本技术涉及水质监测，特别是涉及一种适用于长期户外工作、无需人工操作的地下水有机污染物原位监测方法及系统。
背景技术：
1、随着世界人口的增长及工农业生产的发展，用水量也在日益增长。同时由于人类的生产和生活，导致地表、地下水体的污染，水质恶化，使有限的水资源更加的紧张，在水资源如此紧缺的情况下，水质测量意义非凡。其中，水质测量是指对水中的化学物质、悬浮物、底泥和水生态系统进行统一的定时或不定时的检测，测定水中污染物的种类、浓度及变化趋势，评价水质状况等工作。
2、传统的地下水特征有机污染物监测需要人工定期取样,再将样品运送到实验室进行分析检测。这种方式存在诸多不足,如工作量大、成本高昂、检测延迟等。另一方面,虽然也有将分析仪器安装在现场的做法,但多数仪器需要可靠电源和人工操作维护,难以长期置于户外恶劣环境中工作。
3、现有技术中水质监测的方法如专利申请201711408003.9公开了一种地下水在线监测、代表性水样采集一体化自控装置及其控制方法，涉及地下水监测、水样采集技术领域。本发明包括设于地面上的控制操作站、代表性水样判断采集系统和与控制操作站用绳索连接且置于井内地下水水位下的在线原位监测系统；代表性水样判断采集系统通过水管与位于地下水水位下的抽水泵连接；水泵通过水管与滞水收集器、水样收集器连接，代表性水样判断采集系统的在线光谱水质监测仪二和常规参数水质分析仪二用于监测、分析滞水收集器、水样收集器内的水。然而该专利申请为了确保所监测为含水层新鲜水样，需要挖一定深度的水，才能对水样进行多点采样，是实际使用过程中并不适用。
4、专利申请202210005589.9公开了一种土壤中voc气体原位监测设备和方法，涉及挥发性有机物污染土壤及地下水治理技术领域，原位监测杆组包括由上至下依次连接的监测杆和探头，监测杆的侧壁具有监测孔，探头的侧壁具有抽气孔；监测孔与监测管道连通，监测管道上设有抽出影响范围监测组件，抽气孔、气体检测装置和气泵通过抽气管道依次连通，气泵的出口分别与尾气管道和气体收集装置连通；控制模块分别与抽出影响范围监测组件、气体检测装置和气泵通讯连接。该专利申请虽然能够对土壤中的特征有机污染物气体进行原位连续监测，但是监测方式是通过对气样品的采集，而气体的排放仅仅是特征有机污染物的一种方式，因此存在监测不太准确的问题，难以适用于地下水的特征有机污染物监测。
5、因此，亟需改进。
技术实现思路
1、基于此，因此本发明的首要目地是提供一种地下水户外原位特征有机污染物监测方法及系统，该方法及系统能够通过将探头实时进行地下水户外原位特征有机污染物监测，提高水质测量的精确度，避免时测量时带来的误差较大的问题。
2、本发明的另一个目地在于提供一种地下水户外原位特征有机污染物监测方法及系统，该方法及系统通过将探头原位置入水井内即可,可以实时、准确获取地下水特征有机污染物浓度数据，无需人工操作维护,可适应长期户外工作，方便实用。
3、本发明的又一个目地在于提供一种地下水户外原位特征有机污染物监测方法及系统，该方法及系统通过太阳能供电,运行成本低廉；检测数据经无线方式传输,方便远程监控。
4、为实现上述目的，本发明的技术方案为：
5、一种地下水户外原位特征有机污染物监测系统，所述系统主要包括:特征有机污染物监测探头、电源模块和数据采集模块、传输模块。
6、特征有机污染物监测探头设置于地下水监测井内,用于原位检测地下水中特征有机污染物的浓度，所述特征有机污染物监测探头采用耐高压密封舱设计，将信号板及光学元件布置其中，通过荧光微型高效激发与高通量收集光学系统对水中有机物进行检测，可更好的对监测因子进行测试，并输出检测信号，并将数据传输至管理平台；
7、数据采集传输模块连接特征有机污染物监测探头，获取其检测数值(计算算法位于探头内部),其中，数据采集传输模块包括数据采集模块和传输模块接，传输模块接收来自数据采集模块的数字化数据，并利用无线传输技术，如4g/5g网络，将数据安全、高效地发送至远程监控终端；
8、电源模块驱动数据采集传输模块及特征有机污染物监测探头。
9、进一步，所述特征有机污染物监测探头由外壳体、特征有机污染物传感器、信号处理电路和数据线组成；外壳体由耐腐蚀材料制成，其下部安装有多个特征有机污染物传感器，用于检测地下水中不同种类特征有机污染物分子的浓度，特征有机污染物传感器输出的原始信号由信号处理电路进行放大、滤波等处理,获得数字化数据后通过数据线输出。
10、进一步，所述系统还可以包括有太阳能电池板或蓄电池，以为系统提供持续的动力。
11、进一步，通常情况下电源模块安装于井口附近，以能够利用现有的太阳能电池板或蓄电池为整个系统供电。
12、本发明监测系统通过将探头原位置入水井内,可以实时、准确获取地下水特征有机污染物浓度数据，由于无需人工操作维护,可适应长期户外工作。
13、且能够通过太阳能或蓄电池供电，运行成本低廉；检测数据经无线方式传输,方便远程监控。
14、本发明还提供一种地下水户外原位特征有机污染物监测方法，所述方法包括如下步骤：
15、步骤1，特征有机污染物监测探头采集地下水数据；
16、所述地下水数据包括中不同种类特征有机污染物分子的浓度。
17、所述特征有机污染物分子的浓度的采集是通过如下算法实现的：
18、使用线性回归或其他适当的统计方法，根据标准溶液的荧光强度和浓度数据建立校准曲线，公式为：
19、i＝k·c+b
20、其中：i是荧光强度，c是特征有机污染物的浓度，k是比例常数，b是截距。
21、具体实施步骤如下：
22、101，测量样品的荧光强度；
23、102，使用线性回归方法建立校准曲线；
