一种水质检测分析系统及水质检测分析方法

技术领域

本发明属于水质检测技术领域，具体是一种水质检测分析系统及水质检测分析方法。

背景技术

水质监测是环境监测工作中的主要工作之一，是准确、及时、全面地反映水质现状及发展趋势，为水环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据，对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面起着至关重要的作用。

我国河流资源丰富，对于河流中动态水的水质检测与其他静态水的水质检测有所不同，由于河流中的水体处于实时变化的状态，且河流中水体的距离跨度较大，因此对水质的检测难度相较于静态水的水质检测更大，对于水质的污染源头、污染对水质的影响更是难以准确检测。

中国专利文献CN116973527A记载了一种基于大数据的水质环境检测方法及系统，通过污染物在河流中的实际扩散速率以及河流中各检测区段的实际流速获取污染物的静水扩散速率，并根据静水扩散速率对污染物的可能种类进行预测，从而有效缩减巡查范围。

上述发明的技术方案在实施的过程中侧重于对污染物的来源位置进行预测，从而缩小确定污染物来源位置的时间；但是，污染物对河流水质的影响情况却难以准确获取，且对于需要测定的污染物需要预先在静水中进行扩散速率的采集，污染物的扩散速率受到环境多方面影响，难以基于扩散速率对污染物位置进行准确预测，且若出现的污染物在静水中的扩散速率未进行采集，则难以高效的进行检测，导致最终水质的检测结果易出现误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种水质检测分析系统及水质检测分析方法，解决获取的污染物来源位置不够准确以及难以获取污染物对水质影响情况的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水质检测分析系统，包括若干沿河道布置的水质检测模块和物理检测模块，以及数据汇聚模块、数据分析模块和结果输出模块；

水质检测模块用于持续对覆盖范围内的水质参数进行检测，输出水质参数数据；

物理检测模块用于持续对覆盖范围内的水物理参数进行检测，输出水物理参数数据；

数据汇聚模块用于收集各水质检测模块和物理检测模块检测的水质参数数据和水物理参数数据，并获取各水质检测模块和物理检测模块的位置信息；

数据分析模块用于持续获取水质参数数据和水物理参数数据，并分析水质参数是否异常，获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块的位置，并获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块以及其下游的水质检测模块处的水质污染范围；

结果输出模块用于根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块的位置输出污染物来源位置范围，并根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块以及其下游的水质检测模块处的水质污染范围输出污染扩散速率。

进一步，数据分析模块用于将首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块定义为主检测模块，并依次获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块下游的水质检测模块能否检测到与主检测模块同样的污染物，将能够检测到同样的污染物的水质检测模块定义为次检测模块；

记录主检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与主检测模块相邻的物理检测模块检测的水物理参数数据输出第一污染范围，记录次检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与次检测模块相邻的物理检测模块采集的水物理参数数据输出第二污染范围；

结果输出模块用于对比第一污染范围和第二污染范围，结合主检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间和次检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间，输出污染扩散速率。

进一步，水质检测模块用于持续对覆盖范围内不同深度的水质参数进行检测；

数据分析模块用于基于水物理参数数据，对比主检测模块和次检测模块能够检测到异常水质参数数据的深度，对第一污染范围和第二污染范围进行修正。

进一步，数据分析模块用于当出现异常水质参数数据时，获取异常的水质参数数据来源的水质检测模块以及该水质检测模块的位置，对比各异常水质参数数据的异常类型，并根据河流的流向将同样异常类型且位于最上游的水质检测模块定义为首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块。

进一步，数据分析模块用于获取第一污染范围，根据污染扩散速率，计算污染物已扩散时间，并根据水物理参数数据计算污染物来源位置与主检测模块之间的距离，输出污染物来源位置。

