流域水環(huán)境安全預(yù)警預(yù)測方法研究

李偉偉

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司河南鄭州450003）

流域水環(huán)境安全預(yù)警預(yù)測方法研究

李偉偉

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司河南鄭州450003）

本文分析了流域水環(huán)境安全預(yù)警的必要性及目前方法存在的不足，介紹了一種新型流域水環(huán)境安全預(yù)警方法，能夠適應(yīng)不同的場景、環(huán)境和要求，全面綜合的生成水環(huán)境安全預(yù)警，提高水環(huán)境安全預(yù)警的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，可以為水環(huán)境管理提供重要理論指導(dǎo)，應(yīng)用前景良好。

流域水環(huán)境；安全預(yù)測；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；方法

1 背景

近年來，隨著各種水污染突發(fā)事故的頻發(fā)，國家開始對水環(huán)境安全越來越重視，在重要河道、湖泊等流域上建立綜合的環(huán)境監(jiān)測站，對流域水質(zhì)安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，但伴隨而來的是監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越復(fù)雜，海量監(jiān)測數(shù)據(jù)存在冗余、互補(bǔ)，甚至相互矛盾或競爭，如何有效處理這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于準(zhǔn)確評估水環(huán)境質(zhì)量顯得尤為重要[1-2]，因此如何全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)掘、掌握和處理海量環(huán)境監(jiān)測信息已成為水環(huán)境安全預(yù)警預(yù)測能力提升迫切解決的技術(shù)難題。

2 發(fā)明內(nèi)容

2.1 研究目的

流域水環(huán)境安全預(yù)警的目的主要是通過對流域水環(huán)境預(yù)警的研究，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)水環(huán)境變化情況，使決策部門根據(jù)系統(tǒng)的決策支持，決定水環(huán)境發(fā)展方向，以避免出現(xiàn)嚴(yán)重水質(zhì)污染，確保用水安全和環(huán)境衛(wèi)生，防止或減輕未來可能的污染源對社會和生物圈產(chǎn)生的影響，從而達(dá)到社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一[3]。面對流域水環(huán)境的形態(tài)種類復(fù)雜性以及監(jiān)測數(shù)據(jù)多源異構(gòu)性、模糊性、不精確性、多尺度與多時(shí)相性、不確定性等特征[4]，傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測信息融合處理方法已不能滿足實(shí)際的需求。目前，國內(nèi)外流域水環(huán)境預(yù)警存在的主要問題是狀態(tài)表征要素欠系統(tǒng)、全面以及預(yù)測與綜合評價(jià)方法有待進(jìn)一步探討。本文介紹一種流域水環(huán)境安全預(yù)警方法及系統(tǒng)，能夠綜合多個(gè)模型進(jìn)行水環(huán)境安全預(yù)警。

2.2 研究方法

如圖1所示流域水環(huán)境安全預(yù)警方法包括：

圖1 流域水環(huán)境安全預(yù)警方法流程圖

2.2.1 根據(jù)模型特點(diǎn)要素對模型進(jìn)行調(diào)研、分析和選取，所述模型包括社會經(jīng)濟(jì)與資源利用模型、土地利用預(yù)測模型、流域面源污染負(fù)荷模擬模型和流域水環(huán)境水動力水質(zhì)模擬模型；其中，社會經(jīng)濟(jì)與資源利用模型，用于從時(shí)間序列上識別流域人類活動對水環(huán)境安全的風(fēng)險(xiǎn)脅迫，模擬和預(yù)測出不同發(fā)展和規(guī)劃情景下的人口、產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵指標(biāo)變化狀況；土地利用預(yù)測模型，用于從空間格局上識別流域人類活動對水環(huán)境安全的風(fēng)險(xiǎn)脅迫，診斷土地利用格局歷史變化特征，模擬預(yù)測未來變化趨勢；?流域面源污染負(fù)荷模擬模型，用于從數(shù)量和結(jié)構(gòu)上識別流域人類活動對水環(huán)境安全的直接壓力，模擬和預(yù)測不同警源影響下的主要污染物排放量的變化狀況；流域水環(huán)境水動力水質(zhì)模擬模型，用于模擬和預(yù)測不同警兆條件下的水環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)狀況。

