一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104101622 A (43)申请公布日 2014.10.15 CN 104101622 A (21)申请号 201410330656.X (22)申请日 2014.07.11 G01N 27/06(2006.01) (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街 174 号 (72)发明人 付国楷 陆颂 张梦玲 吴越 石小凤 (74)专利代理机构 重庆博凯知识产权代理有限 公司 50212 代理人 李明 (54) 发明名称 一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法 (57) 摘要 本发明提供的降雨径流中营养盐浓度快速检 测的方法， 分析降雨径流训。

2、练样品中各营养盐浓 度与导电率之间的相关性， 并分别对其各营养盐 浓度与导电率之间进行回归关系分析， 得到降雨 径流训练样品中各营养盐浓度与导电率之间的回 归方程， 将待测试样品的导电率带入该回归方程 中， 得到待测试样品中各营养盐浓度， 将该营养盐 成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐 浓度检测的结果。本发明能够通过降雨径流中的 电导率检测降雨径流中的营养盐浓度， 且降雨径 流中的电导率容易检测， 操作简单。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 (10。

3、)申请公布号 CN 104101622 A CN 104101622 A 1/1 页 2 1. 一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 其特征在于， 首先在检测区域内多个 不同采样点位的降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品， 获取降雨径流训练样品中各 营养盐成分浓度与电导率之间的回归方程， 然后测量从该检测区域内实际降雨径流中获得 的待测试样品的电导率， 根据该回归方程和待测试样品的电导率求得待测试样品的各营养 盐成分浓度， 将该待测试样品的各营养盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐 浓度检测的结果。 2. 如权利要求 1 所述的降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 其特征在于，。

4、 包括以 下步骤 ： 1） 在检测区域的降雨持续时间内对降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品 ； 具 体为 ： 选择以下五个采样点位 ： 城乡结合部、 合流制排水体制的小区、 分流制排水体制的小 区、 老城合流制排水体制的主管道的中段和末端 ； 在降雨持续时间内， 在这五个点位的管 道连接处的检查井里进行采样， 得到降雨径流训练样品 ； 采样频率为 ： 在降雨开始 030min 时段内采样间隔为 2min， 30min60min 时段内采样间隔为 5min， 60min 之后采样间隔为 30min ； 2） 获取降雨径流训练样品中营养盐成分浓度和电导率， 所述营养盐成分包括氨氮、 总 氮和。

5、总磷 ； 氨氮的浓度根据标准 中华人民共和国国家环境保护标准 ： 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法 测得 ； 总氮的浓度根据标准 中华人民共和国国家环境保护标准 ： 水 质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 测得 ； 总磷的浓度根据标准 中华人民 共和国国家环境保护标准 ： 水质-总磷的测定GB11893-89 测得 ； 电导率利用便携式电导率 仪测得 ； 3） 采用 SPSS 软件分析降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关 性， 获得该降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间相关性的 spearman 秩相 关系数和 t 检验值 ； 4） 分别对降雨径流训练。

6、样品中各营养盐成分浓度与电导率之间进行回归关系分析， 分 别获得降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的回归方程 ； 5） 对该检测区域内任一位置的实际降雨径流进行采样， 得到待测试样品， 利用便携式 电导率仪测得待测试样品的电导率 ； 6） 将步骤5获得的待测试样品的导电率分别带入步骤4中获得的各营养盐成分浓度与 电导率之间的回归方程， 求取待测试样品的各营养盐成分浓度， 将该待测试样品的各营养 盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐浓度检测的结果。 权 利 要 求 书 CN 104101622 A 2 1/7 页 3 一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法 技术领域 0001。

