探空觀測資料在城市強降水后飲用水污染預警中的應用研究

摘要：針對城市強降水后飲用水污染預警精準度低的問題，提出利用探空觀測資料進行預警。在深入分析必要性后，以處理飲用水污染探空觀測資料信息為基礎(chǔ)，確定每一個探空觀測數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)，制定飲用水污染等級劃分規(guī)則，由此制定城市強降水后飲用水污染預警程序，進而制定相應的防污措施，完成探空觀測資料在城市強降水預警中的應用。實驗數(shù)據(jù)顯示，在各類飲用水污染等級中，應用提出方法獲得的城市強降水后飲用水污染預警精準度最大值達到了100%，表明探空觀測資料應用效果較好。

關(guān)鍵詞：飲用水污染；探空觀測資料；城市強降水；污染預警

中圖分類號：X832 文獻標志碼：B

前言

在城市環(huán)境中，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣通過地表水蒸發(fā)等方式進入大氣循環(huán)，并隨降水過程將硫化物、氮化物等有害物質(zhì)帶入土地，尤其強降水時，大量雨水迅速裹挾地表污染物沖擊城市水體，直接威脅飲用水源安全。為應對此挑戰(zhàn)，需強化飲用水污染監(jiān)測，提前預防降水影響，確保水質(zhì)安全。文獻[1]通過利用Ken-dall趨勢檢驗和污染物通量計算，對水庫飲用水水質(zhì)的時空變化及污染成因進行了分析。提出飲用水質(zhì)量與人口密度、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和土地利用方式等有關(guān)。文獻[2]則聚焦抗生素污染，監(jiān)測大環(huán)內(nèi)酯類抗生素在飲用水處理中的存在情況，發(fā)現(xiàn)濃度雖低但不容忽視。

探空觀測資料作為一種重要的氣象觀測手段，能夠?qū)崟r獲取大氣中的溫度、濕度、氣壓等參數(shù)信息，對于分析降水過程、預測天氣變化等方面具有獨特優(yōu)勢。在城市強降水后，探空觀測資料可以提供關(guān)于降水強度、降水持續(xù)時間以及降水過程中大氣污染物擴散情況等關(guān)鍵信息。通過對這些信息的分析，可以預測降水對飲用水源可能產(chǎn)生的影響，進而為飲用水污染預警提供科學依據(jù)。因此，在城市強降水后飲用水污染預警中應用探空觀測資料，提高預警系統(tǒng)的準確性和時效性，為城市飲用水安全管理提供有力保障。

1城市強降水與飲用水污染的關(guān)系

城市強降水是指短時間內(nèi)城市區(qū)域出現(xiàn)大量降水，且降水量超過正常閾值的現(xiàn)象。這種天氣狀況會較大影響城市飲用水的質(zhì)量。在強降水過程中，城市污染物會隨著雨水的沖刷被排放到環(huán)境中，污染物排放量也會相應增加。同時，地面上的農(nóng)藥、化肥、重金屬等污染物可能會被沖刷到地下水中，導致地下水水質(zhì)的變化。強降水會導致地下水位上升，使得土壤中的污染物和廢水更易滲入地下水中。在地下水位上升的過程中，土壤中的污染物質(zhì)會因水位的變化而被擠壓進入地下水中，進而增加了地下飲用水的污染風險。城市排水系統(tǒng)在面對強降水時會面臨巨大壓力，甚至會出現(xiàn)排水不暢或倒灌的情況。這會導致未經(jīng)處理的污水直接進入地下水體，進一步加劇地下水的污染程度。由此可見，城市強降水與飲用水污染之間存在密切的關(guān)系，對強降水進行預警非常必要，這不但能夠保護飲用水安全，也能有效地降低城市的水污染程度。

2城市飲用水污染預警

2.1城市強降水后的飲用水污染等級劃分

目前，中國飲用水污染等級劃分為五類，其中Ⅱ類水是指通過常規(guī)凈化處理如絮凝、沉淀、過濾、消毒等，能夠處理輕度污染的水質(zhì)，供居民日常生活飲用。由于季節(jié)性強降水的沖擊，導致水中污染物問題愈加突出，影響了飲用水的質(zhì)量安全。同時，污染物的存在對城市內(nèi)的氣象條件產(chǎn)生影響，這些變化會導致城市中的強降水事件具有特殊的空間和時間分布規(guī)律。因此，在進行城市強降水后飲用水安全預報時，應考慮污染對氣象條件的耦合作用，因此，利用探空觀測資料，分析大氣中的化學成分，如硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等，以更準確地預測和評估飲用水污染。處理過程表達式為式（1）：

由此，完成了飲用水污染相關(guān)探空觀測資料信息的處理，得到了更為精準的飲用水污染探空觀測資料信息，依據(jù)層次分析法獲得飲用水污染探空觀測數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)，見表1。

基于表1中給出的飲用水污染探空觀測數(shù)據(jù)權(quán)重系數(shù)，對水質(zhì)進行科學的分類。當權(quán)重系數(shù)較高的污染物的濃度顯著低于國家或地方規(guī)定的飲用水水質(zhì)標準限值時，這表明整體水質(zhì)狀況良好，因此可以將此類水質(zhì)劃分為清潔飲用水。另一方面，如果部分關(guān)鍵污染物的權(quán)重系數(shù)較高，且濃度接近或略高于水質(zhì)標準限值，這表示水質(zhì)雖未達到嚴重污染的程度，但已存在一定的污染風險，因此將此類水質(zhì)劃分為輕度污染飲用水。當權(quán)重系數(shù)較高的多種污染物濃度均遠超標準限值時，這明確指示了水質(zhì)已經(jīng)嚴重惡化，會對公眾健康構(gòu)成直接威脅，因此應將此類水質(zhì)劃分為重度污染飲用水。在城市強降水后，以此為依據(jù)對飲用水進行這樣的污染等級劃分，有助于快速評估水質(zhì)狀況，及時采取必要的應對措施，以保障居民飲用水的安全和健康。

