流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：流域水生態(tài)環(huán)境；生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)；全過(guò)程質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

在當(dāng)今社會(huì)，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，以及人口的不斷增長(zhǎng)，不同流域的水生態(tài)環(huán)境也面臨污染問(wèn)題。這些污染問(wèn)題不僅包括化學(xué)污染、生物污染，還涉及到物理污染等多個(gè)方面，它們對(duì)水體的健康、生態(tài)平衡以及周邊環(huán)境的穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。高質(zhì)量的環(huán)境監(jiān)測(cè)不僅可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境的污染問(wèn)題，還可以為制定科學(xué)的環(huán)境保護(hù)政策和措施提供重要依據(jù)。在當(dāng)前水生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)重污染問(wèn)題的背景下，加強(qiáng)高質(zhì)量的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作具有非常重要的意義。應(yīng)該不斷完善監(jiān)測(cè)體系、提高監(jiān)測(cè)能力、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，為保護(hù)水生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生物多樣性和生態(tài)平衡做出更大的貢獻(xiàn)。

監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制是要確保監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)流程都滿足國(guó)家對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，確保監(jiān)控系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性?，F(xiàn)有的發(fā)展較為成熟的監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)包括：基于RSEI的環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)、基于Google Earth Engine云平臺(tái)的環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)和基于氨氮實(shí)測(cè)結(jié)果的環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)，然而上述傳統(tǒng)的質(zhì)量控制技術(shù)存在控制效果不佳的情況，主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)精度等方面，為了解決傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法以及質(zhì)量控制技術(shù)在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，以流域水生態(tài)環(huán)境為監(jiān)測(cè)對(duì)象，優(yōu)化設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)，以期能夠幫助準(zhǔn)確識(shí)別污染源并掌握其污染物的類(lèi)型和排放量，實(shí)施針對(duì)性的污染管理措施，降低污染源擴(kuò)散對(duì)水生態(tài)的影響。

1模擬流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程

流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、監(jiān)測(cè)計(jì)劃設(shè)計(jì)、測(cè)點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝、樣品采樣、相關(guān)數(shù)據(jù)采集與分析、監(jiān)測(cè)指標(biāo)計(jì)算等。在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，利用流域水環(huán)境測(cè)點(diǎn)位置中的硬件設(shè)備，獲取實(shí)時(shí)水樣并得出當(dāng)前水樣中相關(guān)指標(biāo)的具體取值，假設(shè)流域水生態(tài)環(huán)境中監(jiān)測(cè)指標(biāo)為x₁、x₂…、xn_index，其中n_index為流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)量，通過(guò)硬件設(shè)備對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，得出各指標(biāo)的具體取值，則流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果為式（1）：

2確定流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量影響因素

流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)時(shí)效性兩個(gè)方面。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量越多、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及水樣的采集與計(jì)算精度越高，對(duì)應(yīng)流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)精度質(zhì)量越高。另外由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的增加，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作中運(yùn)算數(shù)據(jù)的增加，從而降低環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)效性，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量與監(jiān)測(cè)時(shí)效性之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，另外硬件監(jiān)測(cè)設(shè)備的執(zhí)行速度、數(shù)據(jù)計(jì)算與分析速度會(huì)對(duì)流域水生態(tài)環(huán)境的時(shí)效性產(chǎn)生正面影響。

3流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制流程設(shè)計(jì)

3.1流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)質(zhì)量控制

為提升流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)精度質(zhì)量，擴(kuò)大流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)范圍，在一定程度上增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，并確定各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體安裝位置。流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要從水平和豎直兩個(gè)方向上進(jìn)行布設(shè)，其中豎直方向上的布設(shè)情況見(jiàn)圖1。

根據(jù)河流監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置原則、技術(shù)要求，充分考慮斷面取樣的可操作性，確定斷面地點(diǎn)應(yīng)選擇在河道平直、水流順暢、無(wú)急流湍流、取樣與樣品運(yùn)送方便等區(qū)域，并采用完整混合模型估算出污染區(qū)范圍，將斷面布置在水質(zhì)分布均勻的區(qū)域，避免臨近的污染源及排放點(diǎn)等。從水平維度方面來(lái)看，根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的有效監(jiān)測(cè)范圍，確定各個(gè)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置位置。

