水環(huán)境監(jiān)測斷面優(yōu)化設(shè)置方案的設(shè)置研究

方景新

（肇慶市鼎湖區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 廣東肇慶 526070）

1 引言

隨著城市的發(fā)展，自然環(huán)境受到了一定的破壞，在長期的污染后，污染物成分也發(fā)生一定的迭代升級，原有的水環(huán)境檢測方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的保護(hù)水環(huán)境的要求。在這樣的環(huán)境下對于水環(huán)境檢測的斷面模式就需要不斷的優(yōu)化，利用更多的水資源管理所收集到的數(shù)據(jù)來對水環(huán)境的類別進(jìn)行劃分，并根據(jù)環(huán)境當(dāng)中污染物的情況來定義環(huán)境污染的級別。

檢測優(yōu)化方案旨在提出監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量最優(yōu)化，利用最少的資源檢測設(shè)備資源來獲得地表水信息量，最終獲得水環(huán)境保護(hù)的最佳方法。在監(jiān)測時，用數(shù)理統(tǒng)計的歸類方式，鑒定污染物樣品的相互聯(lián)系關(guān)系，客觀的將污染系統(tǒng)進(jìn)行歸類。利用模糊的數(shù)學(xué)方式將污染物進(jìn)行類化，具體的操作是將樣本中與模擬的數(shù)據(jù)相互比對，在數(shù)據(jù)矩陣的代換中得到逆矩陣，并在正態(tài)分布的條件下將收集水環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 水環(huán)境監(jiān)測斷面優(yōu)化設(shè)置方案

在某市城內(nèi)的支流河流，貫穿整個市區(qū)。流量為100，河流橫向?qū)挾葹?5m，作為一條重要的城市內(nèi)河流，常年來由于上流的工業(yè)污水污染和生活污水的排放，導(dǎo)致河流的污染情況較為嚴(yán)重，對于這樣的情況需要進(jìn)行一定的治理工作，同時進(jìn)行一定的斷面優(yōu)化設(shè)置。

對該區(qū)域水質(zhì)進(jìn)行集中取樣，了解水樣之間的模擬關(guān)系，同時形成水樣的矩陣圖形。

在矩陣當(dāng)中，數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化的計量方式，其中污染的指數(shù)都是以標(biāo)準(zhǔn)值的濃度計算的，最終可得到逆矩陣：

在矩陣分析中，由于樣本之間會存在一定的對應(yīng)關(guān)系，利用相關(guān)的正態(tài)分布曲線可以將樣本之間的關(guān)系標(biāo)示，在幾何表示方法下將水環(huán)境中的數(shù)據(jù)特征展示，最終得到相應(yīng)的樣本聯(lián)系公式：

根據(jù)矩陣的情況，在加上一些經(jīng)驗(yàn)公式，得到較為科學(xué)有效的數(shù)據(jù)分類方式，在確定各元素之間的平方和后，可以列入標(biāo)準(zhǔn)差中進(jìn)行計算。而優(yōu)化的方案就是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差得到的計算閾值來控制。當(dāng)閾值越小，樣本函數(shù)中的相似度就越高，當(dāng)閾值越大樣本中的污染物存在的差異較大，優(yōu)化的方案選擇性較小。并且根據(jù)不同監(jiān)測面所得到的數(shù)據(jù)在相似度較高的情況下可選用有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控。

3 環(huán)境監(jiān)測斷面優(yōu)化設(shè)置方案分析

在案例中的矩陣分析中可以看出，斷面方案所取的支流存在一定的污染情況，并根據(jù)分析出的規(guī)律來看，在同一個河流中，監(jiān)測面保持在三個以上的監(jiān)測點(diǎn)，并且根據(jù)污染的情況不同將污染等級分為重度污染、中度污染、輕度污染和潔凈。從貫穿城市的河流從源頭處受到的污染情況較低，可以定義為清潔，對于多個清潔的斷面中可以只保留一個監(jiān)控點(diǎn)，用這樣優(yōu)化的方式不僅能起到監(jiān)測的效果，還能將資源的利用控制在最優(yōu)的范圍之內(nèi)。

隨著河流從上流往下后，從監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測中可以看出，到中段的過程中，污染情況最為明顯，水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了重度污染，這就需要將原有兩個監(jiān)測點(diǎn)增加至四個，對于污水的處理也能及時的反饋數(shù)據(jù)。順著水流繼續(xù)往下，出現(xiàn)的污染程度就相應(yīng)的降低，污染級別從原來的重度污染變成了中度污染。對于在過度時期的區(qū)域，在優(yōu)化設(shè)置方案中不去除已有的監(jiān)測點(diǎn)，尤其是較短的區(qū)間內(nèi)，河流中水量較少，短期無法對污染程度進(jìn)行詳細(xì)的界定，原有的四個斷面可以繼續(xù)保留，之中形成較為合理的斷面監(jiān)測方案。

