地表水監(jiān)測技術(shù)及展望

張夏娟

(龍門縣環(huán)境監(jiān)測站廣東龍門516800)

0 引言

地表水是指存在于地殼表面，暴露于大氣的水，是河流、冰川、湖泊、沼澤四種水體的總稱，是人類生活用水的重要來源之一。隨著國家對地表水質(zhì)量的重視，使得地表水監(jiān)測技術(shù)有了較大的進(jìn)步。

1 地表水研究概述

我國學(xué)者對于地表水的研究主要涉及以下幾個方面：

（1）河流方面：我國學(xué)者湯奇成等編撰了《中國河流文學(xué)》，同時還對黃河下游河道平面形態(tài)進(jìn)行了模擬研究。（2）湖泊方面：積極開展了湖泊與氣候變化的研究，在湖泊富營養(yǎng)化、湖泊水化學(xué)等方面也取得了一定的成就。（3）沼澤方面：對沼澤濕地的污水處理功能進(jìn)行了探討，為沼澤的生態(tài)環(huán)境維護(hù)和合理利用沼澤資源提供了科學(xué)依據(jù)。（4）冰川方面：由我國學(xué)者編制的中國冰川編目對于冰雪災(zāi)害防治和西部水資源開發(fā)利用都具有相當(dāng)重要的意義。

2 地表水自動監(jiān)測系統(tǒng)

地表水自動監(jiān)測技術(shù)在近三十年來發(fā)展較為迅速。該項技術(shù)可綜合性評估水體的質(zhì)量，能夠連續(xù)并及時記錄有效數(shù)據(jù)，從而動態(tài)反映水質(zhì)變化情況，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的精密度、可比性和科學(xué)指導(dǎo)意義。

3 地表水水質(zhì)模型

地表水水質(zhì)模型是綜合描述污染物在地表水中隨時間、空間變化而不斷遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，它涵蓋了大多數(shù)水質(zhì)中的污染物質(zhì)，并綜合物理、化學(xué)、生物反應(yīng)對水質(zhì)進(jìn)行評價分析。地表水水質(zhì)模型研究最初是基于生物化學(xué)需氧(BOD)和溶解氧(DO)的BOD-DO模型，屬于一維穩(wěn)態(tài)模型；后出現(xiàn)含有了氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的二維模型，隨之又添加了大氣污染物對水質(zhì)的影響,從而建立綜合水質(zhì)模型。

4 常用的水質(zhì)模型

4.1 S-P模型（即BOD-DO模型）：應(yīng)用最普遍的一維地表水水質(zhì)模型，主要研究氧平衡，對于復(fù)雜的水環(huán)境應(yīng)用性較差。

4.2 QUAL系列模型：是具有多種用途的一維綜合河流水質(zhì)模型,它可以根據(jù)用戶要求任意組合模擬水質(zhì)組分，是目前常用的一種地表水水質(zhì)模型。

4.3 EFDC模型（即環(huán)境流體動力學(xué)模型）：具有靈活的變邊界處理和通用的文件輸入格式，可用于模擬點源和非點源的污染、有機(jī)物遷移、歸趨等問題的研究。

4.4 WASP模型：用于提供一般性水質(zhì)預(yù)測，其子模塊可獨立與其他模型相結(jié)合使用。目前較為廣泛使用的是與環(huán)境流體動態(tài)模型EFDC相耦合進(jìn)行水質(zhì)模擬。

4.5 QUASAR模型：可建立污染物排放量與河流水質(zhì)之間的關(guān)系，用于大型河流的DO模擬計算，該模型方程相對簡單，計算簡便，實用性強(qiáng)，應(yīng)用前景較為廣泛。

5 地表水監(jiān)測信息化技術(shù)發(fā)展

地表水監(jiān)測信息化技術(shù)未來研究重點在于水質(zhì)變化趨勢的預(yù)測及評估能力，即能夠在水質(zhì)可能發(fā)生變化或者水污染事故發(fā)生前采取必要的措施，以避免或減少對水體質(zhì)量的影響。主要的研究方法有：

5.1 時間序列法：考慮水質(zhì)變化可能涉及到的因素，從原有數(shù)據(jù)出發(fā)，基于連續(xù)的動態(tài)規(guī)律，將水質(zhì)指標(biāo)變化的歷史時間序列數(shù)據(jù)作為隨機(jī)變量序列，運用統(tǒng)計分析中加權(quán)平均等方法推測水質(zhì)未來的變化趨勢，做出定量預(yù)測。

5.2 回歸分析法：分析因變量和自變量之間的關(guān)系，并根據(jù)其關(guān)系的表現(xiàn)形式用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方式表達(dá)建立回歸模型，并實際情況進(jìn)行模型檢驗，最后進(jìn)行實際應(yīng)用。

5.3 灰色模型：通過建立該模型體系就能實現(xiàn)灰色方法的系統(tǒng)分析、評估、預(yù)測和控制等功能。

5.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：模型通過簡單的非線性函數(shù)的多次復(fù)合，可以克服線性和非線性擬合中的基函數(shù)選擇與系數(shù)求解的困難，并可進(jìn)行高維的非線性的精確映射。

時間序列方法只考慮影響水質(zhì)指標(biāo)本身的因素，但其種類較多且變化復(fù)雜，因此預(yù)測結(jié)果精密度不高；回歸分析法需要大量的數(shù)據(jù)且為靜態(tài)分析，故存在一定的局限性；而灰色預(yù)測方法的精密度隨著時間的延長而逐漸降低。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法則根據(jù)水質(zhì)本身的特點進(jìn)行學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)自動地調(diào)用權(quán)值與閡值，使得該評價方法的輸出結(jié)果具有較高的科學(xué)性。如何更好的運用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合新的技術(shù)方法，使地表水監(jiān)測工作具有較高的精密度和客觀可比性，是未來研究工作的重點，也是保障人民正常工作和生活的重要任務(wù)。

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