水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系研究進(jìn)展

李晶++周浩+王鳳鷺

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水資源的需求日趨增加，水環(huán)境污染也隨之加重，我國(guó)的水環(huán)境面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)是水環(huán)境管理的基礎(chǔ)，而建立反應(yīng)水環(huán)境狀況的水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警體系可大大提高水環(huán)境管理能力，國(guó)內(nèi)外針對(duì)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的相關(guān)研究也越來越多。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)

我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系的研究起步較晚，20世紀(jì)90年代初，隨著水環(huán)境污染整治工作的深入，很多城市都加強(qiáng)了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，開展系統(tǒng)、科學(xué)合理的監(jiān)控監(jiān)測(cè)工作。1988年，天津作為首個(gè)試點(diǎn)城市，建立了我國(guó)第一個(gè)水質(zhì)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前全國(guó)環(huán)保系統(tǒng)已有2289個(gè)監(jiān)測(cè)站，其中地市級(jí)站391個(gè)，縣級(jí)站1799個(gè)。國(guó)家、省級(jí)監(jiān)測(cè)站和部分發(fā)達(dá)城市環(huán)境監(jiān)測(cè)站具備了常規(guī)監(jiān)測(cè)、有機(jī)物監(jiān)測(cè)及應(yīng)對(duì)一般突發(fā)性污染事故的能力。95%以上地市站、70%以上縣級(jí)監(jiān)測(cè)站具備了常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)的能力，初步形成了水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及相應(yīng)的預(yù)警體系。

然而現(xiàn)行的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)體系不能完全、準(zhǔn)確反映流域?qū)用娴乃|(zhì)狀況，流域?qū)用娴谋O(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)不完善，監(jiān)控?cái)嗝?、點(diǎn)位布設(shè)不能完全代表水質(zhì)現(xiàn)狀。監(jiān)測(cè)指標(biāo)簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)頻率缺乏科學(xué)性。現(xiàn)場(chǎng)、機(jī)動(dòng)及應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力不足，移動(dòng)水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)能力不強(qiáng)，不能實(shí)現(xiàn)快速、適時(shí)的水質(zhì)檢測(cè)。不能及時(shí)掌握水環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)和及時(shí)快速的做出預(yù)警。

為了構(gòu)建適合我國(guó)國(guó)情的流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)方法體系，為真實(shí)反映流域水環(huán)境質(zhì)量提供系統(tǒng)、科學(xué)的技術(shù)手段，并對(duì)水環(huán)境污染情況提供及時(shí)、科學(xué)的預(yù)警體系?！笆濉逼陂g，我國(guó)的國(guó)家和地方監(jiān)測(cè)網(wǎng)已涵蓋各環(huán)境要素，“十二五”末，我國(guó)主要水系已經(jīng)建立145個(gè)重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，對(duì)地表水系進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

1 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系研究范疇

我國(guó)現(xiàn)有地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)和污染源監(jiān)控的監(jiān)測(cè)體系，在線監(jiān)測(cè)涵蓋了污水處理廠的進(jìn)口、出口，以對(duì)污水處理廠進(jìn)行日常監(jiān)督和管理，重點(diǎn)企業(yè)也都部署了在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施監(jiān)測(cè)廢水流量、COD、氨氮等主要污染物的濃度，防止偷排、超排現(xiàn)象，還缺乏城市水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)立，急需結(jié)合水功能區(qū)劃和水環(huán)境特點(diǎn)構(gòu)建水環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系。水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系核心為指標(biāo)體系、預(yù)警方法和預(yù)警閾值，水環(huán)境的影響因素很多，各影響因子之間又存在的復(fù)雜的關(guān)系，因此水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系的建立是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。水體所處的氣候條件、地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件，都直接影響到水環(huán)境特征參數(shù)的選取。預(yù)警指標(biāo)體系建立基礎(chǔ)上，開展預(yù)警方法模型的研究，這也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究進(jìn)展

