環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析方法與評價技術(shù)

邢 昱，趙 穎，秦紅偉，丁 敏，王建英

（河南省環(huán)境監(jiān)測中心，鄭州 450004）

環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著社會的發(fā)展，出現(xiàn)的一些環(huán)境污染問題讓人觸目驚心，對生態(tài)和人的健康造成了極大的危害，一些新的環(huán)境污染（如光污染、噪音污染）也讓人們無所適從。人類對環(huán)境污染問題的關(guān)注達到了前所未有的高度。我國的環(huán)境監(jiān)測能力不論在從業(yè)人員數(shù)量、質(zhì)量方面還是在儀器裝備、技術(shù)能力等方面都取得了長足的發(fā)展。環(huán)境監(jiān)測是指對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，“解碼”客觀環(huán)境，它是治理環(huán)境污染問題、環(huán)境預(yù)警、環(huán)境政策制定的基礎(chǔ)，而監(jiān)測數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測的生命線。我國監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析也由以往的簡單判斷發(fā)展到通過科學的統(tǒng)計方法來判定。本文根據(jù)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的要求，指出了監(jiān)測程序中應(yīng)注意的事項，并討論了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析方法和評價技術(shù)。

1 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的要求

環(huán)境監(jiān)測程序會根據(jù)測定目的有所差異，但大致可以分為6個步驟。環(huán)境監(jiān)測的一般程序為：（1）收集資料，研究調(diào)查區(qū)域的地理環(huán)境和可能污染源的排放規(guī)律；（2）確定監(jiān)測項目，監(jiān)測項目要結(jié)合監(jiān)測區(qū)域污染物特點，按國家監(jiān)測標準進行；（3）確定監(jiān)測點及采樣方法、頻次，樣品要具有代表性；（4）樣品保存要選擇合適的容器、保存方法、運輸工具和運輸條件；（5）根據(jù)樣品特性、測試項目，選擇合適的儀器開展測試分析；（6）開展數(shù)據(jù)處理分析，生成評價報告。

監(jiān)測數(shù)據(jù)除了最后實驗室分析要準確，前期的采樣工作也要按相關(guān)要求來操作，這是正確解讀監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)必須滿足“五性”，即代表性、準確性、精確性、完整性和可比性。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性是指采集的水樣能代表所在區(qū)域的水質(zhì)狀況。這就要求水樣采集布點、采樣時間、頻次合理。城市生活污水布點的選擇一般在總排放口，而河流采樣一般要采集上、中、下三段的水樣；居民區(qū)生活污水排放在不同的時間段變化不大，而工業(yè)廢水排放則很有生產(chǎn)周期性，采集時間要根據(jù)生產(chǎn)周期而定。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性是指測量值與真實值之間的符合程度。因為環(huán)境監(jiān)測很多都不是現(xiàn)場監(jiān)測，需將采集樣品帶到實驗室測定，這就需要分析采樣方法、樣品的保存、運輸和實驗室的環(huán)境對結(jié)果產(chǎn)生的可能影響。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性是指測定值能否再現(xiàn)，有無良好的重復(fù)性。測試結(jié)果的隨機誤差越小，測試精確性越高?？疾楸O(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性，人們可以通過將樣品分批分析、增加測量次數(shù)、測試不同濃度樣品等來實現(xiàn)。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性是指監(jiān)測工作的連續(xù)性、系統(tǒng)性，有關(guān)監(jiān)測信息、結(jié)果無缺漏。這就要求監(jiān)測人員對數(shù)據(jù)負責，對自己的監(jiān)測數(shù)據(jù)簽字負責。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性是指用不同的檢測方法、檢查儀器測定同一水樣污染物，其結(jié)果的吻合程度。

2 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析與評價技術(shù)

2.1 常規(guī)評價方法

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的常規(guī)評價方法是相對在監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中應(yīng)用科學的統(tǒng)計方法而言的。對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行常規(guī)評價時，人們一般依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》等相關(guān)標準和技術(shù)規(guī)范來開展。常規(guī)評價方法主要有矩陣法、網(wǎng)絡(luò)法、圖形疊置法。矩陣法主要有迭代矩陣法和相關(guān)矩陣法，它是由開發(fā)行為和影響環(huán)境因素組成的一個矩陣，可以研究二者的因果關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)法往往通過樹枝狀來表現(xiàn)，它可以洞悉影響因素之間的直接影響或間接影響，可以研究影響因素的累積性影響及繼發(fā)性影響。圖形疊置法主要有手工疊圖和計算機疊圖。它是通過圖形的疊置（環(huán)境影響因素透明圖疊置到基圖上）深淺來表征影響程度，這樣就可以整體看出區(qū)域的影響因素。

