摘要：水環(huán)境與人類健康和社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展水資源和水環(huán)境惡化的問題日益嚴(yán)峻，水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的研究和應(yīng)用對(duì)于水生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。本文對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)因子、水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警模型及預(yù)警體系的研究進(jìn)行了概述，并對(duì)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境;監(jiān)測(cè);預(yù)警

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.102

Abstract：The water environment is closely related to human health and social development. With the rapid development of the economy， the problems of water resources and water environment deterioration are becoming more and more serious. The research and application of water environment quality monitoring and early warning system is of great significance for water ecological environment protection. In this paper， the research on water environment monitoring factors， water environment quality early warning model and early warning system is summarized， and the development of water environment quality monitoring and early warning system is prospected.

Keywords：Eater environment;Monitoring; Early warning

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是指對(duì)水環(huán)境中的懸浮物、化學(xué)物質(zhì)、水生態(tài)系統(tǒng)和底泥及水循環(huán)規(guī)律等進(jìn)行定期或不定期的檢驗(yàn)檢測(cè)。當(dāng)前，全球都面臨著水資源短缺和水環(huán)境嚴(yán)重污染的嚴(yán)峻問題。在我國，長江流域面積達(dá)到 180萬km2，占國土面積的18.8%，多年平均水資源量 9958億m3，約占全國 35%，承載約占全國 32%的人口和約 34%的經(jīng)濟(jì)總量，是中華民族的生命河，中國經(jīng)濟(jì)的“金腰帶”，覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11個(gè)省份，沿江地區(qū)密集布局高污染企業(yè)，長江流域廢污水的排放總量非常高。長江水利委員會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)稱，長江流域共核查出規(guī)模以上入河排污口 6092個(gè)。與 2015年相比，2016年長江流域廢污水排放總量增加 6.5億t，在2016年長江流域排放的 353.2億t廢污水中，工業(yè)廢水占 55.1%。目前，流域整體保護(hù)不足，生態(tài)功能呈退化趨勢(shì)，資源、生態(tài)利益協(xié)調(diào)機(jī)制尚未建立，部分支流水質(zhì)較差，湖庫富營養(yǎng)化未能有效控制。水環(huán)境保護(hù)事關(guān)人民群眾的健康和利益，因此合理地保護(hù)水環(huán)境資源、控制和減少環(huán)境污染已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保部門及相關(guān)機(jī)構(gòu)急需解決的重要問題。政府相關(guān)部門對(duì)于水污染事故必須做到快速評(píng)估、快速預(yù)警、快速?zèng)Q策，只有這樣才能最大限度地降低損失。因此，水環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)警可以為水污染評(píng)價(jià)與預(yù)警決策提供有利支持，對(duì)突發(fā)性水環(huán)境污染物事故有更加強(qiáng)大的應(yīng)急能力，對(duì)水環(huán)境保護(hù)有重要意義。

1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的監(jiān)測(cè)因子

起初我國地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)及污染源監(jiān)控的在線監(jiān)測(cè)體系主要是對(duì)污水處理廠的進(jìn)口、出口以及對(duì)污水處理廠進(jìn)行日常監(jiān)督和管理，對(duì)重點(diǎn)企業(yè)也部署了在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)廢水流量、COD、氨氮等主要污染物的濃度，防止發(fā)生偷排、超排的現(xiàn)象[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展，水體氮磷含量不斷升高，水華等環(huán)境問題日漸突出，總氮、總磷、葉綠素、藻類及藻類總數(shù)（種類及鑒定）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)用日漸成熟。同時(shí)也考慮了水文條件如流量、流速變化的影響，實(shí)現(xiàn)了水華的預(yù)警預(yù)報(bào)。2005年 11 月吉林省化工廠爆炸事故，引起甲苯、苯酚等化學(xué)物質(zhì)泄漏，導(dǎo)致松花江及哈爾濱市飲用水受到嚴(yán)重污染，我國關(guān)于重金屬、生物毒性、VOCs監(jiān)管的重要程度逐漸提高。目前，監(jiān)測(cè)因子已經(jīng)涵蓋了電導(dǎo)率、pH、溶解氧、濁度、溫度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、TOC、葉綠素a、藻類、藻類總數(shù)、重金屬、生物毒性和 VOCs 等 16項(xiàng)指標(biāo)[2]。

