大數(shù)據(jù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的價(jià)值及實(shí)踐

沈 琪

（鹽城市響水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 鹽城 224600）

引言

在水環(huán)境監(jiān)測與管理中融入大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)，要結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測管理的要求選擇正確的技術(shù)應(yīng)用方案，注重水環(huán)境監(jiān)測與管理信息的有效整合，將大數(shù)據(jù)技術(shù)貫穿于不同的工作環(huán)節(jié)，逐步提升水環(huán)境監(jiān)測與管理的針對(duì)性，快速應(yīng)對(duì)水環(huán)境管理中存在的各項(xiàng)問題，凸顯現(xiàn)代化的工作方案。

1 水環(huán)境監(jiān)測與管理的目標(biāo)

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，水環(huán)境污染問題日益突出，給人類健康和生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的威脅。為了保護(hù)水資源，維護(hù)生態(tài)平衡，水環(huán)境監(jiān)測與管理顯得尤為重要。水環(huán)境監(jiān)測與管理的目標(biāo)，旨在確保水的質(zhì)量達(dá)到國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，減少水污染和生態(tài)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，為人類提供清潔、可持續(xù)的水資源。具體而言，水環(huán)境監(jiān)測與管理的目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：首先是建立全面的水環(huán)境監(jiān)測體系，包括監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測方法和監(jiān)測設(shè)備的建設(shè)和完善。通過建立監(jiān)測站點(diǎn)覆蓋全國各地的重要水域，使監(jiān)測工作覆蓋范圍更廣、精度更高。同時(shí)，不斷改進(jìn)監(jiān)測方法和技術(shù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，提高監(jiān)測設(shè)備的性能和穩(wěn)定性，確保監(jiān)測工作能夠持續(xù)進(jìn)行。

其次是建立全面的水環(huán)境數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、分析和共享。通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式，確保不同機(jī)構(gòu)和部門的數(shù)據(jù)能夠互通互用。同時(shí)，借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段，建立起實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)掌握水環(huán)境的變化和污染源的情況。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析和挖掘，為政府決策提供科學(xué)依據(jù)，為公眾提供準(zhǔn)確的水環(huán)境信息，以及制定和執(zhí)行科學(xué)合理的水環(huán)境保護(hù)政策和措施。通過科學(xué)評(píng)估和預(yù)測，制定符合國情和地方實(shí)際的水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和限排規(guī)定。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)污染行業(yè)和區(qū)域的監(jiān)管，推動(dòng)節(jié)水、水治理和水資源的綜合利用，提高水資源的利用效率。此外，還需要加大對(duì)水環(huán)境污染的懲罰力度，確保法律法規(guī)的嚴(yán)格執(zhí)行。

最后是加強(qiáng)國際交流與合作，推動(dòng)全球范圍內(nèi)的水環(huán)境治理。水污染問題是全球性的挑戰(zhàn)，需要各國共同努力。通過與國際組織和其他國家的合作，分享經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，共同研究解決方案，推動(dòng)水環(huán)境治理的全球合作[1]。通過多邊合作機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)跨境水污染的治理和管理，確保水資源的可持續(xù)利用。水環(huán)境監(jiān)測與管理的目標(biāo)，是為了保護(hù)水資源、保障生態(tài)安全、維護(hù)人類健康和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。它需要政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和公眾的共同參與和努力。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中運(yùn)用的作用