2.2 綜合評價方法

影響環(huán)境的因素是多方面的，以往的單因素評價不能全面反映環(huán)境污染狀況，綜合評價法通過對影響環(huán)境各方面的因子進行分析，反映的環(huán)境狀況要更真實、更客觀、更合理。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是一類無序的、離散的、隨機的數(shù)據(jù)，綜合評價法就是通過應(yīng)用科學的統(tǒng)計方法來對這些數(shù)據(jù)進行深度的挖掘。綜合評價法主要有綜合污染指數(shù)法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、層次分析法等。

2.2.1 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是先計算各污染物的濃度值，得出各污染物的指數(shù)，各污染物的指數(shù)可以得到一個綜合指數(shù)，根據(jù)這個指數(shù)來判斷環(huán)境污染程度。蔣火華根據(jù)1990-1998年全國主要河流的綜合污染指數(shù)與水質(zhì)類別比較發(fā)現(xiàn)，綜合污染指數(shù)評價的水質(zhì)類別與水質(zhì)類別判別不易，出現(xiàn)這種矛盾的原因可能是兩種判定原則有區(qū)別，另外標準值差距大也是一個重要原因[1]。他認為可以通過加入權(quán)系數(shù)來解決這一矛盾。

2.2.2 模糊評價法

模糊評價法是基于模糊數(shù)學的一種方法。模糊評價法主要有：模糊聚類法、模糊距離法、模糊貼近度法等。因水質(zhì)分級標準，水體環(huán)境的不確定因素眾多，模糊評價可以用于水質(zhì)級別的模糊性。模糊評價法一般是先確定評價因素（即指標），建立評價集，建立隸屬函數(shù)，確定模糊關(guān)系矩陣，確定模糊權(quán)重集，進行模糊綜合評價。張魁忠對阜新市大氣監(jiān)測資料進行分析發(fā)現(xiàn)，模糊綜合評價法對權(quán)重有充分的考慮，較綜合污染指數(shù)和模糊聚類法有較滿意的結(jié)果[2]。楊林應(yīng)用模糊評價法對湟水源頭扎馬隆斷面水質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)斷面綜合評價與實際結(jié)果相符，模糊污染程度能反映斷面污染狀況，符合實際情況[3]。

2.2.3 灰色評價法

灰色評價法屬于灰色系統(tǒng)理論。內(nèi)部信息已知的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)，完全未知的系統(tǒng)稱黑色系統(tǒng)，而灰色系統(tǒng)介于這兩種系統(tǒng)之間，既有已知的信息，也有未知的信息。在評價環(huán)境質(zhì)量時，獲取的信息是不完全的，適合灰色評價法?；疑u價法主要有灰色聚類法、灰色貼近度分析法、灰色關(guān)聯(lián)評價法。鄭成德通過對甘肅金昌地下水進行分析發(fā)現(xiàn)，灰色評價法信息利用率高，精度有所提高，能注意到水質(zhì)分級的界面，它是評價水質(zhì)的一種好方法[4]。劉文霞根據(jù)克山縣的大氣監(jiān)測結(jié)果，應(yīng)用灰色評價法對空氣質(zhì)量進行評價，發(fā)現(xiàn)此分析方法與傳統(tǒng)方法相比，簡便可行，特別是當評價因子多時，該方法能顯現(xiàn)出優(yōu)越性，能有效對環(huán)境污染進行判別[5]。

2.2.4 物元分析法

物元分析法是我國學者蔡文創(chuàng)立的，它可用來解決不相容問題，最耳熟能詳?shù)囊粋€例子就是曹沖稱象。物元分析在環(huán)境監(jiān)測上有重要的應(yīng)用。環(huán)境監(jiān)測中的布點可以通過影響環(huán)境因素的指標來布點，可是影響環(huán)境監(jiān)測的指標眾多，如果依據(jù)單一指標布點可能產(chǎn)生不相容的問題，應(yīng)用物元分析法可解決這類環(huán)境監(jiān)測中的布點不相容問題，優(yōu)化布點，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性、效率，節(jié)約人力、物力、財力。曹毅在研究竺山灣監(jiān)測站點的布點情況時發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用物元分析，竺山灣監(jiān)測站點可以從之前的14個優(yōu)化到11個，物元分析方法使用簡便，結(jié)果可靠，能優(yōu)化水質(zhì)監(jiān)測站位布點，提高效率，需要注意的是，物元分析也應(yīng)考慮實際情況，最后綜合確定優(yōu)化方案[6]。孫中黨應(yīng)用物元分析方法研究了鄭州市大氣監(jiān)測的布點問題，結(jié)果表明，物元分析方法操作簡便，對多指標影響因子選點問題分析十分準確，評價結(jié)果準確、可靠，可用于大氣監(jiān)測布點[7]。應(yīng)用單項指標來評價同一水系不同斷面的水質(zhì)情況或不同水系的水質(zhì)情況總是不能真實反映環(huán)境質(zhì)量的不同，物元分析的應(yīng)用可以解決這一難題。王國平以蘇州市大運河的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行物元分析，結(jié)果表明，物元分析法評價同一水系不同斷面的水質(zhì)情況是可行的[8]。

