水环境质量监测预警体系研究进展

李晶++周浩+王凤鹭

摘 要：随着社会经济的发展，对水资源的需求日趋增加，水环境污染也随之加重，我國的水环境面临着严峻的考验，水环境质量监测是水环境管理的基础，而建立反应水环境状况的水环境监测预警体系可大大提高水环境管理能力，国内外针对水环境质量监测预警体系的相关研究也越来越多。

关键词：水环境；水质监测；水环境预警系统

我国水环境质量监测体系的研究起步较晚，20世纪90年代初，随着水环境污染整治工作的深入，很多城市都加强了基础设施的建设，开展系统、科学合理的监控监测工作。1988年，天津作为首个试点城市，建立了我国第一个水质连续自动监测系统。目前全国环保系统已有2289个监测站，其中地市级站391个，县级站1799个。国家、省级监测站和部分发达城市环境监测站具备了常规监测、有机物监测及应对一般突发性污染事故的能力。95%以上地市站、70%以上县级监测站具备了常规水质指标监测的能力，初步形成了水环境质量监测网络以及相应的预警体系。

然而现行的水环境监测技术体系不能完全、准确反映流域层面的水质状况，流域层面的监测网络不完善，监控断面、点位布设不能完全代表水质现状。监测指标简单，监测项目和监测频率缺乏科学性。现场、机动及应急监测能力不足，移动水质分析监测能力不强，不能实现快速、适时的水质检测。不能及时掌握水环境变化的动态和及时快速的做出预警。

为了构建适合我国国情的流域水环境质量监测技术方法体系，为真实反映流域水环境质量提供系统、科学的技术手段，并对水环境污染情况提供及时、科学的预警体系。“十二五”期间，我国的国家和地方监测网已涵盖各环境要素，“十二五”末，我国主要水系已经建立145个重点断面水质自动监测站，对地表水系进行实时监测和预警。

1 水环境质量监测预警体系研究范畴

我国现有地表水水质监测和污染源监控的监测体系，在线监测涵盖了污水处理厂的进口、出口，以对污水处理厂进行日常监督和管理，重点企业也都部署了在线自动监测系统，实施监测废水流量、COD、氨氮等主要污染物的浓度，防止偷排、超排现象，还缺乏城市水环境质量监测系统立，急需结合水功能区划和水环境特点构建水环境监测与预警体系。水环境监测体系核心为指标体系、预警方法和预警阈值，水环境的影响因素很多，各影响因子之间又存在的复杂的关系，因此水环境监测预警指标体系的建立是整个系统的关键。水体所处的气候条件、地区经济条件，都直接影响到水环境特征参数的选取。预警指标体系建立基础上，开展预警方法模型的研究，这也是当前的研究热点。

2 国内水质监测预警系统的研究进展

目前，水环境质量监测预警系统的研究报道很多，根据研究对象所处的时空、预警方式、目的，水环境预警可分为很多类型。根据警情发生的紧急情况分为渐变式和突发式。渐变式预警是指水环境危险状况经过了长时间的累积、潜伏、演化体现出来的，该种形式的预警侧重对环境因子时空变化趋势分析、预测，同时考虑不确定因素；突发性预警是指警情发生的很突然、没有征兆的出现，关键在于时效，要求系统在最短时间内提供预警、预报、应急方案。

水质监测预警系统是指通过对水环境状况、敏感源历史、现状分析、评价，利用定性定量的评估模型和方法确定其变化趋势，以形成对突发性和常规敏感状况的预警预报，进而达到减少风险的目的[1]。水质监测预警系统逻辑结构一般为确定警情和警源、分析警源、确定预警级别、采取预警院等几个步骤。

目前对水环境质量的研究方法主要分为水环境质量评价法和水环境质量预警（对水环境质量未来可能发生期望的预警）法两种。

水环境质量评价法包括指数评价法、模糊评价法、灰色评价法、人工神经网络（ANNs）评价法、物元分析法、地理信息系统（GIS）的应用等。

水环境质量预警根据资料情况，通常包括定性和定量方法。定性方法通常用于资料缺乏、因素复杂、主次因果关系不明确、主要影响因子无法实现定量分析的情况，随着GIS技术的普及和应用，逐渐被引入定性分析中。定量分析一般是结合模型来进行，由于模型的建立是基于数学、统计学、逻辑学等学科为基础，相对科学、系统，比较常用的有SD预警模型、EFDC、WASP等，预警模型的提出和研究的深入，大大推进了预警系统的研究进展。