进一步，水质参数数据包括水的溶解氧、水的温度、水的电导率、水的pH和水的浊度。

进一步，水物理参数数据包括水的深度、水的流速和河流表面图像。

进一步，水质检测模块和物理检测模块位置和数量一一对应设置。

一种水质检测分析方法，包括如下步骤：

S1：沿河道布置若干水质检测模块和物理检测模块；

S2：通过水质检测模块持续对覆盖范围内的水质参数进行检测，输出水质参数数据；

S3：通过物理检测模块持续对覆盖范围内的水物理参数进行检测，输出水物理参数数据；

S4：收集各水质检测模块和物理检测模块检测的水质参数数据和水物理参数数据，并获取各水质检测模块和物理检测模块的位置信息；

S5：持续获取水质参数数据和水物理参数数据，并分析水质参数是否异常，获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块的位置，并获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块以及其下游的水质检测模块处的水质污染范围；

S6：根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块的位置输出污染物来源位置范围，并根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块以及其下游的水质检测模块处的水质污染范围输出污染扩散速率。

进一步，S5和S6具体包括：

S101：将首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块定义为主检测模块，并依次获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块下游的水质检测模块能否检测到与主检测模块同样的污染物，将能够检测到同样的污染物的水质检测模块定义为次检测模块；

S102：记录主检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与主检测模块相邻的物理检测模块检测的水物理参数数据输出第一污染范围；

S103：记录次检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与次检测模块相邻的物理检测模块采集的水物理参数数据输出第二污染范围；

S104：对比第一污染范围和第二污染范围，结合主检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间和次检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间，输出污染扩散速率。

采用上述方案有以下有益效果：

1、本发明，通过沿河道设置多个检测点位进行水质参数数据和水物理参数数据采集，实现对河道内水的溶解氧、温度、电导率、pH、浊度、水的深度和流速等基础数据进行检测，基于出现异常水质参数数据的点位位置区间，对污染源的位置进行初步判定；基于水的流速以及检测点持续检测到异常水质参数数据的时间，计算污染范围在相邻检测点位之间的变化，从而获取到污染物的污染扩散速率，从而获取到污染物对水质的影响情况。

相较于现有技术，无需提前检测污染物在静态水中的扩散速率，能够在污染物出现时即初步获取污染源位置，且能够基于污染物对水质的影响情况，便于及时的指定治理方案，对河流水质的污染进行精确治理。

2、本发明，基于获取的污染物的污染扩散速率，以及水的流速，测算污染源位置与相邻的检测点位之间的距离，从而获取到污染源具体位置，相较于现有技术，能够更加高效准确的获取污染源的具体位置，便于对河流污染源进行精准治理。

3、本发明，通过多个点位检测，在河流中污染物进入河流初期，与污染物排放点相邻的检测点既能够检测到污染物的出现，并通过多个相邻的检测点记录污染物在河流水中的扩散情况，有助于识别污染源、评估污染的程度和影响范围，为制定环境管理政策和采取改善措施提供基础数据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明水质检测分析系统实施例的结构示意图；

图2为本发明水质检测分析方法实施例的流程图；

图3为本发明水质检测分析方法实施例的污染扩散速率获取流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：水质检测模块1、物理检测模块2、数据汇聚模块3、数据分析模块4、结果输出模块5。

实施例1

如附图1所示：一种水质检测分析系统，包括若干沿河道布置的水质检测模块1和物理检测模块2，以及数据汇聚模块3、数据分析模块4和结果输出模块5。在本实施例中，水质检测模块1包括用于检测水的溶解氧、水的温度、水的电导率、水的pH和水的浊度的检测单元，采用在线实时监测的方式进行上述各参数的检测。其中，水的溶解氧为溶解在水中的氧气量，可通过溶解氧传感器进行检测；水的温度为水分子平均能量的量度，可通过温度传感器进行检测；水的电导率通过电导率仪进行检测；水的pH通过在线pH检测仪进行检测；水的浊度通过浊度传感器进行检测。

物理检测模块2包括用于检测水的深度、水的流速和河流表面图像的检测单元，水的深度通过光学液位传感器进行检测；水的流速通过水流传感器进行检测；河流表面图像通过图像采集设备在水面上方进行图像采集。

