河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

費(fèi) 丹

（遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心（遼寧省水文局））

0 引言

對(duì)河流水環(huán)境進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅涉及專業(yè)較多，而且面廣線長(zhǎng)數(shù)據(jù)海量，所以應(yīng)當(dāng)建立滿足河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，滿足日常工作人員的工作需求。經(jīng)過(guò)本次研究設(shè)計(jì)開發(fā)了河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)河流水環(huán)境受污染情況，便會(huì)立即進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，并形成系統(tǒng)界面警報(bào)信號(hào)，向有關(guān)工作負(fù)責(zé)人發(fā)送預(yù)警信息，以可視化交互功能向決策管理層傳遞及時(shí)制定對(duì)策，有效降低風(fēng)險(xiǎn)損失程度。

1 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能

1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)開發(fā)該系統(tǒng)中將GIS系統(tǒng)作為基礎(chǔ)可視化系統(tǒng)，主要包括了均由軟件系統(tǒng)設(shè)置的10 個(gè)子系統(tǒng)，包括了河流水環(huán)境的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)、危害鑒定、水質(zhì)評(píng)價(jià)、專題地圖、總健康危害風(fēng)險(xiǎn)等子系統(tǒng)，共計(jì)組成了河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管理的基本結(jié)構(gòu)（見圖1），作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)主要功能

圖1 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)圖

文章設(shè)計(jì)開發(fā)的河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)了河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)功能，經(jīng)過(guò)對(duì)其展開風(fēng)險(xiǎn)管理，可以預(yù)測(cè)警報(bào)河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)，并且實(shí)時(shí)向決策者準(zhǔn)確傳遞風(fēng)險(xiǎn)信息，能夠?yàn)闇p少損失和風(fēng)險(xiǎn)爭(zhēng)取有效時(shí)間，最大化降低風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。且基于一定環(huán)境條件下還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)河流水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的推測(cè)。

2 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 設(shè)計(jì)流程

在設(shè)計(jì)本次河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，主要包括以下五個(gè)階段的設(shè)計(jì)流程：

在第一階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，主要負(fù)責(zé)調(diào)查本次設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)需求，為了確保能夠建立更加實(shí)用、完善且科學(xué)的系統(tǒng)，主要的調(diào)查環(huán)節(jié)就是經(jīng)過(guò)該階段調(diào)查，對(duì)于不同級(jí)別人員職責(zé)及管理范圍充分了解，最終確定哪些部分作為主要的共享數(shù)據(jù)。

在第二階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，負(fù)責(zé)獲取河流水環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料和其他社會(huì)資料，作為該系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)。

在第三階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，這一階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對(duì)模型研究，包括了建立風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)模型、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型。

在第四階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，這一階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了設(shè)計(jì)系統(tǒng)總功能、系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)流程、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)空間、屬性信息庫(kù)、系統(tǒng)各系統(tǒng)模塊以及系統(tǒng)的后期調(diào)整完善。

在第五階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，作為設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的最終環(huán)節(jié)，主要完成系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)方法

2.2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

以河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)目標(biāo)為依據(jù)，結(jié)合河流水環(huán)境的具體設(shè)計(jì)情況，設(shè)計(jì)若干個(gè)監(jiān)測(cè)斷面并統(tǒng)籌考慮沿岸地區(qū)范圍的所有水源、污染源、群眾聚集地、風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)地。集中考慮區(qū)域環(huán)境下的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置，借助通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸，為決策部門工作開展提供數(shù)據(jù)信息依據(jù)。

2.2.2 運(yùn)用3S技術(shù)

現(xiàn)如今在中國(guó)的水環(huán)境領(lǐng)域已經(jīng)廣泛運(yùn)用3S技術(shù)，尤其對(duì)于GIS技術(shù)來(lái)講該系統(tǒng)同樣不例外，基于GIS技術(shù)作為支撐型技術(shù)，建立可視化水環(huán)境之后借助GPS、RS技術(shù)，能夠建立緊急預(yù)案和不同空間位置信息的實(shí)時(shí)傳遞。此外還能夠基于外部條件允許前提下，運(yùn)用三維GIS技術(shù)真正提升該系統(tǒng)的運(yùn)用真實(shí)性。