4控制效果測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析

4.1流域研究區(qū)域概況

此次實(shí)驗(yàn)選擇某河流及其周?chē)鷧^(qū)域作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，流域總面積約為22500 km²，河流岸線長(zhǎng)度為160 km，長(zhǎng)軸和短軸長(zhǎng)度分別為50 km和20 km，正常水位條件下河流面積約為850 km²，平均深度為3.3 m。河床大部分是裸露的基巖，河床高約900～950 m，河床的縱坡約3‰。河曲發(fā)育，谷地多為“U”形。河床兩側(cè)多為基巖型山地，屬于沖積型低中山區(qū)。兩岸河岸坡具有25°～30°的天然斜坡，并有幾條NE向的沖刷溝。研究選取的流域?yàn)榘敫珊荡箨懶詺夂?。夏季多雨，酷熱難耐，而冬季則是干冷的。結(jié)果表明，該區(qū)年平均降雨量為50.2cm，其中東部山地降水最多，西部平原降水最少。

4.2描述環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)運(yùn)行與測(cè)試過(guò)程

根據(jù)流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)果，在流域研究區(qū)域內(nèi)確定測(cè)點(diǎn)的具體位置，并將改裝的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝到測(cè)點(diǎn)位置上。安裝設(shè)備內(nèi)部包含DS18820數(shù)字溫度傳感器、米科MIK-MPP1000多參數(shù)水質(zhì)分析儀兩種。其中，DS18820數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫范圍為-55℃～+1250C測(cè)量精度為±0.5℃@（-10℃～85℃）最小分辨率為0.0625℃。米科MIK-MPP1000多參數(shù)水質(zhì)分析儀監(jiān)測(cè)pH時(shí)的測(cè)量方法為電極法。量程為0～14pH，±2 000 mV（ OPR）、分辨率為0.01 pH，±1mV（OPR）、精度為0.01pH，±20mV（OPR）。

按照上述方式實(shí)現(xiàn)對(duì)流域水生態(tài)環(huán)境中多個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝。選擇所提方法作為質(zhì)量控制對(duì)象，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及指標(biāo)篩選等步驟進(jìn)行質(zhì)量控制，并得出優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)控制作用下，流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果。如圖2所示的是測(cè)點(diǎn)1位置上的水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果。

在水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，記錄生態(tài)環(huán)境參數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)，作為驗(yàn)證監(jiān)測(cè)性能的比對(duì)數(shù)據(jù)。按照上述方式可以得出流域范圍內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)在任意時(shí)刻的監(jiān)測(cè)輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的對(duì)比技術(shù)為基于RSEI的環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)和基于Google EarthEngine云平臺(tái)的環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)，并與控制技術(shù)應(yīng)用前的監(jiān)測(cè)性能指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，從而得出反映質(zhì)量控制效果的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果。

4.3控制效果測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量的控制目的，分別從環(huán)境監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)范圍兩個(gè)方面設(shè)置控制效果的測(cè)試指標(biāo)，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，得出流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)精度質(zhì)量控制效果的測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表1。

無(wú)質(zhì)量控制技術(shù)作用下流域水生態(tài)環(huán)境水溫和pH值的平均監(jiān)測(cè)誤差分別為1.0℃和0.58℃，在兩種傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)作用下，平均水溫監(jiān)測(cè)誤差分別為0.42℃和0.34℃，平均pH值監(jiān)測(cè)誤差分別為0.22和0.18，而在優(yōu)化設(shè)計(jì)流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)作用下，水溫和pH值的平均監(jiān)測(cè)誤差分別為0.06℃和0.04。

在不同質(zhì)量控制技術(shù)作用下，流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍的測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)圖3。

從圖3中可以看出，在優(yōu)化設(shè)計(jì)流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)全過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)作用下，有效擴(kuò)大了流域水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)范圍，監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大約60%，與兩種傳統(tǒng)技術(shù)相比，監(jiān)測(cè)范圍分別擴(kuò)大約40%和30%。

5結(jié)束語(yǔ)

為及時(shí)、精確地掌握流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及其變化原因，防止進(jìn)一步惡化，調(diào)整保護(hù)措施，為正確認(rèn)識(shí)、保護(hù)和管理提供基礎(chǔ)，必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此，對(duì)流域進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。在此次研究中通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)全過(guò)程的質(zhì)量控制，提升環(huán)境的監(jiān)測(cè)質(zhì)量，從而得出更有價(jià)值的環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，所提技術(shù)應(yīng)用后水溫和pH值的監(jiān)測(cè)誤差分別降低了0.32℃和0.16，監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大約35%。表明該技術(shù)能夠有效降低監(jiān)測(cè)誤差，擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，并提高監(jiān)測(cè)的全面性和精度。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以更準(zhǔn)確地識(shí)別污染源，掌握污染物的類(lèi)型和排放量，有針對(duì)性地實(shí)施污染管理措施，更好地保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)。