7、 本发明涉及城市径流污染控制及水质指标快速检测技术领域， 属于水体污染控制 领域。 背景技术 0002 随着城市化节奏的加快， 道路、 屋顶等地区硬化面积逐渐增加， 下垫面性质和雨水 水质情况越来越复杂， 降雨冲刷地表沉积物产生携有大量污染物的径流进入水体， 对城市 水环境造成严重的危害， 使得对于城市径流控制不仅仅局限在防洪调蓄的问题上， 城市中 降雨产生的面源污染控制对于水体保护、 景观湖库等也将有重要的意义。 0003 针对目前城市径流污染的控制方法， 了解径流水质对于科学研究和径流污染的控 制工程是十分有必要的。由于受到诸多因素的影响， 城市径流的水质呈现出时间和空间上 变化特性， 同。

8、时径流中污染物的种类极为复杂， 难以捕捉其特定的规律。因此， 现有技术中 缺乏能够检测每场降雨中径流水质的方法。 发明内容 0004 针对现有技术中存在的上述不足， 本发明所解决的问题在于， 怎样提供一种能够 快速、 简单地检测每场降雨中降雨径流中营养盐浓度的方法， 解决现有技术中存在缺乏能 够检测每场降雨中径流水质方法的问题。 0005 为解决上述技术问题， 实现发明目的， 本发明采用的技术方案如下 ： 一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 其特征在于， 首先在检测区域内多个不 同采样点位的降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品， 获取降雨径流训练样品中各营 养盐成分浓度与电导率之间的。

9、回归方程， 然后测量从该检测区域内实际降雨径流中获得的 待测试样品的电导率， 根据该回归方程和待测试样品的电导率求得待测试样品的各营养盐 成分浓度， 将该待测试样品的各营养盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐浓 度检测的结果。 0006 上述降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 包括以下步骤 ： 1） 在检测区域的降雨持续时间内对降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品 ； 具 体为 ： 选择以下五个采样点位 ： 城乡结合部、 合流制排水体制的小区、 分流制排水体制的小 区、 老城合流制排水体制的主管道的中段和末端 ； 在降雨持续时间内， 在这五个点位的管 道连接处的检查井里进行采样，。

10、 得到降雨径流训练样品 ； 采样频率为 ： 在降雨开始 030min 时段内采样间隔为 2min， 30min60min 时段内采样间隔为 5min， 60min 之后采样间隔为 30min ； 2） 获取降雨径流训练样品中营养盐成分浓度和电导率， 所述营养盐成分包括氨氮、 总 氮和总磷 ； 氨氮的浓度根据标准 中华人民共和国国家环境保护标准 ： 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法 测得 ； 总氮的浓度根据标准 中华人民共和国国家环境保护标准 ： 水 质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 测得 ； 总磷的浓度根据标准 中华人民 说 明 书 CN 104101622 A 3 2/7 。

11、页 4 共和国国家环境保护标准 ： 水质-总磷的测定GB11893-89 测得 ； 电导率利用便携式电导率 仪测得 ； 3） 采用 SPSS 软件分析降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关 性， 获得该降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间相关性的 spearman 秩相 关系数和 t 检验值 ； 4） 分别对降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间进行回归关系分析， 分 别获得降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的回归方程 ； 5） 对该检测区域内任一位置的实际降雨径流进行采样， 得到待测试样品， 利用便携式 电导率仪测得待测试样品的电导率 ； 6） 将。

12、步骤5获得的待测试样品的导电率分别带入步骤4中获得的各营养盐成分浓度与 电导率之间的回归方程， 求取待测试样品的各营养盐成分浓度， 将该待测试样品的各营养 盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐浓度检测的结果。 0007 相比于现有技术， 本发明具有如下优点 ： 1、 本发明提供的降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 能够通过降雨径流中的电导 率检测降雨径流中的营养盐浓度， 且降雨径流中的电导率容易检测， 操作简单。 0008 2、 本发明提供的降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 设有多个采样点位， 能 够全面地反映出检测区域中不同地区对降雨径流的营养盐浓度的影响， 适用于检测检测区 。