2 水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警模型研究

水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警的定量分析一般需要結(jié)合模型來完成，模型的建立基于數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、邏輯學(xué)等學(xué)科理論，比較常用的有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）預(yù)警模型、環(huán)境流體力學(xué)代碼（EFDC）模型、WASP模型等，近年來隨著預(yù)警模型研究的深入逐步推動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展。馬涵玉等[3]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型，建立了成都市水生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-人口-水資源-水環(huán)境的耦合系統(tǒng)，模擬了四種情景模式即現(xiàn)狀延續(xù)型、節(jié)約用水型、污染防治型和綜合協(xié)調(diào)型。模擬結(jié)果指出，現(xiàn)狀延續(xù)型和污染防治型不能有效降低水生態(tài)承載限制系數(shù)，水生態(tài)問題將進(jìn)一步加劇;節(jié)約用水型和綜合防治型都可以降低水生態(tài)承載限制系數(shù)，但節(jié)約用水型不能顯著降低該系數(shù)，只有通過節(jié)約用水和綜合污染防治相結(jié)合的模式，才能顯著減低該系數(shù)。杜歡歡等[4]綜合考慮了水資源需求、水污染程度和水資源供給等影響因素，運(yùn)用SD模型模擬了“十三五”期間清遠(yuǎn)市需水總量和污染物排放總量的發(fā)展趨勢(shì)，并進(jìn)一步得出一個(gè)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最優(yōu)方案。孟祥儀[5]通過WASP 水質(zhì)模擬軟件建立了清水河水質(zhì)模型，通過模型校正與驗(yàn)證，確定了模型參數(shù);另外，基于WASP 水質(zhì)模型還進(jìn)行了清水河沿岸污染源對(duì)河水水質(zhì)貢獻(xiàn)率的模擬分析?；谖廴驹簇暙I(xiàn)率的分析結(jié)果，進(jìn)行了清水河污染物預(yù)警與控制模擬，發(fā)現(xiàn)三營斷面污染較為嚴(yán)重，常年處于橙色警情中。張贏月[6]采用最小累積阻力模型計(jì)算了不同時(shí)空尺度下吉林省遼河流域生態(tài)安全警情演變趨勢(shì)，并計(jì)算出不同調(diào)控情景下警情的演變結(jié)果;通過設(shè)置水質(zhì)調(diào)控情景、土地生態(tài)安全調(diào)控情景以及生物多樣性保護(hù)調(diào)控情景對(duì)吉林省遼河流域生態(tài)安全調(diào)控問題進(jìn)行了模擬。林秀珠等[7]根據(jù)韋伯—費(fèi)希納模型基本原理，以表征水庫水環(huán)境的溶解氧，化學(xué)需氧量，總磷，氨氮，總氮等參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用水環(huán)境綜合指數(shù)評(píng)價(jià)了水庫水環(huán)境質(zhì)量和預(yù)警等級(jí)。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展

2013年，徐亞峰等研發(fā)了一種基于 Zig Bee 無線傳感網(wǎng)與 GPRS 技術(shù)的遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)用戶可通過 PC 遠(yuǎn)程監(jiān)控或發(fā)送手機(jī)短信的方式查詢終端數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)、成本合理等優(yōu)點(diǎn)。張靜等基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，通過采用即插即用的智能化高性能傳感器、多種無線通信協(xié)議接入方式、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，建立了河流湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)警，有效提升水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量和效率。白云飛等將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、web GIS 技術(shù)和水質(zhì)預(yù)測(cè)模型結(jié)合起來，構(gòu)建了清潩河流域水環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)該流域水質(zhì)預(yù)警信息的空間展示、可視化表達(dá)、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)推演及實(shí)時(shí)發(fā)布，能夠有效保障清潩河流域水質(zhì)安全。

4 展望

近幾年，國家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視程度逐年提高，政府對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)投入也在加大，無人化自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警站點(diǎn)已在全國得到廣泛應(yīng)用。但是目前我國水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警能力還有待提高，技術(shù)手段有時(shí)無法支撐水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的需求。存在的問題主要表現(xiàn)在：現(xiàn)有的大量數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)預(yù)警預(yù)測(cè)模擬的速度和準(zhǔn)確度無法滿足業(yè)務(wù)需求;還未實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警的平臺(tái)化和全流程化，難以適應(yīng)和滿足新時(shí)期政府對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的需求。為了準(zhǔn)確快速地處理大量的氣象天文資料和水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺(tái)計(jì)算資源，在傳統(tǒng)算法模型基礎(chǔ)上通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型訓(xùn)練，達(dá)到對(duì)水環(huán)境的預(yù)測(cè)和預(yù)警，這將是一種新的水環(huán)境質(zhì)量綜合預(yù)警方法。

參考文獻(xiàn)

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[3]馬涵玉，黃川友，殷彤等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在成都市水生態(tài)承載力評(píng)估方面的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技，2017，15（4）：101-110.

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收稿日期：2019-01-16

作者簡介：王悅靜（1987-），女，漢族，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)樗廴局卫怼?/p>