水環境監測斷面優化設置方案的設置研究

方景新

（肇慶市鼎湖區環境監測站 廣東肇慶 526070）

1 引言

隨著城市的發展，自然環境受到了一定的破壞，在長期的污染后，污染物成分也發生一定的迭代升級，原有的水環境檢測方式已經無法滿足現有的保護水環境的要求。在這樣的環境下對于水環境檢測的斷面模式就需要不斷的優化，利用更多的水資源管理所收集到的數據來對水環境的類別進行劃分，并根據環境當中污染物的情況來定義環境污染的級別。

檢測優化方案旨在提出監測點數量最優化，利用最少的資源檢測設備資源來獲得地表水信息量，最終獲得水環境保護的最佳方法。在監測時，用數理統計的歸類方式，鑒定污染物樣品的相互聯系關系，客觀的將污染系統進行歸類。利用模糊的數學方式將污染物進行類化，具體的操作是將樣本中與模擬的數據相互比對，在數據矩陣的代換中得到逆矩陣，并在正態分布的條件下將收集水環境數據進行分析。

2 水環境監測斷面優化設置方案

在某市城內的支流河流，貫穿整個市區。流量為100，河流橫向寬度為35m，作為一條重要的城市內河流，常年來由于上流的工業污水污染和生活污水的排放，導致河流的污染情況較為嚴重，對于這樣的情況需要進行一定的治理工作，同時進行一定的斷面優化設置。

對該區域水質進行集中取樣，了解水樣之間的模擬關系，同時形成水樣的矩陣圖形。

在矩陣當中，數據采用標準化的計量方式，其中污染的指數都是以標準值的濃度計算的，最終可得到逆矩陣：

在矩陣分析中，由于樣本之間會存在一定的對應關系，利用相關的正態分布曲線可以將樣本之間的關系標示，在幾何表示方法下將水環境中的數據特征展示，最終得到相應的樣本聯系公式：

根據矩陣的情況，在加上一些經驗公式，得到較為科學有效的數據分類方式，在確定各元素之間的平方和后，可以列入標準差中進行計算。而優化的方案就是根據標準差得到的計算閾值來控制。當閾值越小，樣本函數中的相似度就越高，當閾值越大樣本中的污染物存在的差異較大，優化的方案選擇性較小。并且根據不同監測面所得到的數據在相似度較高的情況下可選用有代表性的數據進行調控。

3 環境監測斷面優化設置方案分析

在案例中的矩陣分析中可以看出，斷面方案所取的支流存在一定的污染情況，并根據分析出的規律來看，在同一個河流中，監測面保持在三個以上的監測點，并且根據污染的情況不同將污染等級分為重度污染、中度污染、輕度污染和潔凈。從貫穿城市的河流從源頭處受到的污染情況較低，可以定義為清潔，對于多個清潔的斷面中可以只保留一個監控點，用這樣優化的方式不僅能起到監測的效果，還能將資源的利用控制在最優的范圍之內。

隨著河流從上流往下后，從監測點的數據監測中可以看出，到中段的過程中，污染情況最為明顯，水質已經達到了重度污染，這就需要將原有兩個監測點增加至四個，對于污水的處理也能及時的反饋數據。順著水流繼續往下，出現的污染程度就相應的降低，污染級別從原來的重度污染變成了中度污染。對于在過度時期的區域，在優化設置方案中不去除已有的監測點，尤其是較短的區間內，河流中水量較少，短期無法對污染程度進行詳細的界定，原有的四個斷面可以繼續保留，之中形成較為合理的斷面監測方案。

在考慮斷面監測點布置上，要優先與當地的自然條件和實際的可操作性相互結合，所選取的監控點必須是在不對水環境進行二次污染的情況下進行，也需要在實際的布設中施工方便。在這樣的前提下，用最為簡單使用的計算模型得出的優化方案需要和具體情況相互結合，利用水質特有的性質來計算出斷面的數量，如出現計算數據和實際的數據存在出入，以現場斷面監測點數量為準。在后期出現監測數據不夠，可適當的增加斷面的監測點。

4 水環境斷面優化方案的衍生技術

根據各個河段斷面的數量，對斷面進行優化調整。斷面數量偏多的河段，可以運用聚類分析、主成分分析等優化布點方法，運用地表水斷面的水質監測數據對斷面進行優化，保留合理和科學的斷面。斷面較少的河段增補斷面數量，新設斷面及合理性較差的現有斷面，借助適當的水質擴散模型來進行微觀定位，使其盡量避開污染帶，布設于污染物與河水混合均勻區內，使之能反映本河段的水質狀況。

為了考察優化方案的精確程度、可靠性以及代表性，對調整后的水質監測斷面的合理性進行檢驗。對有歷史數據的斷面，可以根據實際情況選定某時段的歷史數據，對優化前后監測指標的參數均值的絕對誤差、相對誤差以及樣本均數的差異性進行檢驗，檢驗的統計學方法有t檢驗、F檢驗等。對新增或移位的斷面，缺少歷史數據，需要進行探索性監測檢驗。可以對移位斷面的新舊位置進行對比監測，對監測結果的差異性進行檢驗。

地理信息系統(GIS)是一門綜合性的應用科學，用戶可以利用計算機圖形與數據庫技術，采集、編輯、儲存、顯示、轉換、分析和輸出地理圖形及屬性數據，將這些信息以可視化的方式表現出來，用于空間分析與決策。將GIS技術應用到環境要素監測布點中，可以通過空間分析、疊加分析等輔助建立分布合理的環境要素監測點，后續還可以建立包含各監測點實時數據、空間位置、自然環境等各種屬性數據的空間數據庫，通過數據庫管理技術和信息可視化技術來管理和分析監測數據。

將GIS運用到地表水環境監測斷面布設中，可以將GIS的空間分析功能與統計學模型相結合，運用GIS技術將含有流域自然和人文屬性的圖層、含有水系信息的圖層與含有斷面屬性的圖層疊加分析，將監測斷面空間定位，并將統計模型運用到不同流域中，從而科學地布設地表水監測斷面，使監測斷面的布設具有空間合理性和科學性。運用GIS技術能夠使地表水監測斷面的優化調整結合更多的空間信息，輸出的結果可視化，并且使模型運算和制圖過程更簡單、快捷。

5 結語

在實際的水環境處理中，優先利用的斷面監測優化方案起到了很好的效果，對于控制污水的凈化也起到了很好的作用，于此同時，對與水質變化過程中，能夠起到試試監控的效果，并把監控的成本控制在較低的水平。相較于沒有使用優化方案，在資源上要多花將近35%以上。在本文中，同時分析出了某市內河的污染檢測情況，在四類污染級別的劃分上也出現了一定的差異，將監測斷面上監測點適當的增減有利于監測的效率。從目前的監測來看，重度污染和中度污染的監測級別較高，需要在動態的環境下對水質的數據進行詳細的分析，通過分析結果來治理污水，最終起到清潔、高效的目的。使用水環境監測斷面的優化設置還存在一個很大的優勢，就是能將水質中的污染物進行劃分，利用數理統計的方式將相似的污染源相互歸類，利用閾值的計算方式得到污染的情況分析，有利于水源處的污水治理工作。

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