環(huán)境科學(xué)專業(yè)與計(jì)量的關(guān)系

謝 靜

(山東省計(jì)量科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250101)

環(huán)境科學(xué)專業(yè)與計(jì)量的關(guān)系

謝 靜

(山東省計(jì)量科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250101)

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)工作越來(lái)越引起人們的關(guān)切和重視。要搞好環(huán)境保護(hù)工作，需要對(duì)污染物含量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定，需要通過(guò)制定科學(xué)有效的污染物在環(huán)境中的基準(zhǔn)值和標(biāo)準(zhǔn)值以評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量，需要研究污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其對(duì)人類或其它生物的危害等。這都需要運(yùn)用計(jì)量學(xué)尤其是化學(xué)計(jì)量學(xué)的許多知識(shí)。因此，環(huán)境科學(xué)與計(jì)量學(xué)尤其是化學(xué)計(jì)量學(xué)的關(guān)系十分密切，計(jì)量學(xué)對(duì)促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作起著十分重要的作用。

一、環(huán)境監(jiān)測(cè)中的計(jì)量

環(huán)境監(jiān)測(cè)包括對(duì)水體、土壤和大氣中污染物及其它影響因子的測(cè)定，是進(jìn)行環(huán)境保護(hù)工作的基礎(chǔ)。通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)，人們可以深入認(rèn)識(shí)和掌握環(huán)境污染的根源和危害，用于評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量、預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，為制訂環(huán)境法規(guī)，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)防和治理環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)，從而揭示新的污染問(wèn)題，探明污染原因，為環(huán)境保護(hù)提供方向。

環(huán)境監(jiān)測(cè)需要對(duì)許多污染物的濃度進(jìn)行測(cè)定，這與化學(xué)計(jì)量密切相關(guān)。表1中是常見(jiàn)的能夠反映環(huán)境質(zhì)量的環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)這些項(xiàng)目的測(cè)定需要運(yùn)用儀器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程需要化學(xué)計(jì)量學(xué)的許多原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)污染物濃度的測(cè)定是化學(xué)計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，二者有著密切的關(guān)系。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 可用的測(cè)定設(shè)備pH值 pH計(jì)硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)磷酸鹽 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)汞原子熒光儀鎘、鉻、銅、鉛等重金屬 原子吸收光譜儀TOC 總有機(jī)碳分析儀DDT、666等農(nóng)藥 氣相色譜儀化學(xué)需氧量(CODCr)水質(zhì)在線自動(dòng)檢測(cè)儀

對(duì)污染物濃度的測(cè)定需要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性和精確性，通過(guò)計(jì)量認(rèn)證可以有效實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。對(duì)污染物濃度測(cè)定的準(zhǔn)確性和精確性與測(cè)量?jī)x器密切相關(guān)，它要求儀器有良好的準(zhǔn)確度、精密度和重復(fù)性來(lái)保證;在保證儀器具備良好的上述性能方面，除了在設(shè)計(jì)、制造，維護(hù)等一系列工作中努力實(shí)現(xiàn)外，最重要的一條就是要進(jìn)行定期校準(zhǔn)即定期檢定。用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的計(jì)量器具以法律的形式作出了規(guī)定，這使得環(huán)境監(jiān)測(cè)工作除了遵循環(huán)保法律，還要在工作中認(rèn)真執(zhí)行計(jì)量法規(guī)，做到依法管理，進(jìn)行法制計(jì)量。為了使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確的反映環(huán)境質(zhì)量，目前許多環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)都已對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行了計(jì)量認(rèn)證，這為促進(jìn)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用。

二、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制定中的計(jì)量

環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)某些環(huán)境要素所作的統(tǒng)一的、法定的和技術(shù)的規(guī)定。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境保護(hù)工作中最重要的工具之一。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)規(guī)定環(huán)境保護(hù)技術(shù)工作，考核環(huán)境保護(hù)和污染防治的效果。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是按照嚴(yán)格的科學(xué)方法和程序制訂的。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制訂還要參考國(guó)家和地區(qū)在一定時(shí)期的自然環(huán)境特征、科學(xué)技術(shù)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于嚴(yán)格，不符合實(shí)際，將會(huì)限制社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;過(guò)于寬松，又不能達(dá)到保護(hù)環(huán)境的基本要求，造成人體危害和生態(tài)破壞。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)具有法律效力，同時(shí)也是進(jìn)行環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理、環(huán)境評(píng)價(jià)和城市建設(shè)的依據(jù)。