目前，水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究報(bào)道很多，根據(jù)研究對(duì)象所處的時(shí)空、預(yù)警方式、目的，水環(huán)境預(yù)警可分為很多類型。根據(jù)警情發(fā)生的緊急情況分為漸變式和突發(fā)式。漸變式預(yù)警是指水環(huán)境危險(xiǎn)狀況經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的累積、潛伏、演化體現(xiàn)出來的，該種形式的預(yù)警側(cè)重對(duì)環(huán)境因子時(shí)空變化趨勢(shì)分析、預(yù)測(cè)，同時(shí)考慮不確定因素；突發(fā)性預(yù)警是指警情發(fā)生的很突然、沒有征兆的出現(xiàn)，關(guān)鍵在于時(shí)效，要求系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)提供預(yù)警、預(yù)報(bào)、應(yīng)急方案。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是指通過對(duì)水環(huán)境狀況、敏感源歷史、現(xiàn)狀分析、評(píng)價(jià)，利用定性定量的評(píng)估模型和方法確定其變化趨勢(shì)，以形成對(duì)突發(fā)性和常規(guī)敏感狀況的預(yù)警預(yù)報(bào)，進(jìn)而達(dá)到減少風(fēng)險(xiǎn)的目的[1]。水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)一般為確定警情和警源、分析警源、確定預(yù)警級(jí)別、采取預(yù)警院等幾個(gè)步驟。

目前對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的研究方法主要分為水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)法和水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警（對(duì)水環(huán)境質(zhì)量未來可能發(fā)生期望的預(yù)警）法兩種。

水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)法包括指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊評(píng)價(jià)法、灰色評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNs）評(píng)價(jià)法、物元分析法、地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用等。

水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警根據(jù)資料情況，通常包括定性和定量方法。定性方法通常用于資料缺乏、因素復(fù)雜、主次因果關(guān)系不明確、主要影響因子無法實(shí)現(xiàn)定量分析的情況，隨著GIS技術(shù)的普及和應(yīng)用，逐漸被引入定性分析中。定量分析一般是結(jié)合模型來進(jìn)行，由于模型的建立是基于數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、邏輯學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，相對(duì)科學(xué)、系統(tǒng)，比較常用的有SD預(yù)警模型、EFDC、WASP等，預(yù)警模型的提出和研究的深入，大大推進(jìn)了預(yù)警系統(tǒng)的研究進(jìn)展。

隨著環(huán)境信息收集方式、信息傳導(dǎo)方法、預(yù)警模型、地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于、氣象、地震、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市交通等很多方面。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水環(huán)境安全問題也日益凸顯，各地開始積極探索建立重要流域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，長(zhǎng)江流域、遼河流域、鄱陽湖、滇池等地都研究構(gòu)建了預(yù)警體系[4]。水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)大致可分為湖庫型的預(yù)警體系和流域、河網(wǎng)、河流的預(yù)警體系。基于水環(huán)境安全研究[5]，太湖的水環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)[6]、三峽庫區(qū)水環(huán)境安全預(yù)警平臺(tái)[7]和多中心多指標(biāo)的區(qū)域水環(huán)境污染預(yù)警系統(tǒng)[8]等已經(jīng)建立。我國(guó)遼河、桂江、漢江等流域已建成水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，河網(wǎng)區(qū)的水環(huán)境預(yù)警方法體系[9]、流域生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警管理整體框架[10]、流域水環(huán)境預(yù)警與管理系統(tǒng)[11]等預(yù)警方面的研究正逐步完善預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)字化信息。

3 國(guó)外關(guān)于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的研究

國(guó)外的水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)研究起步較早，其構(gòu)建思路已相對(duì)較為成熟。德國(guó)的多瑙河、奧地利萊茵河、美國(guó)密西西比河、英國(guó)泰恩河、法國(guó)塞納河都開展了水環(huán)境預(yù)警研究[12，13，14]，應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染事故。德、匈、奧等幾個(gè)歐洲國(guó)家共同研究了“多瑙河事故應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)”，納入了沿岸各國(guó)的警報(bào)中心PIAC、PIAC間的信息傳輸系統(tǒng)，還納入了各國(guó)的學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)作為支撐，該系統(tǒng)建成后，在多瑙河流域水質(zhì)趨勢(shì)變化、保障周邊水質(zhì)安全方面發(fā)揮了巨大作用。

4 結(jié)束語

水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的建立，是一個(gè)持續(xù)性工程，在不斷吸取各方經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)大力推崇各領(lǐng)域協(xié)同合作。例如，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)更廣泛的應(yīng)用到預(yù)警體系中，建立共享自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)庫，結(jié)合GIS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的管理和應(yīng)用，不斷完善現(xiàn)有預(yù)警評(píng)估模型，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，實(shí)現(xiàn)不同方向和不同層面上的宏觀整合，構(gòu)建實(shí)用、完整的水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，將大大提高我國(guó)的環(huán)境管理能力。

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作者簡(jiǎn)介：李晶，高級(jí)工程師，從事水環(huán)境研究工作。