在考慮斷面監(jiān)測點(diǎn)布置上，要優(yōu)先與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和實(shí)際的可操作性相互結(jié)合，所選取的監(jiān)控點(diǎn)必須是在不對水環(huán)境進(jìn)行二次污染的情況下進(jìn)行，也需要在實(shí)際的布設(shè)中施工方便。在這樣的前提下，用最為簡單使用的計算模型得出的優(yōu)化方案需要和具體情況相互結(jié)合，利用水質(zhì)特有的性質(zhì)來計算出斷面的數(shù)量，如出現(xiàn)計算數(shù)據(jù)和實(shí)際的數(shù)據(jù)存在出入，以現(xiàn)場斷面監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量為準(zhǔn)。在后期出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)不夠，可適當(dāng)?shù)脑黾訑嗝娴谋O(jiān)測點(diǎn)。

4 水環(huán)境斷面優(yōu)化方案的衍生技術(shù)

根據(jù)各個河段斷面的數(shù)量，對斷面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。斷面數(shù)量偏多的河段，可以運(yùn)用聚類分析、主成分分析等優(yōu)化布點(diǎn)方法，運(yùn)用地表水?dāng)嗝娴乃|(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)對斷面進(jìn)行優(yōu)化，保留合理和科學(xué)的斷面。斷面較少的河段增補(bǔ)斷面數(shù)量，新設(shè)斷面及合理性較差的現(xiàn)有斷面，借助適當(dāng)?shù)乃|(zhì)擴(kuò)散模型來進(jìn)行微觀定位，使其盡量避開污染帶，布設(shè)于污染物與河水混合均勻區(qū)內(nèi)，使之能反映本河段的水質(zhì)狀況。

為了考察優(yōu)化方案的精確程度、可靠性以及代表性，對調(diào)整后的水質(zhì)監(jiān)測斷面的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。對有歷史數(shù)據(jù)的斷面，可以根據(jù)實(shí)際情況選定某時段的歷史數(shù)據(jù)，對優(yōu)化前后監(jiān)測指標(biāo)的參數(shù)均值的絕對誤差、相對誤差以及樣本均數(shù)的差異性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的統(tǒng)計學(xué)方法有t檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)等。對新增或移位的斷面，缺少歷史數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行探索性監(jiān)測檢驗(yàn)?？梢詫σ莆粩嗝娴男屡f位置進(jìn)行對比監(jiān)測，對監(jiān)測結(jié)果的差異性進(jìn)行檢驗(yàn)。

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)，用戶可以利用計算機(jī)圖形與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，采集、編輯、儲存、顯示、轉(zhuǎn)換、分析和輸出地理圖形及屬性數(shù)據(jù)，將這些信息以可視化的方式表現(xiàn)出來，用于空間分析與決策。將GIS技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境要素監(jiān)測布點(diǎn)中，可以通過空間分析、疊加分析等輔助建立分布合理的環(huán)境要素監(jiān)測點(diǎn)，后續(xù)還可以建立包含各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)、空間位置、自然環(huán)境等各種屬性數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和信息可視化技術(shù)來管理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。

將GIS運(yùn)用到地表水環(huán)境監(jiān)測斷面布設(shè)中，可以將GIS的空間分析功能與統(tǒng)計學(xué)模型相結(jié)合，運(yùn)用GIS技術(shù)將含有流域自然和人文屬性的圖層、含有水系信息的圖層與含有斷面屬性的圖層疊加分析，將監(jiān)測斷面空間定位，并將統(tǒng)計模型運(yùn)用到不同流域中，從而科學(xué)地布設(shè)地表水監(jiān)測斷面，使監(jiān)測斷面的布設(shè)具有空間合理性和科學(xué)性。運(yùn)用GIS技術(shù)能夠使地表水監(jiān)測斷面的優(yōu)化調(diào)整結(jié)合更多的空間信息，輸出的結(jié)果可視化，并且使模型運(yùn)算和制圖過程更簡單、快捷。

5 結(jié)語

在實(shí)際的水環(huán)境處理中，優(yōu)先利用的斷面監(jiān)測優(yōu)化方案起到了很好的效果，對于控制污水的凈化也起到了很好的作用，于此同時，對與水質(zhì)變化過程中，能夠起到試試監(jiān)控的效果，并把監(jiān)控的成本控制在較低的水平。相較于沒有使用優(yōu)化方案，在資源上要多花將近35%以上。在本文中，同時分析出了某市內(nèi)河的污染檢測情況，在四類污染級別的劃分上也出現(xiàn)了一定的差異，將監(jiān)測斷面上監(jiān)測點(diǎn)適當(dāng)?shù)脑鰷p有利于監(jiān)測的效率。從目前的監(jiān)測來看，重度污染和中度污染的監(jiān)測級別較高，需要在動態(tài)的環(huán)境下對水質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，通過分析結(jié)果來治理污水，最終起到清潔、高效的目的。使用水環(huán)境監(jiān)測斷面的優(yōu)化設(shè)置還存在一個很大的優(yōu)勢，就是能將水質(zhì)中的污染物進(jìn)行劃分，利用數(shù)理統(tǒng)計的方式將相似的污染源相互歸類，利用閾值的計算方式得到污染的情況分析，有利于水源處的污水治理工作。

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