流域水生态环境监测全过程质量控制技术研究

关键词：流域水生态环境；生态环境监测；全过程质量控制

中图分类号：X832 文献标志码：B

前言

在当今社会，随着工业化、城市化的快速发展，以及人口的不断增长，不同流域的水生态环境也面临污染问题。这些污染问题不仅包括化学污染、生物污染，还涉及到物理污染等多个方面，它们对水体的健康、生态平衡以及周边环境的稳定构成了严重威胁。高质量的环境监测不仅可以及时准确地发现水生态环境的污染问题，还可以为制定科学的环境保护政策和措施提供重要依据。在当前水生态环境面临严重污染问题的背景下，加强高质量的环境监测工作具有非常重要的意义。应该不断完善监测体系、提高监测能力、加强监测数据的分析和应用，为保护水生态环境、维护生物多样性和生态平衡做出更大的贡献。

监测质量控制是要确保监控系统的整个流程都满足国家对监控系统的要求，确保监控系统所采集到的数据的准确性和可靠性。现有的发展较为成熟的监测质量控制技术包括：基于RSEI的环境监测质量控制技术、基于Google Earth Engine云平台的环境监测质量控制技术和基于氨氮实测结果的环境监测质量控制技术，然而上述传统的质量控制技术存在控制效果不佳的情况，主要体现在监测环境监测精度等方面，为了解决传统环境监测方法以及质量控制技术在运行过程中存在的问题，以流域水生态环境为监测对象，优化设计监测全过程质量控制技术，以期能够帮助准确识别污染源并掌握其污染物的类型和排放量，实施针对性的污染管理措施，降低污染源扩散对水生态的影响。

1模拟流域水生态环境监测全过程

流域水生态环境的监测包括现场调查、监测计划设计、测点布设、监测设备安装、样品采样、相关数据采集与分析、监测指标计算等。在实际的环境监测过程中，利用流域水环境测点位置中的硬件设备，获取实时水样并得出当前水样中相关指标的具体取值，假设流域水生态环境中监测指标为x₁、x₂…、xn_index，其中n_index为流域水生态环境的监测指标数量，通过硬件设备对相关数据的计算，得出各指标的具体取值，则流域水生态环境的监测结果为式（1）：

2确定流域水生态环境监测全过程质量影响因素

流域水生态环境监测质量主要体现在监测精度和监测时效性两个方面。其中，监测点数量越多、监测数据、监测指标以及水样的采集与计算精度越高，对应流域水生态环境的监测精度质量越高。另外由于监测点数量的增加，导致监测工作中运算数据的增加，从而降低环境监测的时效性，因此监测点数量与监测时效性之间存在负相关关系，另外硬件监测设备的执行速度、数据计算与分析速度会对流域水生态环境的时效性产生正面影响。

3流域水生态环境监测全过程质量控制流程设计

3.1流域水生态环境监测点布设质量控制

为提升流域水生态环境的监测精度质量，扩大流域水生态环境的监测范围，在一定程度上增加监测点数量，并确定各个监测点的具体安装位置。流域水生态环境的监测点主要从水平和竖直两个方向上进行布设，其中竖直方向上的布设情况见图1。

根据河流监测断面设置原则、技术要求，充分考虑断面取样的可操作性，确定断面地点应选择在河道平直、水流顺畅、无急流湍流、取样与样品运送方便等区域，并采用完整混合模型估算出污染区范围，将断面布置在水质分布均匀的区域，避免临近的污染源及排放点等。从水平维度方面来看，根据监测设备的有效监测范围，确定各个测点的设置位置。

4控制效果测试实验分析

4.1流域研究区域概况

此次实验选择某河流及其周围区域作为实验环境，流域总面积约为22500 km²，河流岸线长度为160 km，长轴和短轴长度分别为50 km和20 km，正常水位条件下河流面积约为850 km²，平均深度为3.3 m。河床大部分是裸露的基岩，河床高约900～950 m，河床的纵坡约3‰。河曲发育，谷地多为“U”形。河床两侧多为基岩型山地，属于冲积型低中山区。两岸河岸坡具有25°～30°的天然斜坡，并有几条NE向的冲刷沟。研究选取的流域为半干旱大陆性气候。夏季多雨，酷热难耐，而冬季则是干冷的。结果表明，该区年平均降雨量为50.2cm，其中东部山地降水最多，西部平原降水最少。

4.2描述环境监测全过程质量控制技术运行与测试过程

根据流域水生态环境监测全过程质量控制技术的设计结果，在流域研究区域内确定测点的具体位置，并将改装的监测设备安装到测点位置上。安装设备内部包含DS18820数字温度传感器、米科MIK-MPP1000多参数水质分析仪两种。其中，DS18820数字温度传感器测温范围为-55℃～+1250C测量精度为±0.5℃@（-10℃～85℃）最小分辨率为0.0625℃。米科MIK-MPP1000多参数水质分析仪监测pH时的测量方法为电极法。量程为0～14pH，±2 000 mV（ OPR）、分辨率为0.01 pH，±1mV（OPR）、精度为0.01pH，±20mV（OPR）。

按照上述方式实现对流域水生态环境中多个监测设备的安装。选择所提方法作为质量控制对象，对监测数据采集、数据处理以及指标筛选等步骤进行质量控制，并得出优化设计技术控制作用下，流域水生态环境的监测结果。如图2所示的是测点1位置上的水生态环境监测结果。

在水生态环境监测过程中，记录生态环境参数的实际数据，作为验证监测性能的比对数据。按照上述方式可以得出流域范围内所有测点在任意时刻的监测输出结果。实验中设置的对比技术为基于RSEI的环境监测质量控制技术和基于Google EarthEngine云平台的环境监测质量控制技术，并与控制技术应用前的监测性能指标进行比对，从而得出反映质量控制效果的测试数据结果。

4.3控制效果测试实验结果与分析

根据环境监测质量的控制目的，分别从环境监测精度和监测范围两个方面设置控制效果的测试指标，通过相关数据的统计，得出流域水生态环境监测精度质量控制效果的测试结果，见表1。

无质量控制技术作用下流域水生态环境水温和pH值的平均监测误差分别为1.0℃和0.58℃，在两种传统质量控制技术作用下，平均水温监测误差分别为0.42℃和0.34℃，平均pH值监测误差分别为0.22和0.18，而在优化设计流域水生态环境监测全过程质量控制技术作用下，水温和pH值的平均监测误差分别为0.06℃和0.04。

在不同质量控制技术作用下，流域水生态环境监测范围的测试结果，见图3。

从图3中可以看出，在优化设计流域水生态环境监测全过程质量控制技术作用下，有效扩大了流域水生态环境的监测范围，监测范围扩大约60%，与两种传统技术相比，监测范围分别扩大约40%和30%。

5结束语

为及时、精确地掌握流域水生态环境质量现状及其变化原因，防止进一步恶化，调整保护措施，为正确认识、保护和管理提供基础，必须进行监测。因此，对流域进行水生态环境的监测，对于实现可持续发展具有十分重要的意义。在此次研究中通过对监测全过程的质量控制，提升环境的监测质量，从而得出更有价值的环境监测结果。结果表明，所提技术应用后水温和pH值的监测误差分别降低了0.32℃和0.16，监测范围扩大约35%。表明该技术能够有效降低监测误差，扩大监测范围，并提高监测的全面性和精度。通过该技术的应用，可以更准确地识别污染源，掌握污染物的类型和排放量，有针对性地实施污染管理措施，更好地保护水生态系统。