流域水生態環境監測全過程質量控制技術研究

關鍵詞：流域水生態環境；生態環境監測；全過程質量控制

中圖分類號：X832 文獻標志碼：B

前言

在當今社會，隨著工業化、城市化的快速發展，以及人口的不斷增長，不同流域的水生態環境也面臨污染問題。這些污染問題不僅包括化學污染、生物污染，還涉及到物理污染等多個方面，它們對水體的健康、生態平衡以及周邊環境的穩定構成了嚴重威脅。高質量的環境監測不僅可以及時準確地發現水生態環境的污染問題，還可以為制定科學的環境保護政策和措施提供重要依據。在當前水生態環境面臨嚴重污染問題的背景下，加強高質量的環境監測工作具有非常重要的意義。應該不斷完善監測體系、提高監測能力、加強監測數據的分析和應用，為保護水生態環境、維護生物多樣性和生態平衡做出更大的貢獻。

監測質量控制是要確保監控系統的整個流程都滿足國家對監控系統的要求，確保監控系統所采集到的數據的準確性和可靠性。現有的發展較為成熟的監測質量控制技術包括：基于RSEI的環境監測質量控制技術、基于Google Earth Engine云平臺的環境監測質量控制技術和基于氨氮實測結果的環境監測質量控制技術，然而上述傳統的質量控制技術存在控制效果不佳的情況，主要體現在監測環境監測精度等方面，為了解決傳統環境監測方法以及質量控制技術在運行過程中存在的問題，以流域水生態環境為監測對象，優化設計監測全過程質量控制技術，以期能夠幫助準確識別污染源并掌握其污染物的類型和排放量，實施針對性的污染管理措施，降低污染源擴散對水生態的影響。

1模擬流域水生態環境監測全過程

流域水生態環境的監測包括現場調查、監測計劃設計、測點布設、監測設備安裝、樣品采樣、相關數據采集與分析、監測指標計算等。在實際的環境監測過程中，利用流域水環境測點位置中的硬件設備，獲取實時水樣并得出當前水樣中相關指標的具體取值，假設流域水生態環境中監測指標為x₁、x₂…、xn_index，其中n_index為流域水生態環境的監測指標數量，通過硬件設備對相關數據的計算，得出各指標的具體取值，則流域水生態環境的監測結果為式（1）：

2確定流域水生態環境監測全過程質量影響因素

流域水生態環境監測質量主要體現在監測精度和監測時效性兩個方面。其中，監測點數量越多、監測數據、監測指標以及水樣的采集與計算精度越高，對應流域水生態環境的監測精度質量越高。另外由于監測點數量的增加，導致監測工作中運算數據的增加，從而降低環境監測的時效性，因此監測點數量與監測時效性之間存在負相關關系，另外硬件監測設備的執行速度、數據計算與分析速度會對流域水生態環境的時效性產生正面影響。

3流域水生態環境監測全過程質量控制流程設計

3.1流域水生態環境監測點布設質量控制

為提升流域水生態環境的監測精度質量，擴大流域水生態環境的監測范圍，在一定程度上增加監測點數量，并確定各個監測點的具體安裝位置。流域水生態環境的監測點主要從水平和豎直兩個方向上進行布設，其中豎直方向上的布設情況見圖1。

根據河流監測斷面設置原則、技術要求，充分考慮斷面取樣的可操作性，確定斷面地點應選擇在河道平直、水流順暢、無急流湍流、取樣與樣品運送方便等區域，并采用完整混合模型估算出污染區范圍，將斷面布置在水質分布均勻的區域，避免臨近的污染源及排放點等。從水平維度方面來看，根據監測設備的有效監測范圍，確定各個測點的設置位置。