13、域的不同地区内降雨径流的营养盐浓度。 附图说明 0009 图 1 为本发明降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法的流程图。 具体实施方式 0010 降雨径流中的营养盐成分主要包括 NH3-N、 TN 和 TP。NH3-N 是指雨水径流中氨氮的 指标浓度， TN 是指雨水径流中总氮的指标浓度， TP 是指雨水径流中总磷的指标浓度。 0011 一种降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 其特征在于， 首先在检测区域内多 个不同采样点位的降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品， 获取降雨径流训练样品中 各营养盐成分浓度与电导率之间的回归方程， 然后测量从该检测区域内实际降雨径流中获 得的待测试样品的电导。

14、率， 根据该回归方程和待测试样品的电导率求得待测试样品的各营 养盐成分浓度， 将该待测试样品的各营养盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养 盐浓度检测的结果。 0012 上述降雨径流中营养盐浓度快速检测的方法， 如图 1 所示， 包括以下步骤 ： 1） 在检测区域的降雨持续时间内对降雨径流进行采样， 得到降雨径流训练样品。 0013 收集气象资料， 了解某检测区域降雨的时间。 降雨前在采样点位蹲点守候， 在降雨 径流产生前， 雨水管道中的水量没有发生变化时开始取样。降雨径流是指降雨在重力作用 下沿地表或地下流动的水流。当降雨结束之后， 降雨径流量逐渐减少稳定之后， 停止采样， 以确保所采的。

15、降雨径流训练样品能够覆盖整场降雨。 0014 为了使本发明降雨径流中营养盐浓度检测方法能够适用于某检测区域的不同地 区， 在进行降雨径流的采样时， 应在该检测区域的不同地区设立多个采样点位， 这样能够全 说 明 书 CN 104101622 A 4 3/7 页 5 面地反映出地区差异对降雨径流的营养盐浓度的影响。采样点位在选择时， 应综合考虑地 理位置、 下垫面类型、 管网情况以及发展情况等因素。因此步骤 1 中， 选择以下五个采样点 位 ： 城乡结合部、 合流制排水体制的小区、 分流制排水体制的小区、 老城合流制排水体制的 主管道的中段和末端 ； 在降雨持续时间内， 在这五个点位的管道连接处。

16、的检查井里进行采 样， 得到降雨径流训练样品。 0015 城乡结合部是指兼具城市和乡村的土地利用性质的城市与乡村地区的过渡地带， 由于城乡结合部发展迅速， 发展过程中形成了几百个城中村。 其典型特点是人口聚集， 房屋 紧凑， 多使用渠道分散排水。该地区常驻人口约 10550 人， 占地 1.53 平方公里， 人口密度 为 6895 人 / 平方公里。合流制排水体制的小区是指采用合流制排水体制的小区， 合流制 排水体制是指雨水和生活污水、 工业废水汇集于同一沟管排泄的制度。该类小区一般都在 旧城区， 区域下垫面面积约 1.55ha， 且旧城人口密度大， 房屋多布置紧凑。分流制排水体制 是指污 （。

17、废） 水和雨水在两个或两个以上管渠排放的系统， 该地区下垫面面积约 40.5ha。通 过现场勘查发现， 基本没有雨污管道错接的情况。由于新城正在逐步建设完善中， 老城的 合流制系统依然发挥着重要的作用。 老城合流制排水体制的主管道的中段的服务面积约为 1.2km2， 其末端服务面积约为 3km2。可以看出， 这五个采样点位的选取覆盖了该市中老城、 新城以及过渡地带等地区， 能够全面地映出地区差异对降雨径流的营养盐浓度的影响。 0016 检查井用于城市地下基础设施的供电、 给水、 排水、 通讯、 有线电视、 煤气管、 路灯 线路等维修。在检查井里进行采样， 操作方便。 0017 另外， 为了采集。