随着环境信息收集方式、信息传导方法、预警模型、地理信息技术的迅速发展，预警应急系统广泛应用于、气象、地震、农业、林业、城市交通等很多方面。随着经济的发展，水环境安全问题也日益凸显，各地开始积极探索建立重要流域的水质监测预警系统，长江流域、辽河流域、鄱阳湖、滇池等地都研究构建了预警体系[4]。水质监测预警系统大致可分为湖库型的预警体系和流域、河网、河流的预警体系。基于水环境安全研究[5]，太湖的水环境监控预警系统[6]、三峡库区水环境安全预警平台[7]和多中心多指标的区域水环境污染预警系统[8]等已经建立。我国辽河、桂江、汉江等流域已建成水质预警系统，河网区的水环境预警方法体系[9]、流域生态系统预警管理整体框架[10]、流域水环境预警与管理系统[11]等预警方面的研究正逐步完善预警系统的数字化信息。

3 国外关于水环境质量监测预警体系的研究

国外的水环境预警系统研究起步较早，其构建思路已相对较为成熟。德国的多瑙河、奥地利莱茵河、美国密西西比河、英国泰恩河、法国塞纳河都开展了水环境预警研究[12，13，14]，应对突发性污染事故。德、匈、奥等几个欧洲国家共同研究了“多瑙河事故应急预警系统”，纳入了沿岸各国的警报中心PIAC、PIAC间的信息传输系统，还纳入了各国的学术研究机构作为支撑，该系统建成后，在多瑙河流域水质趋势变化、保障周边水质安全方面发挥了巨大作用。

4 结束语

水环境质量监测预警体系的建立，是一个持续性工程，在不断吸取各方经验的同时大力推崇各领域协同合作。例如，将计算机技术、遥感技术更广泛的应用到预警体系中，建立共享自然、社会、经济发展的数据库，结合GIS实现数据库的管理和应用，不断完善现有预警评估模型，结合我国国情，实现不同方向和不同层面上的宏观整合，构建实用、完整的水环境监测预警体系，将大大提高我国的环境管理能力。

参考文献

[1]詹曉燕，薛生国，张建英，等.环境安全预警系统的研建[J].环境污染与防治，2005，27（4）：290-293.

[2]张波，王桥，孙强，等.基于SD-GIS的突发水污染事故水质时空模拟[J].武汉大学学报：信息科学版，2009（3）：348-351.

[3]郭庆春，何振芳，李力.人工神经网络模型在黄河水质预测中的应用[J].人民黄河，2011（10）：42-43.

[4]Chen Q， MA J， WANG Z，et al.Biological early warning and emergency management support system for water pollution accident[J].Transactions of Tianjin University， 2012，18：201-205.

[5]盛东，徐枫，王跃奎，等.太湖流域水环境安全评价方法研究[J].安徽农业科学，2012，40（23）：11777-11780.

[6]黄卫，陈鸣，徐亮.太湖梅梁湾水环境监控预警体系研究[J].环境监控与预警，2009（1）：6-9.

[7]张艳军.基于的三峡库区水环境安全预警平台集成[J].四川环境，2010（1）：47-50.

[8]冉圣宏，陈吉宁.区域水环境污染预警系统的建立[J].上海环境科学，2002，21（9）：541-544.

[9]王丹.河网水环境预警技术体系研究[D].浙江大学，2011.

[10]仇蕾，王慧敏，贺瑞敏.流域生态系统的预警管理框架研究[J].软科学，2005，19（1）：46-48.

[11]陈炼钢，施勇，钱新，等.J2EE耦合GIS&FLEX的淮河流域水环境预警与管理系统研发[J].水力发电学报，2013，32（2）：108-113.

[12]PUZICHA H. Evaluation and avoidance of false alarm by controlling Rhine water with continuously working biotests[J].Water Science & Technology， 1994，29（3）：207-209.

[13]BOTTEWEG T，RODDA D.Danube River Basin： progress with the environmental programme[J].Water science and technology， 1999， 40（10）： 1-8.

[14]范兆轶，刘莉.国外流域水环境综合治理经验及启示[J].环境与可持续发展，2013（1）：81-84.

作者简介：李晶，高级工程师，从事水环境研究工作。