中國(guó)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要有:環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(或污染控制標(biāo)準(zhǔn))、環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境方法標(biāo)準(zhǔn)等六類。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是在環(huán)境保護(hù)工作中，用來(lái)標(biāo)定儀器、驗(yàn)證測(cè)量方法，進(jìn)行量值傳遞或質(zhì)量控制的材料或物質(zhì)，對(duì)這類材料或物質(zhì)必須達(dá)到的要求所作的規(guī)定。它是檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)是否準(zhǔn)確的主要手段。環(huán)保儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)是指為了保證污染治理設(shè)備的效率和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和可比性，對(duì)環(huán)保儀器、設(shè)備的技術(shù)要求所作的規(guī)定。環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是指為了保護(hù)人類健康，維持生態(tài)良性平衡和保障社會(huì)物質(zhì)財(cái)富，并考慮技術(shù)條件，對(duì)環(huán)境中有害物質(zhì)和因素所作的限制性規(guī)定。污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(污染物排放標(biāo)準(zhǔn))是指中國(guó)已頒布的國(guó)家級(jí)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是指在環(huán)境保護(hù)工作范圍內(nèi)，對(duì)有指導(dǎo)意義的符號(hào)、指南、導(dǎo)則等的規(guī)定，是制訂其它環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。環(huán)境方法標(biāo)準(zhǔn)是指在環(huán)境保護(hù)工作范圍內(nèi)以全國(guó)普遍適用的試驗(yàn)、檢查、分析、抽樣、統(tǒng)計(jì)、作業(yè)等方法為對(duì)象而制訂的標(biāo)準(zhǔn)。

由其定義可知，以上環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)具有統(tǒng)一性和可溯源性的基本特征，這需要通過(guò)計(jì)量工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，統(tǒng)一性是計(jì)量學(xué)最本質(zhì)的特性，其集中地反映在統(tǒng)一制度和統(tǒng)一量值這兩個(gè)方面，這也是環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量所追求的最基本目標(biāo)。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量的可溯源性體現(xiàn)在“量值要準(zhǔn)確可靠，就必須要能溯源到計(jì)量單位量值的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)”;環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之所以成為環(huán)境監(jiān)測(cè)“測(cè)量的基準(zhǔn)”，就是因?yàn)槠錁?biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)確、可靠，而且能夠追溯到國(guó)際單位制。

三、節(jié)能減排中的計(jì)量

節(jié)能減排，廣義而言，是指節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源，減少?gòu)U棄物和環(huán)境有害物(包括三廢和噪聲等)的排放;狹義而言，是指節(jié)約能源和減少環(huán)境有害物質(zhì)排放。通過(guò)節(jié)能減排，能夠很好地促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

通過(guò)進(jìn)行能源計(jì)量對(duì)企業(yè)等進(jìn)行能源審計(jì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要途徑。能源計(jì)量是指對(duì)企業(yè)和其他用能單位通過(guò)所配備的計(jì)量器具，對(duì)使用的各種能源實(shí)施計(jì)量的行為。能源計(jì)量與節(jié)能監(jiān)測(cè)、能源審計(jì)、能源統(tǒng)計(jì)、能源利用狀況分析是企業(yè)能源管理和節(jié)能工作的基礎(chǔ)，而能源計(jì)量是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。如果企業(yè)沒(méi)有合理配備能源計(jì)量器具，能源管理部門(mén)就難以獲得準(zhǔn)確可靠的能源計(jì)量數(shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)的節(jié)能監(jiān)測(cè)、能源審計(jì)、能源統(tǒng)計(jì)、能源利用狀況也就難以進(jìn)行科學(xué)的分析和統(tǒng)計(jì)，從而無(wú)法為企業(yè)的能源管理和節(jié)能工作提供可靠、準(zhǔn)確的指導(dǎo)方向，可能造成企業(yè)能源嚴(yán)重浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。

面對(duì)我國(guó)人口眾多，資源特別是主要礦產(chǎn)資源人均占有量不足，能源利用率低，生存環(huán)境的不斷惡化、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)等嚴(yán)峻的形勢(shì)，通過(guò)節(jié)能與加強(qiáng)能源計(jì)量工作、提高能源利用率、靠計(jì)量量化管理企業(yè)、靠計(jì)量量化指導(dǎo)生產(chǎn)、靠計(jì)量量化降耗挖潛，是工業(yè)企業(yè)降低成本、增加效益、提高競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇，是形成有利于節(jié)約資源的生產(chǎn)模式和消費(fèi)方式、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的必由之路。

污染物減排工作也需要大量的計(jì)量支撐。溫室氣體作為目前國(guó)際十分關(guān)注的一類污染物，其減排工作急需計(jì)量支撐。目前，國(guó)際上計(jì)量溫室氣體減排量的方法主要有兩種:一是通過(guò)分行業(yè)、分部門(mén)調(diào)查經(jīng)濟(jì)活動(dòng)來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)量;二是利用全球大氣觀測(cè)地面站、高空熱氣球、航空器、衛(wèi)星以及其他遙感觀測(cè)設(shè)施等先進(jìn)手段的綜合運(yùn)用來(lái)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)計(jì)量。全面建立和完善我國(guó)的溫室氣體計(jì)量體系是一項(xiàng)涉及計(jì)量與測(cè)量的系統(tǒng)工程，其涉及到溫室氣體減排用計(jì)量器具的檢定和校準(zhǔn)、溫室氣體減排用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究和生產(chǎn)和溫室氣體減排的計(jì)量保證。