近年來，隨著社會(huì)的快速發(fā)展和環(huán)境問題的日益凸顯，水資源的保護(hù)和管理已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)。為了監(jiān)測和管理水環(huán)境，科學(xué)家們引入了大數(shù)據(jù)技術(shù)，其在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的應(yīng)用作用不可忽視。大數(shù)據(jù)技術(shù)為水環(huán)境監(jiān)測提供了高效、精準(zhǔn)的手段，傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測方法通常需要大量的人力、物力和時(shí)間投入，而且數(shù)據(jù)的采集和處理過程相對(duì)較慢。然而，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，科學(xué)家們能夠利用各類傳感器、監(jiān)測設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)、自動(dòng)地收集和分析大量的水質(zhì)、水量、水生態(tài)等方面的數(shù)據(jù)。這樣一來，監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性大幅提升，為環(huán)境管理部門和決策者提供了科學(xué)依據(jù)。同時(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)在水環(huán)境管理中發(fā)揮了重要的決策支持作用。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，科學(xué)家們可以對(duì)水質(zhì)污染源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和定位，幫助相關(guān)部門快速找出污染源頭，并采取相應(yīng)的控制措施。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還能夠進(jìn)行水環(huán)境模擬和預(yù)測，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，科學(xué)家們可以模擬不同情景下的水質(zhì)變化趨勢(shì)，為環(huán)境管理決策提供科學(xué)依據(jù)。除此之外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還能夠幫助提升水環(huán)境管理的效率和精細(xì)化程度。在傳統(tǒng)的管理模式中，往往需要大量的人力投入進(jìn)行日常巡查和監(jiān)測工作，工作效率低下且存在著盲區(qū)。而引入大數(shù)據(jù)技術(shù)后，科學(xué)家們可以通過數(shù)據(jù)分析和智能算法，對(duì)水環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警。這樣一來，不僅可以減輕管理人員的工作負(fù)擔(dān)，還能夠加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境的實(shí)時(shí)和全面監(jiān)管，提高了管理效率和水質(zhì)管控的精度。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測與管理的信息共享和合作。通過搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或者數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，科學(xué)家們可以將各地的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和共享，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門的信息流通和共同監(jiān)管。這種跨界合作和信息共享的模式有助于加強(qiáng)水環(huán)境問題的全球治理，促進(jìn)不同地區(qū)和國家之間的合作與交流[2]。大數(shù)據(jù)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中發(fā)揮著重要的作用。它不僅提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，還能夠提升管理效率和精細(xì)化程度，促進(jìn)信息共享和合作。

3 大數(shù)據(jù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的具體應(yīng)用

3.1 創(chuàng)新監(jiān)測手段

創(chuàng)新監(jiān)測手段是指基于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息化的進(jìn)步而開發(fā)出的全新水環(huán)境監(jiān)測方法和工具，它們能夠更準(zhǔn)確、更高效地獲取并處理水環(huán)境相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，為水環(huán)境的管理和保護(hù)提供更可靠的依據(jù)。而其中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用無疑是創(chuàng)新監(jiān)測手段中的一大亮點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和信息化的深入推進(jìn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的熱門話題。在水環(huán)境監(jiān)測與管理中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)取得了顯著的成果。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測手段主要依賴于人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，這種方法存在著操作復(fù)雜、耗時(shí)耗力等問題，且采樣點(diǎn)有限，不能全面準(zhǔn)確地反映水環(huán)境狀況。而大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入則能夠有效地解決這些問題。首先，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過搭建數(shù)據(jù)平臺(tái)和建立數(shù)據(jù)集，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和大規(guī)模監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用使得海量的水環(huán)境數(shù)據(jù)能夠被高效采集和存儲(chǔ)起來，并通過云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳輸。這為水環(huán)境的監(jiān)測與管理提供了更加全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

其次，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過數(shù)據(jù)挖掘和分析，能夠從龐大的數(shù)據(jù)集中提取并發(fā)現(xiàn)隱藏的規(guī)律和關(guān)聯(lián)性。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測手段所得到的數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過繁瑣的數(shù)據(jù)處理和分析才能得出有意義的結(jié)論。而大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用則能夠通過機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等算法，自動(dòng)分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)異常變化，并預(yù)測未來的水環(huán)境狀況。這使得水環(huán)境監(jiān)測可以更加及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題和預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間化分析和可視化呈現(xiàn)。通過將水環(huán)境數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以更加直觀地了解水環(huán)境的空間分布和變化趨勢(shì)?；贕IS的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)可以通過地圖、圖表等方式將監(jiān)測結(jié)果直觀呈現(xiàn)，從而方便相關(guān)部門和公眾了解水環(huán)境的狀況，并采取相應(yīng)的管理和保護(hù)措施。除此之外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以與無人機(jī)、衛(wèi)星遙感等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的遙感監(jiān)測。通過無人機(jī)的航拍和衛(wèi)星的遙感，可以及時(shí)獲取大范圍的水環(huán)境數(shù)據(jù)，包括水體的水質(zhì)、水位、植被覆蓋等信息。這種遙感監(jiān)測手段不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水環(huán)境的全面覆蓋，還可以提供高數(shù)據(jù)的分辨率，幫助相關(guān)部門更好地了解和管理水環(huán)境[3]。

