水質監測預警系統淺析

徐 瑞

（貴州省環境監測中心站 貴州貴陽 550081）

隨著我國水污染事件的頻發，國內對構建水質監測預警系統進行了大量的探討與研究，如蘇維詞[1]就烏江流域水環境預警的方法和技術進行了探討；董志穎等[2]應用水質預警理論并結合GIS技術建立了吉林西部水質預警系統等。我國逐步在廣西桂江[3]、漢江[4]、黃河[5]、長江[6]等建成了水質預警系統，對區域和流域內水污染控制發揮了重要作用。本文將對水質監測預警系統進行一個簡要的分析。

1 水質監測預警系統的主要功能

水質監測預警系統是通過對水質進行監測，來評價該區域或流域水質狀況及變化趨勢，從而對突發的或是潛在的水污染進行預警的系統。該系統的主要功能有兩點，第一點，對江、河、水庫、湖泊等地表水和地下水中的污染因子進行常規性監測，以掌握水質現狀及其變化趨勢，從而預防潛在的水污染風險；另一點，對生產、生活等廢（污）水進行監督性監測，掌握污染物排放總量，為污染源監管提供依據，為突發性水污染事件提供即時預警信息。

該系統的邏輯結構一般可以分為確定警情、尋找警源、分析警源和預報警度這四個步驟[7]。這里確定警情是預警的基礎，是對水質現狀分析與評價結果的描述；尋找警源是預警過程的起點，是預防水污染風險的前提保證；分析警源是預警的關鍵，準確把握水質狀況的變化趨勢，才能做到準確預警；預報警度就是預報警情的嚴重程度。

2 水質監測預警系統的總體結構

水質監測預警系統是由三個子系統構成的：水質監測系統、水質分析系統和水質評價系統[8]。見圖1.

圖1 水質監測預警系統總體結構及其工作流程

2.1 水質監測系統

該子系統是水質監測預警系統的基礎，其運轉模式為：首先，確定監測對象，并針對該對象的特點來確定監測預警指標。接著，應用全球定位系統（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統（GIS）等技術合理布設監測點位。然后，對各個監測點位進行監測。最后，將監測點位信息與其監測指標數據發送到水質分析系統。

2.2 水質分析系統

該子系統是水質監測預警系統的核心，其采用適當的預警方法來對監測指標信息進行分析，從而得到監測對象的水質狀況及其變化趨勢。

2.3 水質評價系統

該子系統是水質監測預警系統能否發揮作用的關鍵，其主要任務是根據預警閾值的界定對水質分析結果進行評價并預報警度。

3 水質監測預警系統的構建

水質監測預警系統的構建主要包括預警指標體系的構建、預警方法的選取和預警閾值的界定三大部分[9]。預警指標體系的構建是進行預警方法選擇、計算和分析的基礎，預警方法輸出的結果是預警閾值界定的依據。

3.1 預警指標體系

預警指標體系，就是由一系列相互聯系的能敏感地反映水質狀況的因子結合所構成的整體。由于影響水質的因素眾多，并且各個影響因子之間又存在著復雜的關系，所以建立一套完整的，合理的預警指標體系是構建水質監測預警系統的首要步驟。在構建預警指標體系時，應滿足以下三個原則[10]：

3.1.1 全面性。所選用的指標能夠全面客觀地反映水質狀況。這直接關系到整個體系的好壞。

3.1.2 可操作性。所選用的指標要有可靠的數據來源，建立的指標體系簡明易于操作，盡可能采用國際上通用的名稱、概念和單位，有利于相關人員的實際操作。

3.1.3 動態性。隨著時間的推移和條件的變化，水污染狀況也會發生變化，個別預警指標可能不再具有預測的作用，因此需要適時地對預警指標進行調整或替換。

3.2 預警方法

預警方法就是監測信息的綜合分析方法。在建立了預警指標體系后，就要選用適當的預警方法來對該指標體系進行綜合分析。預警方法一般可以分為統計預警和模型預警兩大類。

3.2.1 統計預警。統計預警主要是決策樹方法。一般決策樹模型中的各個決策對象之間可以按照因果關系、復雜程度和從屬關系分為若干等級，各等級之間用線條連接。其基本原理是用決策點代表決策問題，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的各種結果，經過對各種方案在各種結果條件下損益值的計算比較，提供決策依據。

3.2.2 模型預警。模型預警是最常用到預警方法，其主要是利用水質模型來對監測對象進行預警分析。水質模型是依據物理、化學、生物等原理,應用計算機技術來針對監測對象的特點而設計出來的數學模型。曹永中等人[11]對多種河流水質模型進行了研究，并指出水質模型預警是順利實現水環境規劃管理、水污染綜合防治等任務不可缺少的基礎工作。萬金保和李媛媛[12]對湖泊水質模型的研究發展進行了系統的分析，并認為水質模型預警作為湖泊水環境污染治理、規劃決策分析中的一個重要工具,它可以為湖泊的綜合整治和科學管理提供科學的依據,在環境保護領域中發揮著舉足輕重的作用。

3.3 預警閾值

水環境的自凈能力和納污能力具有一定的限度，即閾值，當人們對水環境的影響超出了這個閾值，就會導致水污染，破壞水環境結構。預警閾值的界定包含了確定警限和警度劃分兩個內容。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比判斷法、專家確定法、綜合評判法等。陳國階等人[13]認為可以以水環境質量標準作為警戒線，因為環境質量標準具有簡潔易行和定量標準明確的特點，應該具有廣泛的適用性。

4 結語

水質監測預警系統是根據水質監測信息，運用現代信息技術、邏輯推理和科學預測的方法技術，對水質狀況及變化趨勢做出預測，并發出警示信號的一套復雜的系統。水質監測預警系統能夠全面反映水質狀況和趨勢，準確預警各類水污染事件，為環境保護決策和環境管理提供大量科學、準確、及時的監測預警信息。加快推進水質監測預警系統的建設，既是環境監測事業自身發展的需要，更是實現環保歷史性轉變、探索環保新道路的迫切要求。

[1]蘇維詞，李久林．烏江流域生態環境預警評價初探[J]．貴州科學，1997，15(3):207—214.

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

[3]陳惠君，唐允吉，吳貴彬.廣西桂江水質預警預報信息系統的研究[J].陜西水力發電，1997，13(2):50—52.

[4]竇明，李重榮，王陶.漢江水質預警系統研究[J].人民長江，2002，33(11):38—42.

[5]司毅銘，李玉洪.建立應對黃河重大水污染事件的快速反應機制[J].人民黃河，2004，26(4):28—29.

[6]夏晶，吳海鎖，尹大強，等.長江(江蘇段)沿江開發水質監控預警系統建設[J].四川環境，2006，25(1):96—99.

[7]李淑祎，王烜.水環境安全預警系統構建探析[J].安全與環境工程，2006，13(3):79—86.

[8]謝欽銘，朱清泉.區域水環境生態安全的預警系統構建初探[J].江西科學，2008，26(1):37—42.

[9]李健，楊玉楠，吳舜澤，賈杰林.水環境預警系統的研究進展[J].污染減排，2009，416(38):4—7.

[10]顏衛忠.環境預警指標體系研究[J].長沙電力學院學報（自然科學版），2002，17(3):87—91.

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

[12]萬金保，李媛媛.湖泊水質模型研究進展[J].長江流域資源與環境，2007，16(6):805—809.

[13]陳國階，何錦峰．生態環境預警的理論和方法探討[J]．重慶環境科學，1999，21(4):8—11．