优选的，将水质检测模块1和物理检测模块2的位置和数量一一对应设置，确保水质检测模块1和物理检测模块2检测到的数据一一对应。

水质检测模块1用于持续对覆盖范围内的水质参数进行检测，输出水质参数数据，水质参数数据包括水的溶解氧、水的温度、水的电导率、水的pH和水的浊度。

物理检测模块2用于持续对覆盖范围内的水物理参数进行检测，输出水物理参数数据，水物理参数数据包括水的深度、水的流速和河流表面图像。

数据汇聚模块3用于收集各水质检测模块1和物理检测模块2检测的水质参数数据和水物理参数数据，并获取各水质检测模块1和物理检测模块2的位置信息；数据汇聚模块3可以是服务器，服务器与各水质检测模块1和物理检测模块2信号连接，可采用有线或者无线连接的方式实现信号连接，各水质检测模块1和物理检测模块2将检测的水质参数数据和水物理参数数据进行收集，同时记录各条水质参数数据和水物理参数数据的来源。

数据分析模块4用于持续获取水质参数数据和水物理参数数据，并分析水质参数是否异常，获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1的位置，并获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1以及其下游的水质检测模块1处的水质污染范围。

数据分析模块4具体用于当出现异常水质参数数据时，获取异常的水质参数数据来源的水质检测模块1以及该水质检测模块1的位置，对比各异常水质参数数据的异常类型，并根据河流的流向将同样异常类型且位于最上游的水质检测模块1定义为首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1。

结果输出模块5用于根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1的位置输出污染物来源位置范围，并根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1以及其下游的水质检测模块1处的水质污染范围输出污染扩散速率。

具体的，数据分析模块4用于将首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1定义为主检测模块，并依次获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1下游的水质检测模块1能否检测到与主检测模块同样的污染物，将能够检测到同样的污染物的水质检测模块1定义为次检测模块。

记录主检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间T

结果输出模块5用于对比第一污染范围和第二污染范围，结合主检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间t

式中，v为污染扩散速率。

为了进一步提升输出的污染扩散速率准确性，水质检测模块1还用于持续对覆盖范围内不同深度的水质参数进行检测；数据分析模块4用于基于水物理参数数据，对比主检测模块和次检测模块能够检测到异常水质参数数据的深度，对第一污染范围和第二污染范围进行修正。

数据分析模块4用于获取第一污染范围，根据污染扩散速率，计算污染物已扩散时间，并根据水物理参数数据计算污染物来源位置与主检测模块之间的距离，输出污染物来源位置。

综合上述，能够快速的输出污染扩散速率和污染物来源位置，便于及时有效的针对河流中的污染物进行精确合理的治理。

实施例2

如附图2-3所示，一种水质检测分析方法，该方法适用于实施例1中的水质检测分析系统，包括如下步骤：

S1：沿河道布置若干水质检测模块1和物理检测模块2；

S2：通过水质检测模块1持续对覆盖范围内的水质参数进行检测，输出水质参数数据；

S3：通过物理检测模块2持续对覆盖范围内的水物理参数进行检测，输出水物理参数数据；

S4：收集各水质检测模块1和物理检测模块2检测的水质参数数据和水物理参数数据，并获取各水质检测模块1和物理检测模块2的位置信息；

S5：持续获取水质参数数据和水物理参数数据，并分析水质参数是否异常，获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1的位置，并获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1以及其下游的水质检测模块1处的水质污染范围；

S6：根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1的位置输出污染物来源位置范围，并根据首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1以及其下游的水质检测模块1处的水质污染范围输出污染扩散速率。

S5和S6具体包括：

S101：将首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1定义为主检测模块，并依次获取首个检测到异常水质参数数据的水质检测模块1下游的水质检测模块1能否检测到与主检测模块同样的污染物，将能够检测到同样的污染物的水质检测模块1定义为次检测模块；

S102：记录主检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与主检测模块相邻的物理检测模块2检测的水物理参数数据输出第一污染范围；

S103：记录次检测模块检测到异常水质参数数据的持续时间，结合与次检测模块相邻的物理检测模块2采集的水物理参数数据输出第二污染范围；

S104：对比第一污染范围和第二污染范围，结合主检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间和次检测模块检测到异常水质参数数据的结束时间，输出污染扩散速率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。