四、環(huán)境數(shù)據(jù)分析中的計(jì)量工作

在環(huán)境保護(hù)工作中，除了對(duì)污染物含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和對(duì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)以外，還需要進(jìn)一步研究污染物的來(lái)源、影響因素其危害，因此，需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析。運(yùn)用計(jì)量學(xué)途徑可為數(shù)據(jù)分析提供強(qiáng)有力的支撐，從而為促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作起著十分重要的作用。常見(jiàn)的計(jì)量學(xué)途徑有回歸分析方法、主成分分析法、聚類分析法和建立模型等。

回歸分析是研究一個(gè)隨機(jī)變量(因變量)與一個(gè)或多個(gè)普通變量(自變量)之間的線性關(guān)系，檢驗(yàn)自變量的顯著程度并比較其作用的大小，進(jìn)而用一個(gè)或多個(gè)自變量的變化解釋和預(yù)測(cè)因變量的變化。具體而言，回歸分析是確定幾個(gè)特定變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系，如果存在的話，找出它們之間合適的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從而根據(jù)一個(gè)或幾個(gè)變量的值，預(yù)報(bào)或控制另一個(gè)變量的取值，并且告知這種預(yù)報(bào)或控制的精確度。通過(guò)進(jìn)行因素分析，確定因素的主次以及因素之間的相互關(guān)系。運(yùn)用回歸分析可以研究污染物的危害和其影響因素，從而為進(jìn)一步開(kāi)展環(huán)境保護(hù)工作提供依據(jù)。

主成分分析法是環(huán)境數(shù)據(jù)分析計(jì)量的一個(gè)重要方法。為更好地評(píng)價(jià)環(huán)境因子的各種效應(yīng)，往往需要綜合考慮多種因素，采集大量樣本。多變量大樣本數(shù)據(jù)為科學(xué)研究提供了豐富信息，但多種變量之間可能存在相關(guān)性，從而增加了問(wèn)題的復(fù)雜性，為分析帶來(lái)不便。如果分別分析每個(gè)變量，則會(huì)產(chǎn)生孤立的而不是綜合的結(jié)果;并且盲目減少變量將會(huì)損失很多信息，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)論。因此需要一種分析方法將多維變量納入到同一系統(tǒng)進(jìn)行定量研究，利用主成分分析方法可以實(shí)現(xiàn)該需求。主成分分析方法運(yùn)用變量之間一定的相關(guān)性，可以將多個(gè)變量簡(jiǎn)化成少數(shù)幾個(gè)綜合變量，從而將多維因子納入同一系統(tǒng)進(jìn)行定量研究。

聚類分析，又稱群分析、點(diǎn)群分析、簇群分析等，是研究分類問(wèn)題(樣品或指標(biāo))的一種多元統(tǒng)計(jì)方法。假定研究對(duì)象存在不同程度的相似性(親疏程度)，根據(jù)觀測(cè)樣本找出并計(jì)算一些能夠度量相似程度的統(tǒng)計(jì)量(相似系數(shù)、相關(guān)系數(shù)、距離等)，按照相似性統(tǒng)計(jì)量的大小，將相似程度大的聚合到一類，關(guān)系疏遠(yuǎn)的聚合到另一類，直到把所有樣品都聚合完畢，形成一個(gè)由小到大的分類系統(tǒng)。最后將分類系統(tǒng)直觀地用圖形表示出來(lái)，即譜系圖。根據(jù)譜系圖即可直觀地看出樣品或變量的分屬類別。該分析是研究污染物分布特征、來(lái)源及其影響因素的一個(gè)重要手段。

除了以上四個(gè)方面外，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中還涉及到對(duì)陸地和海洋碳源/碳匯的計(jì)量，從而為應(yīng)對(duì)當(dāng)今全球氣候變化提供理論基礎(chǔ);并涉及到環(huán)境會(huì)計(jì)計(jì)量，這可以促使企業(yè)注重經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，重視環(huán)境及其發(fā)展規(guī)律，合理開(kāi)發(fā)和利用環(huán)境資源，努力提高社會(huì)效益和環(huán)境效益。

由以上方面可知，計(jì)量與環(huán)境科學(xué)的關(guān)系十分密切。作為環(huán)保工作的基礎(chǔ)，計(jì)量工作對(duì)促進(jìn)環(huán)境科學(xué)的發(fā)展起了很重要的推動(dòng)作用。伴隨著我國(guó)環(huán)保力度的加強(qiáng)，國(guó)家對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范的日益嚴(yán)格，對(duì)節(jié)能減排工作和環(huán)?？蒲械娜找嬷匾暎嘈庞?jì)量學(xué)的發(fā)展會(huì)促進(jìn)環(huán)保事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)?huì)起到更加重要的作用。

X2

］A

］1003－4145［2011］專輯－0043－02

2011－11－12

謝 靜，山東省計(jì)量科學(xué)研究院工作人員。

(責(zé)任編輯:宋緒芬)