18、到整场降雨中不同时刻的降雨径流， 所述步骤 1 中， 在降雨开始 030min 时段内采样间隔为 2min， 30min60min 时段内采样间隔为 5min， 60min 之后采样间 隔为30min。 这是由于雨水径流初期电导率和营养盐浓度变化较大， 因此需要采取较高的采 样频率 ； 而当径流冲刷地面达到一定的时间和强度之后， 营养盐浓度和电导率的变化较小， 因此采取较低的采样频率 ； 同时考虑采样和实验器材和条件等情况， 因此对于同一场雨的 不同降雨历时区间内采取了不同的采样频率， 这样既能达到研究目的， 也能减轻采样和实 验任务， 使得资源更加集约化。具体实施时， 如果降雨径流水质变化比。

19、较慢， 可以延长采样 间隔时间， 将采样频率更改为30min。 如果降雨结束后， 管道内降雨径流也没有太大变化， 可 减少采样次数， 根据整个降雨过程的径流大小再采集 2-4 个水样， 以确保采样时间段包含 了整个降雨径流过程。 在降雨径流的采样过程中， 为了研究连续降雨过程中径流水质变化， 可以连续多天对降雨径流进行采样。 0018 2） 获取降雨径流训练样品中营养盐成分浓度和电导率。 0019 径流样品中营养盐浓度中氨氮采用测定方法的依据是 中华人民共和国国家环境 保护标准 ： 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法 ； TN 的测定方法依据是 中华人民共和 国国家环境保护标准 ： 水质 总。

20、氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 ； TP 方法的依 据是 中华人民共和国国家环境保护标准 ： 水质 - 总磷的测定 GB11893-89 。 0020 对于所获取的每一场降雨产生的降雨径流训练样品之后， 利用便携式电导率仪 （DDB-303A） 对水样的电导率进行检测， 氨氮、 总氮和总磷实验测定方法见表 1 ： 表 1 雨水径流指标实验测定方法 说 明 书 CN 104101622 A 5 4/7 页 6 3） 分析降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关性。 0021 4） 分别对降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间进行回归关系分 析， 获得降雨径流训练样品。

21、中各营养盐成分浓度与电导率之间的回归方程。 0022 具体实施时， 可以将同一采样点位不同降雨场次的数据集合进行相关性分析， 如 果相关性不受降雨条件的影响， 说明在不同的降雨中， 都可以将电导率作为该采样点位地 区的快速监测指标。本发明能够通过降雨径流中的电导率检测降雨径流中的营养盐浓度， 且降雨径流中的电导率容易检测， 操作简单。 0023 5） 对该检测区域的实际降雨径流进行采样， 得到待测试样品， 利用便携式电导率 仪测得待测试样品的电导率 ； 6） 将步骤5获得的待测试样品的导电率带入步骤4中获得的各营养盐成分浓度与电导 率之间的回归方程， 求取待测试样品的各营养盐成分浓度， 将该待。

22、测试样品的各营养盐成 分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐浓度检测的结果。 0024 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述， 但本发明的实施方式不限 于此。 0025 实施例 ： 在某检测区域采样降雨场次共计 7 次， 定义城乡结合部为 1# 采样点位， 合流制排水体 制的小区为2#采样点位， 分流制排水体制的小区为3#采样点位， 老城合流制排水体制的主 说 明 书 CN 104101622 A 6 5/7 页 7 管道的中段为 4# 采样点位， 老城合流制排水体制的主管道的末端为 5# 采样点位。每场降 雨的降雨历时见表 2 ： 表 2 降雨历时表 表 3 为该检测区域降雨径流。

23、的采样情况 ： 表 3 降雨径流采样情况 选择降雨历时和降雨量最有区域代表性的 1# 的 2013-8-15 场次、 2#、 3#、 4# 的 2013-8-2 场次及 5# 的 2013-8-8 场次中采集到的降雨径流训练样品进行分析， 分析该降雨 径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关性， 得到表 4 中的数据。相关性分 析可采用 SPSS 软件分析降雨径流训练样品中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关性， 用 spearman 秩相关系数来衡量相关性强弱， 用 t 检验显著性。 0026 表 4 典型降雨事件中各营养盐成分浓度与电导率之间的相关性 说 明 书 CN 1041016。

