水环境监测断面优化设置方案的设置研究

方景新

（肇庆市鼎湖区环境监测站 广东肇庆 526070）

1 引言

随着城市的发展，自然环境受到了一定的破坏，在长期的污染后，污染物成分也发生一定的迭代升级，原有的水环境检测方式已经无法满足现有的保护水环境的要求。在这样的环境下对于水环境检测的断面模式就需要不断的优化，利用更多的水资源管理所收集到的数据来对水环境的类别进行划分，并根据环境当中污染物的情况来定义环境污染的级别。

检测优化方案旨在提出监测点数量最优化，利用最少的资源检测设备资源来获得地表水信息量，最终获得水环境保护的最佳方法。在监测时，用数理统计的归类方式，鉴定污染物样品的相互联系关系，客观的将污染系统进行归类。利用模糊的数学方式将污染物进行类化，具体的操作是将样本中与模拟的数据相互比对，在数据矩阵的代换中得到逆矩阵，并在正态分布的条件下将收集水环境数据进行分析。

2 水环境监测断面优化设置方案

在某市城内的支流河流，贯穿整个市区。流量为100，河流横向宽度为35m，作为一条重要的城市内河流，常年来由于上流的工业污水污染和生活污水的排放，导致河流的污染情况较为严重，对于这样的情况需要进行一定的治理工作，同时进行一定的断面优化设置。

对该区域水质进行集中取样，了解水样之间的模拟关系，同时形成水样的矩阵图形。

在矩阵当中，数据采用标准化的计量方式，其中污染的指数都是以标准值的浓度计算的，最终可得到逆矩阵：

在矩阵分析中，由于样本之间会存在一定的对应关系，利用相关的正态分布曲线可以将样本之间的关系标示，在几何表示方法下将水环境中的数据特征展示，最终得到相应的样本联系公式：

根据矩阵的情况，在加上一些经验公式，得到较为科学有效的数据分类方式，在确定各元素之间的平方和后，可以列入标准差中进行计算。而优化的方案就是根据标准差得到的计算阈值来控制。当阈值越小，样本函数中的相似度就越高，当阈值越大样本中的污染物存在的差异较大，优化的方案选择性较小。并且根据不同监测面所得到的数据在相似度较高的情况下可选用有代表性的数据进行调控。

3 环境监测断面优化设置方案分析

在案例中的矩阵分析中可以看出，断面方案所取的支流存在一定的污染情况，并根据分析出的规律来看，在同一个河流中，监测面保持在三个以上的监测点，并且根据污染的情况不同将污染等级分为重度污染、中度污染、轻度污染和洁净。从贯穿城市的河流从源头处受到的污染情况较低，可以定义为清洁，对于多个清洁的断面中可以只保留一个监控点，用这样优化的方式不仅能起到监测的效果，还能将资源的利用控制在最优的范围之内。

随着河流从上流往下后，从监测点的数据监测中可以看出，到中段的过程中，污染情况最为明显，水质已经达到了重度污染，这就需要将原有两个监测点增加至四个，对于污水的处理也能及时的反馈数据。顺着水流继续往下，出现的污染程度就相应的降低，污染级别从原来的重度污染变成了中度污染。对于在过度时期的区域，在优化设置方案中不去除已有的监测点，尤其是较短的区间内，河流中水量较少，短期无法对污染程度进行详细的界定，原有的四个断面可以继续保留，之中形成较为合理的断面监测方案。

在考虑断面监测点布置上，要优先与当地的自然条件和实际的可操作性相互结合，所选取的监控点必须是在不对水环境进行二次污染的情况下进行，也需要在实际的布设中施工方便。在这样的前提下，用最为简单使用的计算模型得出的优化方案需要和具体情况相互结合，利用水质特有的性质来计算出断面的数量，如出现计算数据和实际的数据存在出入，以现场断面监测点数量为准。在后期出现监测数据不够，可适当的增加断面的监测点。

4 水环境断面优化方案的衍生技术

根据各个河段断面的数量，对断面进行优化调整。断面数量偏多的河段，可以运用聚类分析、主成分分析等优化布点方法，运用地表水断面的水质监测数据对断面进行优化，保留合理和科学的断面。断面较少的河段增补断面数量，新设断面及合理性较差的现有断面，借助适当的水质扩散模型来进行微观定位，使其尽量避开污染带，布设于污染物与河水混合均匀区内，使之能反映本河段的水质状况。

为了考察优化方案的精确程度、可靠性以及代表性，对调整后的水质监测断面的合理性进行检验。对有历史数据的断面，可以根据实际情况选定某时段的历史数据，对优化前后监测指标的参数均值的绝对误差、相对误差以及样本均数的差异性进行检验，检验的统计学方法有t检验、F检验等。对新增或移位的断面，缺少历史数据，需要进行探索性监测检验。可以对移位断面的新旧位置进行对比监测，对监测结果的差异性进行检验。

地理信息系统(GIS)是一门综合性的应用科学，用户可以利用计算机图形与数据库技术，采集、编辑、储存、显示、转换、分析和输出地理图形及属性数据，将这些信息以可视化的方式表现出来，用于空间分析与决策。将GIS技术应用到环境要素监测布点中，可以通过空间分析、叠加分析等辅助建立分布合理的环境要素监测点，后续还可以建立包含各监测点实时数据、空间位置、自然环境等各种属性数据的空间数据库，通过数据库管理技术和信息可视化技术来管理和分析监测数据。

将GIS运用到地表水环境监测断面布设中，可以将GIS的空间分析功能与统计学模型相结合，运用GIS技术将含有流域自然和人文属性的图层、含有水系信息的图层与含有断面属性的图层叠加分析，将监测断面空间定位，并将统计模型运用到不同流域中，从而科学地布设地表水监测断面，使监测断面的布设具有空间合理性和科学性。运用GIS技术能够使地表水监测断面的优化调整结合更多的空间信息，输出的结果可视化，并且使模型运算和制图过程更简单、快捷。

5 结语

在实际的水环境处理中，优先利用的断面监测优化方案起到了很好的效果，对于控制污水的净化也起到了很好的作用，于此同时，对与水质变化过程中，能够起到试试监控的效果，并把监控的成本控制在较低的水平。相较于没有使用优化方案，在资源上要多花将近35%以上。在本文中，同时分析出了某市内河的污染检测情况，在四类污染级别的划分上也出现了一定的差异，将监测断面上监测点适当的增减有利于监测的效率。从目前的监测来看，重度污染和中度污染的监测级别较高，需要在动态的环境下对水质的数据进行详细的分析，通过分析结果来治理污水，最终起到清洁、高效的目的。使用水环境监测断面的优化设置还存在一个很大的优势，就是能将水质中的污染物进行划分，利用数理统计的方式将相似的污染源相互归类，利用阈值的计算方式得到污染的情况分析，有利于水源处的污水治理工作。

[1]倪云龙.水环境监测点位优化数学模型探讨[J].江苏环境科技，2007.20(12):58-60.

[2]李瑞杰，工迪，张颖.河流水质监测控制断而设置探讨[J].内蒙古环境科学，2008.20(22):92-93.

[3]吴文强,陈求稳,李基明,陈刚.江河水质监测断面优化布设方法[J].环境科学学报.2010(08).

[4]刘存功,刘敏,孙佳秀,刘运生,李彦邦.山东黄河水质监测断面分布与监测参数研究[J].科技信息.2013(03).