河流水环境健康风险监测与评价系统设计

费 丹

（辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局））

0 引言

对河流水环境进行健康风险监测评价，是一项比较复杂的系统工程，不仅涉及专业较多，而且面广线长数据海量，所以应当建立满足河流水环境健康风险监测评价系统，满足日常工作人员的工作需求。经过本次研究设计开发了河流水环境健康风险监测与评价系统，一旦出现河流水环境受污染情况，便会立即进入预警状态，并形成系统界面警报信号，向有关工作负责人发送预警信息，以可视化交互功能向决策管理层传递及时制定对策，有效降低风险损失程度。

1 河流水环境健康风险监测及评价系统结构功能

1.1 系统基本结构

在设计开发该系统中将GIS系统作为基础可视化系统，主要包括了均由软件系统设置的10 个子系统，包括了河流水环境的基础资料数据库、危害鉴定、水质评价、专题地图、总健康危害风险等子系统，共计组成了河流水环境健康风险评价管理的基本结构（见图1），作为环境风险系统。

1.2 系统主要功能

图1 河流水环境健康风险监测与评价系统图

文章设计开发的河流水环境健康风险检测与评价系统，主要实现了河流水环境健康风险评价功能，经过对其展开风险管理，可以预测警报河流水环境健康风险，并且实时向决策者准确传递风险信息，能够为减少损失和风险争取有效时间，最大化降低风险问题。且基于一定环境条件下还能够实现对河流水环境风险源的推测。

2 河流水环境健康风险监测与评价系统设计方法

2.1 设计流程

在设计本次河流水环境健康风险监测与评价系统中，主要包括以下五个阶段的设计流程：

在第一阶段的系统设计流程中，主要负责调查本次设计开发系统需求，为了确保能够建立更加实用、完善且科学的系统，主要的调查环节就是经过该阶段调查，对于不同级别人员职责及管理范围充分了解，最终确定哪些部分作为主要的共享数据。

在第二阶段的系统设计流程中，负责获取河流水环境的基础数据资料和其他社会资料，作为该系统进行评价的数据资料基础。

在第三阶段的系统设计流程中，这一阶段的系统设计主要针对模型研究，包括了建立风险监测模型、风险评价模型以及风险预测模型。

在第四阶段的系统设计流程中，这一阶段系统设计包括了设计系统总功能、系统总结构、系统流程、系统数据库、系统空间、属性信息库、系统各系统模块以及系统的后期调整完善。

在第五阶段的系统设计流程中，作为设计该系统的最终环节，主要完成系统的集成设计。

2.2 设计方法

2.2.1 监测点位

以河流水环境健康风险评价与监测目标为依据，结合河流水环境的具体设计情况，设计若干个监测断面并统筹考虑沿岸地区范围的所有水源、污染源、群众聚集地、风险场地。集中考虑区域环境下的自动化监测装置，借助通讯系统实现采集数据信息的实时传输，为决策部门工作开展提供数据信息依据。

2.2.2 运用3S技术

现如今在中国的水环境领域已经广泛运用3S技术，尤其对于GIS技术来讲该系统同样不例外，基于GIS技术作为支撑型技术，建立可视化水环境之后借助GPS、RS技术，能够建立紧急预案和不同空间位置信息的实时传递。此外还能够基于外部条件允许前提下，运用三维GIS技术真正提升该系统的运用真实性。

2.2.3 风险评价设计

在设计河流水环境健康风险监测与评价系统的风险评价中，主要包括三大步骤：一是对于不同河流水环境流段内存在的污染物加以明确，譬如基因毒物质、躯体毒物质。二是能够确定评价标准，获取河流水环境所监测的数据，能够为评价河流水环境健康风险提供依据，所以构建评价指标体系十分关键，解决河流水环境的本身存在风险问题，进而判断河流水环境的健康风险评价信息系统可行与否，以及河流水环境健康风险预警的功能需求，最后对于河流水环境的健康风险源是否推测得出，以及是否可以科学管理风险源。经过以优先监测、真实性、科学性、系统性、独立性、实用性、可选择性、拓展性、目的性等为评价指标设计原则。建立科学合理的评价指标体系，以水环境释放的基础、非金属、放射性、金属、有机、藻毒等不同类型污染物，作为构建河流水环境评价指标体系的重要组成。三是实现污染分组，并运用对应模型实施健康风险评价，目前尤为常用的指标权重确定法，包括了层次分析法、加权平均法和矩阵分析法。

3 河流水环境风险预测模型

3.1 水质预测模型

对于水质进行预测所建立的模型，主要包括了非稳态一维二维水质模型、水环境容量模型等。目前以西方发达国家美国为代表，以SNSIM、F-S001、SSM、SEM等通用水质模型为主，中国则主要以灰色理论模型、模糊理论模型、回归模型、时间序列模型以及动态化系统元模型。据以往文献研究与实际河流水环境相结合，根据不同的健康风险问题选择针对性预测模型。而人工神经网络技术则主要运用于水环境预测评价中，预测水环境以前馈神经网络、因素神经网络为主。

3.2 水环境风险预测模型

在以往文献中提出BOD 河流水环境非突发水质风险模型，公式如下：

根据以上公式演算河流水环境的健康风险水平，假设某河段作为水源保护断面，对于2 个水质指标加以考虑过程中，分别达到了的上限设置，随时间推移在河流中的水污染物存在不同断面的安全概率公式如下：

3.3 水环境健康风险预测模型及预警模型

文章设计的河流水环境健康风险预警模型作为综合模型，通常情况下需要首先根据实际情况选择适用的水质预测模型，之后将健康风险评价模型加入其中，二合一即形成了水环境健康风险综合预测模型。对于合理的综合水环境健康风险评价模型基础上，以有关健康风险标准为依据，与3S 技术、多媒体技术相结合实时传递管理有关预警信息。

4 系统设计

4.1 设计河流监测点位

在对河流水环境的监测断面设定过程中，需要同时考虑河流沿岸地区的主要污染源、人群集中地和饮用水源地等隐患较多的污染源地，设计条件监测点位自动监测设备，之后将监测所得数据实时传输至有关部门。某河流水环境检测点位实时数据。见表1。

表1 某河流水环境检测点位实时数据表

4.2 预警预报系统设计

在设计预警预报系统功能时，主要是为了满足对污染现象有所解决，或是污染物含量本身超标后，实现现场信息采集及监测，为该系统的操作使用人员提供现场监测数据参数。系统功能主要实现了采集有关参数，包括河流水环境中污染物的具体类型、发生时段、地点、浓度、总量等数据信息。之后模拟这些污染物随时间推移所造成的影响范围及程度，对比事故发生后的末端处理结果，从而建立的预警系统。在一旦出现河流水环境受污染情况，便会立即进入预警状态，并形成系统界面警报信号，并向有关工作负责人发送预警信息，以可视化交互功能向决策管理层传递及时制定对策，有效降低风险损失程度。

5 结语

经过本次研究建立河流水环境健康风险评价与监测系统，发现该系统运用效果较好，下一阶段也要创新系统功能，打破系统实际应用瓶颈。