這些模型特點(diǎn)要素包括模型適用范圍、模擬優(yōu)勢、復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)要求、應(yīng)用成熟度與廣泛度中的至少一種。

2.2.2 對選取的模型進(jìn)行集成；根據(jù)集成模型框架、單個(gè)模型功能、模型之間的數(shù)據(jù)信息對接和耦合關(guān)注要素進(jìn)行選取模型的集成。優(yōu)選的，所述對選取的模型進(jìn)行集成，包括：社會經(jīng)濟(jì)與資源利用模型根據(jù)不同情境對模型中所有變量進(jìn)行初始化，輸出流域內(nèi)所有社會經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵指標(biāo)和主要污染物點(diǎn)源負(fù)荷的年度預(yù)測值；土地利用預(yù)測模型轉(zhuǎn)換規(guī)則通過用戶指定的土地轉(zhuǎn)換適宜性圖集演化，基于模型模擬得出不同情景各年份的土地利用情況，預(yù)測年份結(jié)果可以直接作為流域面源污染負(fù)荷模擬模型面源負(fù)荷預(yù)測的重要輸入文件；流域面源污染負(fù)荷模擬模型模擬的非點(diǎn)源污染物通量結(jié)果在子流域匯流點(diǎn)逐日輸出。

流域水環(huán)境水動力水質(zhì)模擬模型將社會經(jīng)濟(jì)與資源利用模型輸出的流域內(nèi)所有社會經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵指標(biāo)和主要污染物點(diǎn)源負(fù)荷的年度預(yù)測值與流域面源污染負(fù)荷模擬模型在預(yù)測年份的面源負(fù)荷預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)化為流域水環(huán)境水動力水質(zhì)模擬模型所需的流量和點(diǎn)源輸入條件，綜合上下游的流量和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、已有的水下地形數(shù)據(jù)和區(qū)域內(nèi)斷面的水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步模擬得出流域內(nèi)主要斷面的水動力水質(zhì)變化趨勢。

2.2.3 利用研究區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)，運(yùn)用集成的模型對水環(huán)境進(jìn)行模擬和預(yù)測，并針對不同情景條件對未來各關(guān)鍵要素變化進(jìn)行預(yù)測，得到預(yù)測結(jié)果。

2.2.4 根據(jù)預(yù)測結(jié)果形成預(yù)警判斷，提供警示信息，包括當(dāng)前預(yù)警信息和變化趨勢預(yù)警信息；若當(dāng)前的狀態(tài)超過預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)出當(dāng)前警示信息；若當(dāng)前的狀態(tài)沒有超過預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前預(yù)警閾值，但在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)變化幅度和惡化趨勢超過預(yù)先設(shè)定的變化趨勢閾值時(shí)，發(fā)出變化趨勢警示信息。

3 結(jié)語

通過設(shè)置社會經(jīng)濟(jì)與資源利用模型、土地利用預(yù)測模型、流域面源污染負(fù)荷模擬模型和流域水環(huán)境水動力水質(zhì)模擬模型，并對模型進(jìn)行選取和集成，能夠適應(yīng)不同的場景、環(huán)境和要求，全面綜合的生成水環(huán)境安全預(yù)警，提高水環(huán)境安全預(yù)警的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

[1]齊珊珊.當(dāng)前我國水環(huán)境監(jiān)測存在的問題探討[J].科技風(fēng),2012 (06)：197.

[2]康紅.我國水環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀與對策分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2012(32)：121.

[3]王春燕,黃德彬.水環(huán)境監(jiān)測的方法分析[J].環(huán)境科學(xué).2006(11)：477-479.

[4]曉梅.地表水監(jiān)測項(xiàng)目及分析方法[J].環(huán)境科學(xué),2007(8)：129-130.

李偉偉（1981—），女，漢族，河南鄭州人，本科，工程師，主要從事環(huán)境設(shè)計(jì)、規(guī)劃研究工作。