24、22 A 7 6/7 页 8 表 4 中， rs为 spearman 秩相关系数， P 是指拒绝原假设两个变量存在单调关系的概率， 该值越小证明变量之间单调关系概率就越大。从表 4 中可以看出， 电导率和营养盐指标呈 显著相关， 所有采样点位的电导率和 NH3-N 的 spearman 秩相关系数均在 0.8 以上， 和 TN 的 spearman 秩相关系数均在 0.7 以上， 和 TP 的 spearman 秩相关系数均在 0.6 以上。且 P 值 均小于 0.01， 说明电导率和营养盐指标之间的单调性很好。 0027 将上述 1# 的 2013-8-15 场次、 2#、 3#、 4# 的。

25、 2013-8-2 场次及 5# 的 2013-8-8 场次 中采集到的降雨径流训练样品的数据分别进行回归分析， 得到降雨径流训练样品中各营养 盐浓度与电导率之间的一元线性回归方程， 回归分析采用 Excel 软件进行模拟， 模拟结果 见表 5 ： 表 5 该检测区域的回归方程 单位 ： y（S/cm） ； x（mg/L） ， 表 5 中， R2取值在 0 到 1 之间， 越接近 1， 表明方程中 X 对 Y 的解释能力越强。表 5 各个一元线性回归方程的 R2值均大于 0.7， 完全能够满足工程要 求。当往后需要预测降雨径流中营养盐浓度时， 可直接检测降雨径流的电导率， 利用表 5 中 的回。

26、归方程来得出降雨径流中营养盐浓度。 0028 为检验表 5 中获得的回归方程的正确性， 随机抽取降雨径流训练样品所测得的营 养盐浓度及电导率， 对其回归关系进行验证分析。经过回归关系 F 检验 （即方差齐性检验） ， 得到表 6 中的数据。其中， F0.95为置信度为 95% 的 F 值， F0.975为置信度为 97.5% 的 F 值， F0.99 为置信度为 99% 的 F 值。 0029 表 6 F 检验回归关系 说 明 书 CN 104101622 A 8 7/7 页 9 再对 NH3-N、 TN、 TP 与电导率之间的线性关系进行 t 检验 （即 Students t test） ，。

27、 得到 表 7 中的数据 . 其中， t0.95为置信度为 95% 的 t 值， t0.975为置信度为 97.5% 的 t 值， t0.99为 置信度为 99% 的 t 值。 0030 表 7 t 检验线性关系 同时对所检验的降雨径流训练样品的营养盐浓度进行分析， 结果为 ： 有 80% 的把 握， 降雨径流训练样品中 TN、 TP 和 NH3-N 浓度真实值 x1,x2,x3分别落在 （y1-9,y1+9） ， （y2-0.5,y2+0.5） ,（y3-4.4,y3+4.4） 区间当中， 其中 y1,y2,y3分别代表着由上述回归方程得 出的降雨径流训练样品中营养盐浓度的检测值。 0031。

28、 最后对该检测区域任一地区的实际降雨径流进行采样， 得到待测试样品， 利用便 携式电导率仪测得待测试样品的电导率 ； 将待测试样品的导电率带入表 5 中各营养盐成分 浓度与电导率之间的回归方程， 求取待测试样品的各营养盐成分浓度， 将该待测试样品的 各营养盐成分浓度作为该检测区域实际降雨径流中营养盐浓度检测的结果。 0032 通过以上的分析， 可知所得出的检测方法完全可以满足工程需求。 由此得出 ： 1、 在 该检测区域内， 城市降雨径流中的电导率与 NH3-N、 TP、 TN 的浓度具有较好的相关性。2、 可 以利用降雨径流训练样品中的电导率与营养盐浓度之间的线性回归方程来检测降雨径流 中营养盐浓度。 0033 最后说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围， 其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 104101622 A 9 1/1 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 104101622 A 10 。