水质监测预警系统浅析

徐 瑞

（贵州省环境监测中心站 贵州贵阳 550081）

随着我国水污染事件的频发，国内对构建水质监测预警系统进行了大量的探讨与研究，如苏维词[1]就乌江流域水环境预警的方法和技术进行了探讨；董志颖等[2]应用水质预警理论并结合GIS技术建立了吉林西部水质预警系统等。我国逐步在广西桂江[3]、汉江[4]、黄河[5]、长江[6]等建成了水质预警系统，对区域和流域内水污染控制发挥了重要作用。本文将对水质监测预警系统进行一个简要的分析。

1 水质监测预警系统的主要功能

水质监测预警系统是通过对水质进行监测，来评价该区域或流域水质状况及变化趋势，从而对突发的或是潜在的水污染进行预警的系统。该系统的主要功能有两点，第一点，对江、河、水库、湖泊等地表水和地下水中的污染因子进行常规性监测，以掌握水质现状及其变化趋势，从而预防潜在的水污染风险；另一点，对生产、生活等废（污）水进行监督性监测，掌握污染物排放总量，为污染源监管提供依据，为突发性水污染事件提供即时预警信息。

该系统的逻辑结构一般可以分为确定警情、寻找警源、分析警源和预报警度这四个步骤[7]。这里确定警情是预警的基础，是对水质现状分析与评价结果的描述；寻找警源是预警过程的起点，是预防水污染风险的前提保证；分析警源是预警的关键，准确把握水质状况的变化趋势，才能做到准确预警；预报警度就是预报警情的严重程度。

2 水质监测预警系统的总体结构

水质监测预警系统是由三个子系统构成的：水质监测系统、水质分析系统和水质评价系统[8]。见图1.

图1 水质监测预警系统总体结构及其工作流程

2.1 水质监测系统

该子系统是水质监测预警系统的基础，其运转模式为：首先，确定监测对象，并针对该对象的特点来确定监测预警指标。接着，应用全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）等技术合理布设监测点位。然后，对各个监测点位进行监测。最后，将监测点位信息与其监测指标数据发送到水质分析系统。

2.2 水质分析系统

该子系统是水质监测预警系统的核心，其采用适当的预警方法来对监测指标信息进行分析，从而得到监测对象的水质状况及其变化趋势。

2.3 水质评价系统

该子系统是水质监测预警系统能否发挥作用的关键，其主要任务是根据预警阈值的界定对水质分析结果进行评价并预报警度。

3 水质监测预警系统的构建

水质监测预警系统的构建主要包括预警指标体系的构建、预警方法的选取和预警阈值的界定三大部分[9]。预警指标体系的构建是进行预警方法选择、计算和分析的基础，预警方法输出的结果是预警阈值界定的依据。

3.1 预警指标体系

预警指标体系，就是由一系列相互联系的能敏感地反映水质状况的因子结合所构成的整体。由于影响水质的因素众多，并且各个影响因子之间又存在着复杂的关系，所以建立一套完整的，合理的预警指标体系是构建水质监测预警系统的首要步骤。在构建预警指标体系时，应满足以下三个原则[10]：

3.1.1 全面性。所选用的指标能够全面客观地反映水质状况。这直接关系到整个体系的好坏。

3.1.2 可操作性。所选用的指标要有可靠的数据来源，建立的指标体系简明易于操作，尽可能采用国际上通用的名称、概念和单位，有利于相关人员的实际操作。

3.1.3 动态性。随着时间的推移和条件的变化，水污染状况也会发生变化，个别预警指标可能不再具有预测的作用，因此需要适时地对预警指标进行调整或替换。

3.2 预警方法

预警方法就是监测信息的综合分析方法。在建立了预警指标体系后，就要选用适当的预警方法来对该指标体系进行综合分析。预警方法一般可以分为统计预警和模型预警两大类。

3.2.1 统计预警。统计预警主要是决策树方法。一般决策树模型中的各个决策对象之间可以按照因果关系、复杂程度和从属关系分为若干等级，各等级之间用线条连接。其基本原理是用决策点代表决策问题，用方案分枝代表可供选择的方案，用概率分枝代表方案可能出现的各种结果，经过对各种方案在各种结果条件下损益值的计算比较，提供决策依据。

3.2.2 模型预警。模型预警是最常用到预警方法，其主要是利用水质模型来对监测对象进行预警分析。水质模型是依据物理、化学、生物等原理,应用计算机技术来针对监测对象的特点而设计出来的数学模型。曹永中等人[11]对多种河流水质模型进行了研究，并指出水质模型预警是顺利实现水环境规划管理、水污染综合防治等任务不可缺少的基础工作。万金保和李媛媛[12]对湖泊水质模型的研究发展进行了系统的分析，并认为水质模型预警作为湖泊水环境污染治理、规划决策分析中的一个重要工具,它可以为湖泊的综合整治和科学管理提供科学的依据,在环境保护领域中发挥着举足轻重的作用。

3.3 预警阈值

水环境的自净能力和纳污能力具有一定的限度，即阈值，当人们对水环境的影响超出了这个阈值，就会导致水污染，破坏水环境结构。预警阈值的界定包含了确定警限和警度划分两个内容。警限是警度划分的分界线。确定警限和警度划分的方法通常有对比判断法、专家确定法、综合评判法等。陈国阶等人[13]认为可以以水环境质量标准作为警戒线，因为环境质量标准具有简洁易行和定量标准明确的特点，应该具有广泛的适用性。

4 结语

水质监测预警系统是根据水质监测信息，运用现代信息技术、逻辑推理和科学预测的方法技术，对水质状况及变化趋势做出预测，并发出警示信号的一套复杂的系统。水质监测预警系统能够全面反映水质状况和趋势，准确预警各类水污染事件，为环境保护决策和环境管理提供大量科学、准确、及时的监测预警信息。加快推进水质监测预警系统的建设，既是环境监测事业自身发展的需要，更是实现环保历史性转变、探索环保新道路的迫切要求。

[1]苏维词，李久林．乌江流域生态环境预警评价初探[J]．贵州科学，1997，15(3):207—214.

[2]董志颖，王娟，李兵．水质预警理论初探[J]．水土保持研究，2002，9(3):224—225.

[3]陈惠君，唐允吉，吴贵彬.广西桂江水质预警预报信息系统的研究[J].陕西水力发电，1997，13(2):50—52.

[4]窦明，李重荣，王陶.汉江水质预警系统研究[J].人民长江，2002，33(11):38—42.

[5]司毅铭，李玉洪.建立应对黄河重大水污染事件的快速反应机制[J].人民黄河，2004，26(4):28—29.

[6]夏晶，吴海锁，尹大强，等.长江(江苏段)沿江开发水质监控预警系统建设[J].四川环境，2006，25(1):96—99.

[7]李淑祎，王烜.水环境安全预警系统构建探析[J].安全与环境工程，2006，13(3):79—86.

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[9]李健，杨玉楠，吴舜泽，贾杰林.水环境预警系统的研究进展[J].污染减排，2009，416(38):4—7.

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[12]万金保，李媛媛.湖泊水质模型研究进展[J].长江流域资源与环境，2007，16(6):805—809.

[13]陈国阶，何锦峰．生态环境预警的理论和方法探讨[J]．重庆环境科学，1999，21(4):8—11．