2.2.5 集對分析法

集對分析是我國學者趙克勤在1989年提出的，其主要用于解決確定性和不確定性之間的相互作用。所謂集對，是一個對子，它是由兩個有一定聯(lián)系的集合組成。集對分析的思路是在一定問題背景下，集合A和集合B構(gòu)成的對子會有相同的特性、相反的特性、差異特性，這些特性就反映了這兩個集合的聯(lián)系情況。在環(huán)境質(zhì)量評價中，應(yīng)用集對分析就是將樣本值（監(jiān)測數(shù)據(jù)）與指標環(huán)境質(zhì)量標準組成一個對子，計算兩個集合指標之間的聯(lián)系度、平均聯(lián)系度來評價環(huán)境質(zhì)量。張文藝對馬鞍山大氣質(zhì)量進行綜合評價，結(jié)果表明，集對分析能夠準確判別大氣污染情況，方法簡便，能很好處理不確定問題[9]。李凡修對成都市大氣環(huán)境監(jiān)測點進行研究，結(jié)果表明，集對分析法應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測站點優(yōu)化是可行的[10]。

2.2.6 層次分析法

層次分析法是美國運籌學家T L Saaty提出的，它是將復(fù)雜問題分為若干層次、若干因素，分析各因素之間的關(guān)系，獲得最優(yōu)方案。層次分析法的有4個步驟，首先是建立層次結(jié)構(gòu)模型，其次是構(gòu)造半段矩陣并求最大特征根和特征向量，然后計算判斷矩陣一致性指標，并檢驗一致性，最后是層次總排序。王曉明應(yīng)用層次分析法分析千島湖水質(zhì)情況，結(jié)果表明，水質(zhì)指標排放能很好地反映千島湖水質(zhì)受城鎮(zhèn)生活污水影響較大，水環(huán)境目標表明千島湖受工業(yè)污染有限[11]。層次分析能為千島湖治理提供助力。

3 結(jié)語

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護的基礎(chǔ)，而監(jiān)測數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測的生命線。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行充分挖掘是更好地解讀客觀環(huán)境的關(guān)鍵。采樣前的準備工作對監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量有很大影響，要特別注意，采樣工作一定要按國家或行業(yè)相關(guān)標準嚴格執(zhí)行。各地區(qū)污染物不一，對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的評價要找到適合的評價方法，提高分析能力，更好地為環(huán)境保護作貢獻。

1 蔣火華，朱建平，梁德華，等.綜合污染指數(shù)評價與水質(zhì)類別判定的關(guān)系[J].中國環(huán)境監(jiān)測，1999，15（6）：46-48.

2 張魁忠，關(guān) 遠.大氣環(huán)境質(zhì)量的模糊綜合評價方法[J].阜新礦業(yè)學院學報，1995，14（3）：125-128.

3 楊 林，李小玲.模糊數(shù)學在湟水流域水質(zhì)綜合評價中的應(yīng)用[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2000，16（6）：49-52.

4 鄭成德.水環(huán)境質(zhì)量評價的灰色聚類法[J].水文，1998，（4）：23-27.

5 劉文霞，李艷榮，石雪梅.應(yīng)用灰色聚類分析方法對環(huán)境空氣質(zhì)量進行評價[J].黑龍江環(huán)境通報，2001，（4）：72-73.

6 曹 毅.物元分析法在水質(zhì)監(jiān)測優(yōu)化布點中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2012，4（1）：43-45.

7 孫中黨，畢雪玲.物元分析法在鄭州市大氣監(jiān)測優(yōu)化布點中的應(yīng)用[J].河南科學，1999，17（2）：194-199.

8 王國平，王洪光.物元分析法用于水環(huán)境質(zhì)量的評價比較[J].干旱環(huán)境監(jiān)測，1997，11（2）：65-67.

9 張文藝，方 華，蔡建安，等.利用集對分析法對馬鞍山市大氣環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價[J].南京理工大學學報，2003，27（4）：426-430.

10 李凡修，辛 焰.集對分析用于湖泊富營養(yǎng)化評價研究[J].重慶環(huán)境科學，2000，22（6）：10-11.

11 王曉明，許 玉，王秀珍，等.運用層次分析法的水質(zhì)指標和環(huán)境保護措施研究[J].黑龍江水專學報，2005，32（4）：130-133.