地表水監(jiān)測技術及展望

張夏娟

(龍門縣環(huán)境監(jiān)測站廣東龍門516800)

0 引言

地表水是指存在于地殼表面，暴露于大氣的水，是河流、冰川、湖泊、沼澤四種水體的總稱，是人類生活用水的重要來源之一。隨著國家對地表水質(zhì)量的重視，使得地表水監(jiān)測技術有了較大的進步。

1 地表水研究概述

我國學者對于地表水的研究主要涉及以下幾個方面：

（1）河流方面：我國學者湯奇成等編撰了《中國河流文學》，同時還對黃河下游河道平面形態(tài)進行了模擬研究。（2）湖泊方面：積極開展了湖泊與氣候變化的研究，在湖泊富營養(yǎng)化、湖泊水化學等方面也取得了一定的成就。（3）沼澤方面：對沼澤濕地的污水處理功能進行了探討，為沼澤的生態(tài)環(huán)境維護和合理利用沼澤資源提供了科學依據(jù)。（4）冰川方面：由我國學者編制的中國冰川編目對于冰雪災害防治和西部水資源開發(fā)利用都具有相當重要的意義。

2 地表水自動監(jiān)測系統(tǒng)

地表水自動監(jiān)測技術在近三十年來發(fā)展較為迅速。該項技術可綜合性評估水體的質(zhì)量，能夠連續(xù)并及時記錄有效數(shù)據(jù)，從而動態(tài)反映水質(zhì)變化情況，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的精密度、可比性和科學指導意義。

3 地表水水質(zhì)模型

地表水水質(zhì)模型是綜合描述污染物在地表水中隨時間、空間變化而不斷遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的數(shù)學模型，它涵蓋了大多數(shù)水質(zhì)中的污染物質(zhì)，并綜合物理、化學、生物反應對水質(zhì)進行評價分析。地表水水質(zhì)模型研究最初是基于生物化學需氧(BOD)和溶解氧(DO)的BOD-DO模型，屬于一維穩(wěn)態(tài)模型；后出現(xiàn)含有了氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的二維模型，隨之又添加了大氣污染物對水質(zhì)的影響,從而建立綜合水質(zhì)模型。

4 常用的水質(zhì)模型

4.1 S-P模型（即BOD-DO模型）：應用最普遍的一維地表水水質(zhì)模型，主要研究氧平衡，對于復雜的水環(huán)境應用性較差。

4.2 QUAL系列模型：是具有多種用途的一維綜合河流水質(zhì)模型,它可以根據(jù)用戶要求任意組合模擬水質(zhì)組分，是目前常用的一種地表水水質(zhì)模型。

4.3 EFDC模型（即環(huán)境流體動力學模型）：具有靈活的變邊界處理和通用的文件輸入格式，可用于模擬點源和非點源的污染、有機物遷移、歸趨等問題的研究。

4.4 WASP模型：用于提供一般性水質(zhì)預測，其子模塊可獨立與其他模型相結合使用。目前較為廣泛使用的是與環(huán)境流體動態(tài)模型EFDC相耦合進行水質(zhì)模擬。

4.5 QUASAR模型：可建立污染物排放量與河流水質(zhì)之間的關系，用于大型河流的DO模擬計算，該模型方程相對簡單，計算簡便，實用性強，應用前景較為廣泛。

5 地表水監(jiān)測信息化技術發(fā)展

地表水監(jiān)測信息化技術未來研究重點在于水質(zhì)變化趨勢的預測及評估能力，即能夠在水質(zhì)可能發(fā)生變化或者水污染事故發(fā)生前采取必要的措施，以避免或減少對水體質(zhì)量的影響。主要的研究方法有：

5.1 時間序列法：考慮水質(zhì)變化可能涉及到的因素，從原有數(shù)據(jù)出發(fā)，基于連續(xù)的動態(tài)規(guī)律，將水質(zhì)指標變化的歷史時間序列數(shù)據(jù)作為隨機變量序列，運用統(tǒng)計分析中加權平均等方法推測水質(zhì)未來的變化趨勢，做出定量預測。

5.2 回歸分析法：分析因變量和自變量之間的關系，并根據(jù)其關系的表現(xiàn)形式用適當?shù)臄?shù)學方式表達建立回歸模型，并實際情況進行模型檢驗，最后進行實際應用。

5.3 灰色模型：通過建立該模型體系就能實現(xiàn)灰色方法的系統(tǒng)分析、評估、預測和控制等功能。

5.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法：模型通過簡單的非線性函數(shù)的多次復合，可以克服線性和非線性擬合中的基函數(shù)選擇與系數(shù)求解的困難，并可進行高維的非線性的精確映射。

時間序列方法只考慮影響水質(zhì)指標本身的因素，但其種類較多且變化復雜，因此預測結果精密度不高；回歸分析法需要大量的數(shù)據(jù)且為靜態(tài)分析，故存在一定的局限性；而灰色預測方法的精密度隨著時間的延長而逐漸降低。人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型法則根據(jù)水質(zhì)本身的特點進行學習，網(wǎng)絡自動地調(diào)用權值與閡值，使得該評價方法的輸出結果具有較高的科學性。如何更好的運用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合新的技術方法，使地表水監(jiān)測工作具有較高的精密度和客觀可比性，是未來研究工作的重點，也是保障人民正常工作和生活的重要任務。

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