徐 瑞

（貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 貴州貴陽(yáng) 550081）

隨著我國(guó)水污染事件的頻發(fā)，國(guó)內(nèi)對(duì)構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了大量的探討與研究，如蘇維詞[1]就烏江流域水環(huán)境預(yù)警的方法和技術(shù)進(jìn)行了探討；董志穎等[2]應(yīng)用水質(zhì)預(yù)警理論并結(jié)合GIS技術(shù)建立了吉林西部水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)等。我國(guó)逐步在廣西桂江[3]、漢江[4]、黃河[5]、長(zhǎng)江[6]等建成了水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)區(qū)域和流域內(nèi)水污染控制發(fā)揮了重要作用。本文將對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的主要功能

水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來(lái)評(píng)價(jià)該區(qū)域或流域水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)，從而對(duì)突發(fā)的或是潛在的水污染進(jìn)行預(yù)警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)，對(duì)江、河、水庫(kù)、湖泊等地表水和地下水中的污染因子進(jìn)行常規(guī)性監(jiān)測(cè)，以掌握水質(zhì)現(xiàn)狀及其變化趨勢(shì)，從而預(yù)防潛在的水污染風(fēng)險(xiǎn)；另一點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)、生活等廢（污）水進(jìn)行監(jiān)督性監(jiān)測(cè)，掌握污染物排放總量，為污染源監(jiān)管提供依據(jù)，為突發(fā)性水污染事件提供即時(shí)預(yù)警信息。

該系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)一般可以分為確定警情、尋找警源、分析警源和預(yù)報(bào)警度這四個(gè)步驟[7]。這里確定警情是預(yù)警的基礎(chǔ)，是對(duì)水質(zhì)現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)結(jié)果的描述；尋找警源是預(yù)警過(guò)程的起點(diǎn)，是預(yù)防水污染風(fēng)險(xiǎn)的前提保證；分析警源是預(yù)警的關(guān)鍵，準(zhǔn)確把握水質(zhì)狀況的變化趨勢(shì)，才能做到準(zhǔn)確預(yù)警；預(yù)報(bào)警度就是預(yù)報(bào)警情的嚴(yán)重程度。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的：水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)和水質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)[8]。見(jiàn)圖1.

圖1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其工作流程

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其運(yùn)轉(zhuǎn)模式為：首先，確定監(jiān)測(cè)對(duì)象，并針對(duì)該對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)確定監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)。接著，應(yīng)用全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。然后，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最后，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息與其監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送到水質(zhì)分析系統(tǒng)。

2.2 水質(zhì)分析系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的核心，其采用適當(dāng)?shù)念A(yù)警方法來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息進(jìn)行分析，從而得到監(jiān)測(cè)對(duì)象的水質(zhì)狀況及其變化趨勢(shì)。

2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵，其主要任務(wù)是根據(jù)預(yù)警閾值的界定對(duì)水質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)并預(yù)報(bào)警度。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建

水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建、預(yù)警方法的選取和預(yù)警閾值的界定三大部分[9]。預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建是進(jìn)行預(yù)警方法選擇、計(jì)算和分析的基礎(chǔ)，預(yù)警方法輸出的結(jié)果是預(yù)警閾值界定的依據(jù)。

3.1 預(yù)警指標(biāo)體系

預(yù)警指標(biāo)體系，就是由一系列相互聯(lián)系的能敏感地反映水質(zhì)狀況的因子結(jié)合所構(gòu)成的整體。由于影響水質(zhì)的因素眾多，并且各個(gè)影響因子之間又存在著復(fù)雜的關(guān)系，所以建立一套完整的，合理的預(yù)警指標(biāo)體系是構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的首要步驟。在構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)滿足以下三個(gè)原則[10]：

3.1.1 全面性。所選用的指標(biāo)能夠全面客觀地反映水質(zhì)狀況。這直接關(guān)系到整個(gè)體系的好壞。

3.1.2 可操作性。所選用的指標(biāo)要有可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，建立的指標(biāo)體系簡(jiǎn)明易于操作，盡可能采用國(guó)際上通用的名稱、概念和單位，有利于相關(guān)人員的實(shí)際操作。

3.1.3 動(dòng)態(tài)性。隨著時(shí)間的推移和條件的變化，水污染狀況也會(huì)發(fā)生變化，個(gè)別預(yù)警指標(biāo)可能不再具有預(yù)測(cè)的作用，因此需要適時(shí)地對(duì)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整或替換。

3.2 預(yù)警方法

預(yù)警方法就是監(jiān)測(cè)信息的綜合分析方法。在建立了預(yù)警指標(biāo)體系后，就要選用適當(dāng)?shù)念A(yù)警方法來(lái)對(duì)該指標(biāo)體系進(jìn)行綜合分析。預(yù)警方法一般可以分為統(tǒng)計(jì)預(yù)警和模型預(yù)警兩大類。

