库)
[0097] S3.2确定数据采集规则：
[0098] 1)调查以全太湖尺度开展；
[0099] 2)数据采集时间范围：2000年1月---2018年12月；
[0100] 3)具有调查点位和数量明确可变；
[0101] 4)具有量化的重金属浓度报道；
[0102] S3.3数据整理、合并、计算
[0103] 1)数据整理
[0104] 根据资料规则收集符合条件的资料的均值进行整理，并形成表格。m为符合筛选规则的资料条数。n为资料中披露的污染物种类。整理结果如下表7。
[0105] 表7
[0106]
[0107] 2)数据合并计算
[0108] 根据Nmean和SD计算公式，数据合并计算结果如下：
[0109]
[0110]
[0111] 3.4数据抽样
[0112] 合并后数据分布特征如下：
[0113] Cu Zn Pb Ni Cr Cd As HgNmean 29.36 64.15 35.02 27.58 64.76 0.42 7.77 0.06
SD 17.61 33.81 22.68 11.93 25.86 0.53 4.76 0.09
[0114] 随机抽样获取各个元素的数据集：
[0115] 例如：抽取1000个Cu元素浓度数据，符合均值为29.36，SD为17.61正态分布数。随机抽样获取数据时，依据正太分布的均值和标准差来抽取符合正太分布或矩形分布特征的数据，抽取方法可采用本领域常规方法进行抽取，例如借助EXCEL表格或人工书写的方式。
[0116] 其他元素采用同样方法，且部分抽样数据(各数据的含义是指浓度，单位为mg/kg)如下：
[0117]
[0118]
[0119] S3.5污染水平评价：基于抽取到的数据从人类健康安全、生态风险健康、污染物累积特征三个方面对环境介质中污染物特征进行评价。分别采用潜在生态风险评价方法，地累积评价方法，毒性单元法进行评价。
[0120] 计算公式参考以及分类标准参考具体方法如下：
[0121] 采用3.6污染水平评价方法计算后结果，通过表3，表5和表6的分类标准。分别统计不同分类区间内结果数量和比例。
[0122] (1)潜在生态风险评价评价结果汇总：
[0123]
[0124] (2)地累积评价结果分类汇总
[0125]
[0126]
[0127] (3)毒性单元评价结果分类汇总
[0128]
[0129] S4结论：对于环境介质中污染物浓度水平的结果进行分析总结
[0130] (1)基于抽样计算潜在生态风险评价结果显示，51.5％的概率太湖沉积物重金属污染水平处在较高潜在生态风险。8中重金属元素中Cd潜在生态风险贡献最大，32.7％的概率处在高、极高潜在生态风险等级。
[0131] (2)基于抽样计算地累积指数评价结果显示，Cd是污染最为严重的元素，有53.6％概率达到中-重污染水平(34.9％)和重污染水平(18.7％)。其次，Pb和Hg分别有1.9％和11.7％达到中污染程度。
[0132] (3)基于抽样计算毒性单元评价结果显示，有68.3％累积概率处于低毒性水平，26.1％的累积概率处于中度毒性水平，5.6％积累概率处于重度毒性水平。太湖沉积物总毒性主要贡献元素及比重分别为：Pb(32％)，Cr(24％)，As(15％)。
[0133] 以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