24、103，使用校准曲线计算样品浓度。
25、步骤2，特征有机污染物监测探头将采集到的地下水数据打包采用modbus协议以485或232通讯方式发送给数据采集传输模块；
26、步骤3，数据采集传输模块将收集到的地下水中不同种类特征有机污染物分子的浓度传输给远程监控终端。
27、进一步，所述步骤103中，对于地下水中特征有机污染物浓度的计算算法设置在特征有机污染物监测探头1内部，该算法不仅考虑了荧光强度数据，还综合了温度、ph值、溶解氧、电导率、浊度、压力、总有机碳等多种环境因素的影响，以提高测量的精确度和可靠性，具体如下：
28、1)修正的stern-volmer方程：考虑了静态和动态猝灭效应，可以更准确地描述荧光强度与特征有机污染物浓度之间的关系，拟合修正的stern-volmer方程为：
29、公式：i＝i0/(1+k*f*[q])
30、其中，i是观察到的荧光强度，i0是无猝灭时的荧光强度，k是stern-volmer常数，f是可接近荧光团分数，[q]是猝灭剂(即特征有机污染物)的浓度；
31、2)温度校正：使用arrhenius方程来校正温度对反应速率的影响。这对于确保在不同温度条件下测量的一致性至关重要，公式如下：
32、校正因子：exp((ea/r)*(1/t0-1/t))
33、其中，ea是活化能，r是气体常数，t0是标准温度，t是实际温度；
34、3)ph校正：基于henderson-hasselbalch方程的变体，考虑了ph对某些特征有机污染物解离状态的影响，公式如下：
35、pka＝校正因子*假设的pka值
36、校正因子：1/(1+10^(ph-pka))其中，pka是酸解离常数。
37、4)溶解氧校正：使用指数衰减模型来模拟溶解氧对某些特征有机污染物氧化的影响是，公式如下：
38、校正因子：1-exp(-do/5)
39、其中，do是溶解氧浓度。
40、5)电导率校正：采用多项式拟合来考虑水中离子强度对荧光的影响。
41、校正因子：1+0.001*conductivity-0.000001*conductivity^2
42、6)浊度校正：基于beer-lambert定律的变体，考虑了散射和吸收效应。
43、校正因子：exp(-0.01*turbidity)
44、7)压力校正：使用线性模型来考虑压力对特征有机污染物溶解度的影响。
45、校正因子：pressure/standard_pressure
46、8)总有机碳(toc)干扰校正：考虑了其他有机物对测量的干扰。
47、校正因子：1/(1+0.01*total_organic_carbon)
48、9)光谱干扰校正：基于激发-发射矩阵，考虑了不同波长的相互影响。
49、校正因子：1/mean(emission_excitation_matrix)
50、10)非线性响应校正：使用多项式拟合来模拟高浓度下的非线性效应。
51、校正因子：1+0.1*concentration-0.001*concentration^2
52、11)不确定度估计：提供测量结果的可信区间，假设为10％的相对不确定度。
53、通过综合考虑这些因素，该算法能够显著提高特征有机污染物浓度测量的精确度和可靠性。它不仅考虑了直接影响测量的因素，还包括了可能的干扰源和非线性效应。这种复杂的算法可以帮助研究人员更准确地评估地下水中的特征有机污染物污染情况，为环境监测和污染治理提供更可靠的数据支持。
54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
55、本发明通过将探头实时进行地下水户外原位特征有机污染物监测，提高水质测量的精确度，避免时测量时带来的误差较大的问题。
56、本发明通过将探头原位置入水井内即可,可以实时、准确获取地下水特征有机污染物浓度数据，无需人工操作维护,可适应长期户外工作，方便实用。
57、且，本发明可以通过太阳能供电,运行成本低廉；检测数据经无线方式传输,方便远程监控。
1.一种地下水户外原位特征有机污染物监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的地下水户外原位特征有机污染物监测方法，其特征在于，所述步骤1中，具体实施步骤如下：
3.根据权利要求2所述的地下水户外原位特征有机污染物监测方法，其特征在于，所述步骤103中，对于地下水中特征有机污染物浓度的计算算法设置在特征有机污染物监测探头1内部，该算法具体如下：
4.根据权利要求3所述的地下水户外原位特征有机污染物监测方法，其特征在于，所述步骤1中，对于地下水中特征有机污染物浓度的计算算法进一步包括：
5.一种如权利要求1所述的地下水户外原位特征有机污染物监测系统，其特征在于，所述系统主要包括:特征有机污染物监测探头、电源模块和数据采集传输模块；
6.根据权利要求5所述的地下水户外原位特征有机污染物监测系统，其特征在于，所述特征有机污染物监测探头由外壳体、特征有机污染物传感器、信号处理电路和数据线组成；外壳体由耐腐蚀材料制成，其下部安装有多个特征有机污染物传感器，用于检测地下水中不同种类特征有机污染物分子的浓度，特征有机污染物传感器输出的原始信号由信号处理电路进行放大、滤波等处理,获得数字化数据后通过数据线输出。
7.根据权利要求1所述的地下水户外原位特征有机污染物监测系统，其特征在于，所述系统还可以包括有太阳能电池板或蓄电池，以为系统提供持续的动力。
8.根据权利要求5所述的地下水户外原位特征有机污染物监测系统，其特征在于，所述电源模块安装于井口，以能够利用现有的太阳能电池板或蓄电池为整个系统供电。