3.2.1 統(tǒng)計(jì)預(yù)警。統(tǒng)計(jì)預(yù)警主要是決策樹方法。一般決策樹模型中的各個(gè)決策對(duì)象之間可以按照因果關(guān)系、復(fù)雜程度和從屬關(guān)系分為若干等級(jí)，各等級(jí)之間用線條連接。其基本原理是用決策點(diǎn)代表決策問(wèn)題，用方案分枝代表可供選擇的方案，用概率分枝代表方案可能出現(xiàn)的各種結(jié)果，經(jīng)過(guò)對(duì)各種方案在各種結(jié)果條件下?lián)p益值的計(jì)算比較，提供決策依據(jù)。

3.2.2 模型預(yù)警。模型預(yù)警是最常用到預(yù)警方法，其主要是利用水質(zhì)模型來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行預(yù)警分析。水質(zhì)模型是依據(jù)物理、化學(xué)、生物等原理,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)針對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來(lái)的數(shù)學(xué)模型。曹永中等人[11]對(duì)多種河流水質(zhì)模型進(jìn)行了研究，并指出水質(zhì)模型預(yù)警是順利實(shí)現(xiàn)水環(huán)境規(guī)劃管理、水污染綜合防治等任務(wù)不可缺少的基礎(chǔ)工作。萬(wàn)金保和李媛媛[12]對(duì)湖泊水質(zhì)模型的研究發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并認(rèn)為水質(zhì)模型預(yù)警作為湖泊水環(huán)境污染治理、規(guī)劃決策分析中的一個(gè)重要工具,它可以為湖泊的綜合整治和科學(xué)管理提供科學(xué)的依據(jù),在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

3.3 預(yù)警閾值

水環(huán)境的自凈能力和納污能力具有一定的限度，即閾值，當(dāng)人們對(duì)水環(huán)境的影響超出了這個(gè)閾值，就會(huì)導(dǎo)致水污染，破壞水環(huán)境結(jié)構(gòu)。預(yù)警閾值的界定包含了確定警限和警度劃分兩個(gè)內(nèi)容。警限是警度劃分的分界線。確定警限和警度劃分的方法通常有對(duì)比判斷法、專家確定法、綜合評(píng)判法等。陳國(guó)階等人[13]認(rèn)為可以以水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為警戒線，因?yàn)榄h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具有簡(jiǎn)潔易行和定量標(biāo)準(zhǔn)明確的特點(diǎn)，應(yīng)該具有廣泛的適用性。

4 結(jié)語(yǔ)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、邏輯推理和科學(xué)預(yù)測(cè)的方法技術(shù)，對(duì)水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，并發(fā)出警示信號(hào)的一套復(fù)雜的系統(tǒng)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能夠全面反映水質(zhì)狀況和趨勢(shì)，準(zhǔn)確預(yù)警各類水污染事件，為環(huán)境保護(hù)決策和環(huán)境管理提供大量科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警信息。加快推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，既是環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)自身發(fā)展的需要，更是實(shí)現(xiàn)環(huán)保歷史性轉(zhuǎn)變、探索環(huán)保新道路的迫切要求。

[1]蘇維詞，李久林．烏江流域生態(tài)環(huán)境預(yù)警評(píng)價(jià)初探[J]．貴州科學(xué)，1997，15(3):207—214.

[2]董志穎，王娟，李兵．水質(zhì)預(yù)警理論初探[J]．水土保持研究，2002，9(3):224—225.

[3]陳惠君，唐允吉，吳貴彬.廣西桂江水質(zhì)預(yù)警預(yù)報(bào)信息系統(tǒng)的研究[J].陜西水力發(fā)電，1997，13(2):50—52.

[4]竇明，李重榮，王陶.漢江水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)研究[J].人民長(zhǎng)江，2002，33(11):38—42.

[5]司毅銘，李玉洪.建立應(yīng)對(duì)黃河重大水污染事件的快速反應(yīng)機(jī)制[J].人民黃河，2004，26(4):28—29.

[6]夏晶，吳海鎖，尹大強(qiáng)，等.長(zhǎng)江(江蘇段)沿江開發(fā)水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)[J].四川環(huán)境，2006，25(1):96—99.

[7]李淑祎，王烜.水環(huán)境安全預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建探析[J].安全與環(huán)境工程，2006，13(3):79—86.

[8]謝欽銘，朱清泉.區(qū)域水環(huán)境生態(tài)安全的預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建初探[J].江西科學(xué)，2008，26(1):37—42.

[9]李健，楊玉楠，吳舜澤，賈杰林.水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].污染減排，2009，416(38):4—7.

[10]顏衛(wèi)忠.環(huán)境預(yù)警指標(biāo)體系研究[J].長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，17(3):87—91.

[11]曹永中，周孝德，吳秋平，孫東遷.河流水質(zhì)模型研究概述[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008，14(3):197—199.

[12]萬(wàn)金保，李媛媛.湖泊水質(zhì)模型研究進(jìn)展[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2007，16(6):805—809.

[13]陳國(guó)階，何錦峰．生態(tài)環(huán)境預(yù)警的理論和方法探討[J]．重慶環(huán)境科學(xué)，1999，21(4):8—11．