3.2 整理水環(huán)境信息

水是生命之源，維護(hù)水環(huán)境的健康與安全對(duì)于人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。借助現(xiàn)代科技的發(fā)展，工作人員可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來整理和分析水環(huán)境方面的信息，從而更好地監(jiān)測和管理水資源。整理水環(huán)境信息是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的過程，在前期工作中，需要收集各類水環(huán)境數(shù)據(jù)，包括水質(zhì)數(shù)據(jù)、水體監(jiān)測數(shù)據(jù)、水生態(tài)數(shù)據(jù)以及人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響等。這些數(shù)據(jù)的來源不同，可能涉及多個(gè)部門、機(jī)構(gòu)或組織。因此，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合和清洗，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。大數(shù)據(jù)技術(shù)在整理水環(huán)境信息方面發(fā)揮著重要的作用。首先，它可以幫助工作人員處理海量的數(shù)據(jù)，高效地將各種數(shù)據(jù)整合為一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。通過數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，可以更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較和分析，從而更準(zhǔn)確地了解水環(huán)境的現(xiàn)狀和趨勢(shì)。同時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助人們挖掘數(shù)據(jù)中的潛在信息和模式。通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，工作人員可以發(fā)現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律和趨勢(shì)。例如，工作人員可以通過分析水質(zhì)數(shù)據(jù)，預(yù)測水體中某種有害物質(zhì)的濃度變化趨勢(shì)，從而及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行治理和改善。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以幫助工作人員建立水環(huán)境模型，模擬水環(huán)境變化和預(yù)測未來的發(fā)展趨勢(shì)。通過整合不同的數(shù)據(jù)源和參數(shù)，工作人員可以建立復(fù)雜的水環(huán)境模型，模擬不同因素對(duì)水環(huán)境的影響，并預(yù)測未來的水質(zhì)狀況和水資源供需情況。這些模型可以為決策者和管理者提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)水資源的合理利用和保護(hù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)在整理水環(huán)境信息方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，工作人員可以更好地理解和把握水環(huán)境的現(xiàn)狀和變化，為水資源的管理和保護(hù)提供有力的支持。然而，工作人員也要認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)、算法的準(zhǔn)確性和模型的可靠性等。

3.3 在線監(jiān)測污染源

近年來，污染源在線監(jiān)測在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用和重視，它利用先進(jìn)的傳感技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析污染源的排放情況，為環(huán)境保護(hù)部門提供了重要的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)決策依據(jù)。大數(shù)據(jù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的具體應(yīng)用是指利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法，對(duì)水環(huán)境中的污染源進(jìn)行在線監(jiān)測和分析。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測手段主要依靠定點(diǎn)取樣、實(shí)驗(yàn)室分析等，由于取樣周期較長、分析結(jié)果時(shí)間滯后等原因，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性受到限制。而污染源在線監(jiān)測通過安裝傳感器設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)、連續(xù)地監(jiān)測污染源的排放情況，獲取大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在污染源在線監(jiān)測中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以分為兩個(gè)方面。首先是數(shù)據(jù)采集和傳輸方面，通過廣泛應(yīng)用傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取水體中各種物理、化學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。其次是數(shù)據(jù)分析和決策方面，通過大數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的分析，提取有價(jià)值的信息，為環(huán)境保護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。