2.2強降水后飲用水污染預警

依據(jù)上述研究內(nèi)容與計算數(shù)據(jù)，制定強降水后飲用水污染預警程序，具體見圖1。

執(zhí)行圖1所示程序，即可實現(xiàn)探空觀測資料在強降水后飲用水污染的應用。

污染物的存在和濃度會對降水相關(guān)的數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，為確保所使用的觀測數(shù)據(jù)可靠且準確，根據(jù)強降水預警信息制定有效的飲用水污染預警措施，具體如下所示：

（1）提前預警和準備：根據(jù)氣象部門的強降水預警信息，提前預測可能出現(xiàn)的飲用水污染風險，并采取相應的預防措施，例如對自來水處理廠等進行巡查和維護，確保正常運行。

（2）控制污染源：在強降水期間，加強對飲用水污染源的控制和管理。對工業(yè)廢水、生活污水等可能產(chǎn)生污染的源頭進行嚴格監(jiān)管，確保達標排放。同時，提倡綠色生產(chǎn)和生活方式，減少不必要的污染產(chǎn)生。

（3）加強飲用水監(jiān)測：在強降水期間，加強對飲用水質(zhì)量的監(jiān)測和評估，監(jiān)測污染源、污染量等的變化情況。一旦發(fā)現(xiàn)污染問題，迅速采取措施進行治理。

（4）加強飲用水污染處理：根據(jù)強降水預警信息，提前培訓自來水處理廠的運營能力，確保飲用水處理設(shè)備高效運行，防止污水溢出和未經(jīng)處理的污水進入水體。

3實驗與分析

3.1實驗設(shè)置

探空觀測設(shè)備是提出方法的主要應用裝置，是進行大氣探測的重要工具，選取與參數(shù)配置直接關(guān)系到觀測結(jié)果的準確性和可靠性，故在實驗準備階段需進行科學地選擇與配置。在常規(guī)情況下，探空觀測設(shè)備選取原則如下所示：

（1）適應性原則：根據(jù)實際需求選擇適應的設(shè)備，考慮觀測目的、觀測環(huán)境、觀測精度等因素；

（2）穩(wěn)定性原則：設(shè)備應具備較高的穩(wěn)定性，避免因設(shè)備故障或異常情況影響觀測結(jié)果；

（3）可靠性原則：選擇的設(shè)備應經(jīng)過嚴格的質(zhì)量控制和測試，確保可靠性；

（4）便攜性原則：考慮設(shè)備的重量、尺寸等因素，便于攜帶和安裝；

（5）維護性原則：選擇易于維護和保養(yǎng)的設(shè)備，降低后期維護成本。

依據(jù)上述原則選取新型往返平漂式探空系統(tǒng)作為實驗所需探空觀測設(shè)備，再依據(jù)實驗需求，對其技術(shù)參數(shù)進行合理的配置，具體見表2。

依據(jù)表2配置的技術(shù)參數(shù)對新型往返平漂式探空系統(tǒng)進行調(diào)試與測試，保障新型往返平漂式探空系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

除此之外，新型往返平漂式探空系統(tǒng)在應用過程中需要注意以下事項：

（1）在安裝新型往返平漂式探空系統(tǒng)時，需要選擇合適的場地和位置，確保設(shè)備能夠正常工作并避免干擾。同時，要按照說明書或操作手冊進行正確的安裝和調(diào)試，確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性；

（2）新型往返平漂式探空系統(tǒng)的觀測環(huán)境應符合設(shè)備要求，避免極端天氣和環(huán)境因素對設(shè)備的影響。例如，大風、暴雨、雷電等天氣條件可能會影響設(shè)備的正常工作和數(shù)據(jù)采集的準確性；

（3）新型往返平漂式探空系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)需要進行正確的處理和分析，以便得到準確的觀測結(jié)果。因此，在使用設(shè)備前，需要了解數(shù)據(jù)處理的方法和流程，并熟練掌握相關(guān)的軟件和工具。

在上述實驗設(shè)置的基礎(chǔ)上，驗證探空觀測資料的應用性能。

3.2結(jié)果與分析

以上述實驗準備階段內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過對城市強降水后清潔飲用水、輕度污染飲用水和重度污染飲用水的預警精準度來顯示探空觀測資料的應用性能，具體實驗結(jié)果見圖2。

如圖2所示，城市強降水后重度污染飲用水預警精準度最高，清潔污染水預警精準度居中，輕度污染飲用水預警精準度最低。其中，各污染水等級預警精準度均達到80%以上，在重度污染飲用水中最大值甚至達到了100%，表明探空觀測資料應用效果較好。

4結(jié)束語

為了保障飲用水的安全，城市需要加強對強降水等極端天氣事件的監(jiān)測和預警，同時完善排水系統(tǒng)和飲用水處理設(shè)施，以應對可能帶來的污染風險。因此，利用探空觀測資料分析強降水后大氣化學成分變化，預測這些成分在強降水過程中可能隨雨水進入水體，對飲用水源造成污染。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)飲用水污染量劃分城市強降水后飲用水污染等級，結(jié)合城市強降水后飲用水污染預警程序完成城市強降水后飲用水污染預警。調(diào)查研究表明，通過分析和處理探空觀測資料，有助于工作人員對強降水后飲用水污染程度進行預測和預警。更準確地預測強降水對飲用水源會產(chǎn)生的影響，及時制定應對措施，從而有效保障居民的飲用水安全。