2.2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，主要包括三大步驟：一是對(duì)于不同河流水環(huán)境流段內(nèi)存在的污染物加以明確，譬如基因毒物質(zhì)、軀體毒物質(zhì)。二是能夠確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，獲取河流水環(huán)境所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，能夠?yàn)樵u(píng)價(jià)河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)，所以構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系十分關(guān)鍵，解決河流水環(huán)境的本身存在風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，進(jìn)而判斷河流水環(huán)境的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)可行與否，以及河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的功能需求，最后對(duì)于河流水環(huán)境的健康風(fēng)險(xiǎn)源是否推測(cè)得出，以及是否可以科學(xué)管理風(fēng)險(xiǎn)源。經(jīng)過(guò)以優(yōu)先監(jiān)測(cè)、真實(shí)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、實(shí)用性、可選擇性、拓展性、目的性等為評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)原則。建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以水環(huán)境釋放的基礎(chǔ)、非金屬、放射性、金屬、有機(jī)、藻毒等不同類型污染物，作為構(gòu)建河流水環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的重要組成。三是實(shí)現(xiàn)污染分組，并運(yùn)用對(duì)應(yīng)模型實(shí)施健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，目前尤為常用的指標(biāo)權(quán)重確定法，包括了層次分析法、加權(quán)平均法和矩陣分析法。

3 河流水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型

3.1 水質(zhì)預(yù)測(cè)模型

對(duì)于水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)所建立的模型，主要包括了非穩(wěn)態(tài)一維二維水質(zhì)模型、水環(huán)境容量模型等。目前以西方發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)為代表，以SNSIM、F-S001、SSM、SEM等通用水質(zhì)模型為主，中國(guó)則主要以灰色理論模型、模糊理論模型、回歸模型、時(shí)間序列模型以及動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)元模型。據(jù)以往文獻(xiàn)研究與實(shí)際河流水環(huán)境相結(jié)合，根據(jù)不同的健康風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題選擇針對(duì)性預(yù)測(cè)模型。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則主要運(yùn)用于水環(huán)境預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中，預(yù)測(cè)水環(huán)境以前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、因素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主。

3.2 水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型

在以往文獻(xiàn)中提出BOD 河流水環(huán)境非突發(fā)水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)模型，公式如下：

根據(jù)以上公式演算河流水環(huán)境的健康風(fēng)險(xiǎn)水平，假設(shè)某河段作為水源保護(hù)斷面，對(duì)于2 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)加以考慮過(guò)程中，分別達(dá)到了的上限設(shè)置，隨時(shí)間推移在河流中的水污染物存在不同斷面的安全概率公式如下：

3.3 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型及預(yù)警模型

文章設(shè)計(jì)的河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型作為綜合模型，通常情況下需要首先根據(jù)實(shí)際情況選擇適用的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型，之后將健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型加入其中，二合一即形成了水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)綜合預(yù)測(cè)模型。對(duì)于合理的綜合水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)上，以有關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，與3S 技術(shù)、多媒體技術(shù)相結(jié)合實(shí)時(shí)傳遞管理有關(guān)預(yù)警信息。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

在對(duì)河流水環(huán)境的監(jiān)測(cè)斷面設(shè)定過(guò)程中，需要同時(shí)考慮河流沿岸地區(qū)的主要污染源、人群集中地和飲用水源地等隱患較多的污染源地，設(shè)計(jì)條件監(jiān)測(cè)點(diǎn)位自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，之后將監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至有關(guān)部門。某河流水環(huán)境檢測(cè)點(diǎn)位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。見表1。

表1 某河流水環(huán)境檢測(cè)點(diǎn)位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表

4.2 預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)功能時(shí)，主要是為了滿足對(duì)污染現(xiàn)象有所解決，或是污染物含量本身超標(biāo)后，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集及監(jiān)測(cè)，為該系統(tǒng)的操作使用人員提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)。系統(tǒng)功能主要實(shí)現(xiàn)了采集有關(guān)參數(shù)，包括河流水環(huán)境中污染物的具體類型、發(fā)生時(shí)段、地點(diǎn)、濃度、總量等數(shù)據(jù)信息。之后模擬這些污染物隨時(shí)間推移所造成的影響范圍及程度，對(duì)比事故發(fā)生后的末端處理結(jié)果，從而建立的預(yù)警系統(tǒng)。在一旦出現(xiàn)河流水環(huán)境受污染情況，便會(huì)立即進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，并形成系統(tǒng)界面警報(bào)信號(hào)，并向有關(guān)工作負(fù)責(zé)人發(fā)送預(yù)警信息，以可視化交互功能向決策管理層傳遞及時(shí)制定對(duì)策，有效降低風(fēng)險(xiǎn)損失程度。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本次研究建立河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運(yùn)用效果較好，下一階段也要?jiǎng)?chuàng)新系統(tǒng)功能，打破系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用瓶頸。