水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)淺析

徐 瑞

（貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站 貴州貴陽 550081）

隨著我國水污染事件的頻發(fā)，國內(nèi)對構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)進行了大量的探討與研究，如蘇維詞[1]就烏江流域水環(huán)境預警的方法和技術(shù)進行了探討；董志穎等[2]應(yīng)用水質(zhì)預警理論并結(jié)合GIS技術(shù)建立了吉林西部水質(zhì)預警系統(tǒng)等。我國逐步在廣西桂江[3]、漢江[4]、黃河[5]、長江[6]等建成了水質(zhì)預警系統(tǒng)，對區(qū)域和流域內(nèi)水污染控制發(fā)揮了重要作用。本文將對水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)進行一個簡要的分析。

1 水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的主要功能

水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)是通過對水質(zhì)進行監(jiān)測，來評價該區(qū)域或流域水質(zhì)狀況及變化趨勢，從而對突發(fā)的或是潛在的水污染進行預警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能有兩點，第一點，對江、河、水庫、湖泊等地表水和地下水中的污染因子進行常規(guī)性監(jiān)測，以掌握水質(zhì)現(xiàn)狀及其變化趨勢，從而預防潛在的水污染風險；另一點，對生產(chǎn)、生活等廢（污）水進行監(jiān)督性監(jiān)測，掌握污染物排放總量，為污染源監(jiān)管提供依據(jù)，為突發(fā)性水污染事件提供即時預警信息。

該系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)一般可以分為確定警情、尋找警源、分析警源和預報警度這四個步驟[7]。這里確定警情是預警的基礎(chǔ)，是對水質(zhì)現(xiàn)狀分析與評價結(jié)果的描述；尋找警源是預警過程的起點，是預防水污染風險的前提保證；分析警源是預警的關(guān)鍵，準確把握水質(zhì)狀況的變化趨勢，才能做到準確預警；預報警度就是預報警情的嚴重程度。

2 水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)是由三個子系統(tǒng)構(gòu)成的：水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)和水質(zhì)評價系統(tǒng)[8]。見圖1.

圖1 水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其工作流程

2.1 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其運轉(zhuǎn)模式為：首先，確定監(jiān)測對象，并針對該對象的特點來確定監(jiān)測預警指標。接著，應(yīng)用全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)合理布設(shè)監(jiān)測點位。然后，對各個監(jiān)測點位進行監(jiān)測。最后，將監(jiān)測點位信息與其監(jiān)測指標數(shù)據(jù)發(fā)送到水質(zhì)分析系統(tǒng)。

2.2 水質(zhì)分析系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的核心，其采用適當?shù)念A警方法來對監(jiān)測指標信息進行分析，從而得到監(jiān)測對象的水質(zhì)狀況及其變化趨勢。

2.3 水質(zhì)評價系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵，其主要任務(wù)是根據(jù)預警閾值的界定對水質(zhì)分析結(jié)果進行評價并預報警度。

3 水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的構(gòu)建

水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括預警指標體系的構(gòu)建、預警方法的選取和預警閾值的界定三大部分[9]。預警指標體系的構(gòu)建是進行預警方法選擇、計算和分析的基礎(chǔ)，預警方法輸出的結(jié)果是預警閾值界定的依據(jù)。

3.1 預警指標體系

預警指標體系，就是由一系列相互聯(lián)系的能敏感地反映水質(zhì)狀況的因子結(jié)合所構(gòu)成的整體。由于影響水質(zhì)的因素眾多，并且各個影響因子之間又存在著復雜的關(guān)系，所以建立一套完整的，合理的預警指標體系是構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的首要步驟。在構(gòu)建預警指標體系時，應(yīng)滿足以下三個原則[10]：

3.1.1 全面性。所選用的指標能夠全面客觀地反映水質(zhì)狀況。這直接關(guān)系到整個體系的好壞。

3.1.2 可操作性。所選用的指標要有可靠的數(shù)據(jù)來源，建立的指標體系簡明易于操作，盡可能采用國際上通用的名稱、概念和單位，有利于相關(guān)人員的實際操作。

3.1.3 動態(tài)性。隨著時間的推移和條件的變化，水污染狀況也會發(fā)生變化，個別預警指標可能不再具有預測的作用，因此需要適時地對預警指標進行調(diào)整或替換。

3.2 預警方法

預警方法就是監(jiān)測信息的綜合分析方法。在建立了預警指標體系后，就要選用適當?shù)念A警方法來對該指標體系進行綜合分析。預警方法一般可以分為統(tǒng)計預警和模型預警兩大類。

3.2.1 統(tǒng)計預警。統(tǒng)計預警主要是決策樹方法。一般決策樹模型中的各個決策對象之間可以按照因果關(guān)系、復雜程度和從屬關(guān)系分為若干等級，各等級之間用線條連接。其基本原理是用決策點代表決策問題，用方案分枝代表可供選擇的方案，用概率分枝代表方案可能出現(xiàn)的各種結(jié)果，經(jīng)過對各種方案在各種結(jié)果條件下?lián)p益值的計算比較，提供決策依據(jù)。

3.2.2 模型預警。模型預警是最常用到預警方法，其主要是利用水質(zhì)模型來對監(jiān)測對象進行預警分析。水質(zhì)模型是依據(jù)物理、化學、生物等原理,應(yīng)用計算機技術(shù)來針對監(jiān)測對象的特點而設(shè)計出來的數(shù)學模型。曹永中等人[11]對多種河流水質(zhì)模型進行了研究，并指出水質(zhì)模型預警是順利實現(xiàn)水環(huán)境規(guī)劃管理、水污染綜合防治等任務(wù)不可缺少的基礎(chǔ)工作。萬金保和李媛媛[12]對湖泊水質(zhì)模型的研究發(fā)展進行了系統(tǒng)的分析，并認為水質(zhì)模型預警作為湖泊水環(huán)境污染治理、規(guī)劃決策分析中的一個重要工具,它可以為湖泊的綜合整治和科學管理提供科學的依據(jù),在環(huán)境保護領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

3.3 預警閾值

水環(huán)境的自凈能力和納污能力具有一定的限度，即閾值，當人們對水環(huán)境的影響超出了這個閾值，就會導致水污染，破壞水環(huán)境結(jié)構(gòu)。預警閾值的界定包含了確定警限和警度劃分兩個內(nèi)容。警限是警度劃分的分界線。確定警限和警度劃分的方法通常有對比判斷法、專家確定法、綜合評判法等。陳國階等人[13]認為可以以水環(huán)境質(zhì)量標準作為警戒線，因為環(huán)境質(zhì)量標準具有簡潔易行和定量標準明確的特點，應(yīng)該具有廣泛的適用性。

4 結(jié)語

水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)是根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測信息，運用現(xiàn)代信息技術(shù)、邏輯推理和科學預測的方法技術(shù)，對水質(zhì)狀況及變化趨勢做出預測，并發(fā)出警示信號的一套復雜的系統(tǒng)。水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)能夠全面反映水質(zhì)狀況和趨勢，準確預警各類水污染事件，為環(huán)境保護決策和環(huán)境管理提供大量科學、準確、及時的監(jiān)測預警信息。加快推進水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)的建設(shè)，既是環(huán)境監(jiān)測事業(yè)自身發(fā)展的需要，更是實現(xiàn)環(huán)保歷史性轉(zhuǎn)變、探索環(huán)保新道路的迫切要求。

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