污染源在線監(jiān)測的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是實(shí)時(shí)性和連續(xù)性。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法只能獲得有限的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，且監(jiān)測周期較長，無法全面反映污染源的實(shí)時(shí)排放情況。而在線監(jiān)測可以實(shí)時(shí)、連續(xù)地獲取數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反映污染源的排放情況。其次是多元性和全面性。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以同時(shí)監(jiān)測和分析多種參數(shù)，如水質(zhì)、流速、溫度等，為環(huán)境保護(hù)部門提供了更全面、多元化的數(shù)據(jù)支持。再次是快速響應(yīng)和預(yù)警能力。在線監(jiān)測系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并通過數(shù)據(jù)分析，提供預(yù)警信息，為環(huán)境保護(hù)部門采取有效措施提供依據(jù)。污染源在線監(jiān)測的應(yīng)用前景廣闊。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，監(jiān)測設(shè)備的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度也將不斷提高，監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和時(shí)效性將得到進(jìn)一步提升。同時(shí)，大數(shù)據(jù)分析算法的優(yōu)化和升級(jí)，將使監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析更加準(zhǔn)確、高效。這些將為環(huán)境保護(hù)部門提供更多、更有效的數(shù)據(jù)支持，為相關(guān)決策和措施的制定提供更科學(xué)、更可靠的依據(jù)。

3.4 促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測信息的共享

近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的應(yīng)用日益廣泛，成為推動(dòng)水環(huán)境保護(hù)工作的重要利器。在過去，水環(huán)境監(jiān)測主要依賴傳統(tǒng)的實(shí)地采樣和實(shí)驗(yàn)室分析方法，這種方式耗時(shí)費(fèi)力且成本較高，數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)，難以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測和及時(shí)預(yù)警。而隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入，水環(huán)境監(jiān)測的方式發(fā)生了天翻地覆的變化，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測信息的共享，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)，可以實(shí)時(shí)收集水環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，并將其上傳至云端平臺(tái)。各個(gè)相關(guān)部門、科研機(jī)構(gòu)和企事業(yè)單位可以通過云端平臺(tái)獲取這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享和交流。這樣一來，不同單位之間可以及時(shí)了解水環(huán)境的狀況，共同參與到水環(huán)境保護(hù)和治理中來，形成合力，提高水環(huán)境管理的效率和準(zhǔn)確性。大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速處理和分析，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，結(jié)果也不一定準(zhǔn)確。而利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對(duì)大規(guī)模的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理和分析，快速得出準(zhǔn)確的結(jié)果。例如，通過數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以分析出水環(huán)境中的異常情況和潛在問題，提前做出預(yù)警和應(yīng)對(duì)措施。這種快速處理和分析的能力，使得水環(huán)境監(jiān)測工作更加高效和精準(zhǔn)。另外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化展示。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，可以將水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)以圖形、圖表等形式直觀地展現(xiàn)出來[4]。這樣一來，不僅可以方便用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和分析，還可以使數(shù)據(jù)更加直觀、易懂，提高了共享的效果和推廣的力度。同時(shí)，數(shù)據(jù)可視化也有助于公眾對(duì)水環(huán)境狀況的了解，加大全社會(huì)對(duì)水環(huán)境保護(hù)的重視，并積極參與到水環(huán)境保護(hù)中來。

4 結(jié)語

在水環(huán)境監(jiān)測與管理中融入大數(shù)據(jù)技術(shù)所發(fā)揮出的作用較為突出，因此相關(guān)人員需要對(duì)此引起足夠的重視，提高自身的信息素養(yǎng)，掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的運(yùn)用技巧，與原有水環(huán)境監(jiān)測與管理模式進(jìn)行相互對(duì)接，開發(fā)全新的技術(shù)應(yīng)用場景，持續(xù)提高水環(huán)境監(jiān)測與管理的科學(xué)化和精細(xì)化水平，為生態(tài)環(huán)境管理提供重要的支持。