[发明专利]一种预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法

权利要求书

1.一种预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、大气颗粒物采样点布设与样品采集；

S2、大气颗粒物重金属提取与分析；

S3、工业源变量的获取，通过ArcGIS的近邻分析，计算得到采样点到最近工业源的距离；

S4、健康风险评价；

S5、回归模型构建、回归诊断与模型校验；

S6、未知点预测以及健康风险空间分布图制作。

2.根据权利要求1所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S1包括，在待预测区域布设多个代表性的采样点，使用中流量采样器收集PM_2.5样品；采样方法具体为按季节采样，每个季节采样持续14天，采样为期一年。

3.根据权利要求2所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，采样介质为高纯度石英滤膜，采样前后滤膜恒温恒湿48h并称重，恒温条件为温度20-25℃，恒湿条件为相对湿度40-45％；采用间隔采样法，每小时采样4分钟，每个样品共采集22.4小时。

4.根据权利要求1所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S2包括，对样品中的重金属As、Cd、Co、Cr、Ni和Pb进行测量与分析。

5.根据权利要求1所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S3包括，获取废气国家重点监控企业、发电厂以及钢铁工业3个部分的合集。

6.根据权利要求1所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S4包括，采用EPA健康风险评价模型，计算呼吸途径暴露量以及健康风险，呼吸途径暴露量的计算公式为：

式中，LADD为呼吸途径暴露量(mg/(kg·d))；C为重金属浓度值(mg·m^-3)；AT为平均暴露时间，取值为75.8×365d；InhR为呼吸速率，成人和儿童分别取值15m³/kg和7.5m³/kg；ED为暴露年限，成人和儿童分别取值24年和6年；BW为平均体重，成人和儿童分别取值61.52kg和21.58kg；

健康风险的计算公式为：

CR＝LADD×SF

式中，CR为每个元素的健康风险，无量纲；SF为健康斜率因子；元素As、Cd、Co、Cr、Ni和Pb的SF取值分别为15.1、6.3、9.8、42、0.84以及0.042；

对元素As、Cd、Co、Cr、Ni和Pb分别计算健康风险，加和得到总健康风险CR_total。

7.根据权利要求6所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S5包括，以采样点的总健康风险CR_total为因变量，以采样点到最近工业源的距离DI为自变量，构建一元线性回归方程

CR_total＝a+b×DI

式中，a是截距，b是回归系数。

8.根据权利要求7所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，对健康风险线性回归模型进行模型校验，使用留一交叉验证方法并计算均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE和决定系数R²来评价模型效果，公式如下：

式中，为去掉第i个点、用剩余N-1个点构建模型，用一元线性回归方程模型预测的第i个点的浓度；y_i为第i个点的观测值；N为样本容量；

MAE的计算公式为：

9.根据权利要求8所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，交叉验证得到的预测值与观测值的差值越小，模型效果越好；模型交叉验证的决定系数R²越接近1，模型效果越好。

10.根据权利要求1所述的预测大气颗粒物重金属健康风险空间分布的便捷方法，其特征在于，步骤S6包括，将待预测区域离散为500m大小的网格，以网格中心点的风险表示网格的平均风险，利用ArcGIS的交集制表工具得到自变量DI的空间分布图，根据得到的一元线性回归方程计算各个网格的PM_2.5中健康风险，从而得到PM_2.5中健康风险的空间分布图。