4控制效果測試實驗分析

4.1流域研究區域概況

此次實驗選擇某河流及其周圍區域作為實驗環境，流域總面積約為22500 km²，河流岸線長度為160 km，長軸和短軸長度分別為50 km和20 km，正常水位條件下河流面積約為850 km²，平均深度為3.3 m。河床大部分是裸露的基巖，河床高約900～950 m，河床的縱坡約3‰。河曲發育，谷地多為“U”形。河床兩側多為基巖型山地，屬于沖積型低中山區。兩岸河岸坡具有25°～30°的天然斜坡，并有幾條NE向的沖刷溝。研究選取的流域為半干旱大陸性氣候。夏季多雨，酷熱難耐，而冬季則是干冷的。結果表明，該區年平均降雨量為50.2cm，其中東部山地降水最多，西部平原降水最少。

4.2描述環境監測全過程質量控制技術運行與測試過程

根據流域水生態環境監測全過程質量控制技術的設計結果，在流域研究區域內確定測點的具體位置，并將改裝的監測設備安裝到測點位置上。安裝設備內部包含DS18820數字溫度傳感器、米科MIK-MPP1000多參數水質分析儀兩種。其中，DS18820數字溫度傳感器測溫范圍為-55℃～+1250C測量精度為±0.5℃@（-10℃～85℃）最小分辨率為0.0625℃。米科MIK-MPP1000多參數水質分析儀監測pH時的測量方法為電極法。量程為0～14pH，±2 000 mV（ OPR）、分辨率為0.01 pH，±1mV（OPR）、精度為0.01pH，±20mV（OPR）。

按照上述方式實現對流域水生態環境中多個監測設備的安裝。選擇所提方法作為質量控制對象，對監測數據采集、數據處理以及指標篩選等步驟進行質量控制，并得出優化設計技術控制作用下，流域水生態環境的監測結果。如圖2所示的是測點1位置上的水生態環境監測結果。

在水生態環境監測過程中，記錄生態環境參數的實際數據，作為驗證監測性能的比對數據。按照上述方式可以得出流域范圍內所有測點在任意時刻的監測輸出結果。實驗中設置的對比技術為基于RSEI的環境監測質量控制技術和基于Google EarthEngine云平臺的環境監測質量控制技術，并與控制技術應用前的監測性能指標進行比對，從而得出反映質量控制效果的測試數據結果。

4.3控制效果測試實驗結果與分析

根據環境監測質量的控制目的，分別從環境監測精度和監測范圍兩個方面設置控制效果的測試指標，通過相關數據的統計，得出流域水生態環境監測精度質量控制效果的測試結果，見表1。

無質量控制技術作用下流域水生態環境水溫和pH值的平均監測誤差分別為1.0℃和0.58℃，在兩種傳統質量控制技術作用下，平均水溫監測誤差分別為0.42℃和0.34℃，平均pH值監測誤差分別為0.22和0.18，而在優化設計流域水生態環境監測全過程質量控制技術作用下，水溫和pH值的平均監測誤差分別為0.06℃和0.04。

在不同質量控制技術作用下，流域水生態環境監測范圍的測試結果，見圖3。

從圖3中可以看出，在優化設計流域水生態環境監測全過程質量控制技術作用下，有效擴大了流域水生態環境的監測范圍，監測范圍擴大約60%，與兩種傳統技術相比，監測范圍分別擴大約40%和30%。

5結束語

為及時、精確地掌握流域水生態環境質量現狀及其變化原因，防止進一步惡化，調整保護措施，為正確認識、保護和管理提供基礎，必須進行監測。因此，對流域進行水生態環境的監測，對于實現可持續發展具有十分重要的意義。在此次研究中通過對監測全過程的質量控制，提升環境的監測質量，從而得出更有價值的環境監測結果。結果表明，所提技術應用后水溫和pH值的監測誤差分別降低了0.32℃和0.16，監測范圍擴大約35%。表明該技術能夠有效降低監測誤差，擴大監測范圍，并提高監測的全面性和精度。通過該技術的應用，可以更準確地識別污染源，掌握污染物的類型和排放量，有針對性地實施污染管理措施，更好地保護水生態系統。