地表水监测技术及展望

张夏娟

(龙门县环境监测站广东龙门516800)

0 引言

地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气的水，是河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称，是人类生活用水的重要来源之一。随着国家对地表水质量的重视，使得地表水监测技术有了较大的进步。

1 地表水研究概述

我国学者对于地表水的研究主要涉及以下几个方面：

（1）河流方面：我国学者汤奇成等编撰了《中国河流文学》，同时还对黄河下游河道平面形态进行了模拟研究。（2）湖泊方面：积极开展了湖泊与气候变化的研究，在湖泊富营养化、湖泊水化学等方面也取得了一定的成就。（3）沼泽方面：对沼泽湿地的污水处理功能进行了探讨，为沼泽的生态环境维护和合理利用沼泽资源提供了科学依据。（4）冰川方面：由我国学者编制的中国冰川编目对于冰雪灾害防治和西部水资源开发利用都具有相当重要的意义。

2 地表水自动监测系统

地表水自动监测技术在近三十年来发展较为迅速。该项技术可综合性评估水体的质量，能够连续并及时记录有效数据，从而动态反映水质变化情况，使得监测数据具有一定的精密度、可比性和科学指导意义。

3 地表水水质模型

地表水水质模型是综合描述污染物在地表水中随时间、空间变化而不断迁移转化规律的数学模型，它涵盖了大多数水质中的污染物质，并综合物理、化学、生物反应对水质进行评价分析。地表水水质模型研究最初是基于生物化学需氧(BOD)和溶解氧(DO)的BOD-DO模型，属于一维稳态模型；后出现含有了氮、磷等营养物质的二维模型，随之又添加了大气污染物对水质的影响,从而建立综合水质模型。

4 常用的水质模型

4.1 S-P模型（即BOD-DO模型）：应用最普遍的一维地表水水质模型，主要研究氧平衡，对于复杂的水环境应用性较差。

4.2 QUAL系列模型：是具有多种用途的一维综合河流水质模型,它可以根据用户要求任意组合模拟水质组分，是目前常用的一种地表水水质模型。

4.3 EFDC模型（即环境流体动力学模型）：具有灵活的变边界处理和通用的文件输入格式，可用于模拟点源和非点源的污染、有机物迁移、归趋等问题的研究。

4.4 WASP模型：用于提供一般性水质预测，其子模块可独立与其他模型相结合使用。目前较为广泛使用的是与环境流体动态模型EFDC相耦合进行水质模拟。

4.5 QUASAR模型：可建立污染物排放量与河流水质之间的关系，用于大型河流的DO模拟计算，该模型方程相对简单，计算简便，实用性强，应用前景较为广泛。

5 地表水监测信息化技术发展

地表水监测信息化技术未来研究重点在于水质变化趋势的预测及评估能力，即能够在水质可能发生变化或者水污染事故发生前采取必要的措施，以避免或减少对水体质量的影响。主要的研究方法有：

5.1 时间序列法：考虑水质变化可能涉及到的因素，从原有数据出发，基于连续的动态规律，将水质指标变化的历史时间序列数据作为随机变量序列，运用统计分析中加权平均等方法推测水质未来的变化趋势，做出定量预测。

5.2 回归分析法：分析因变量和自变量之间的关系，并根据其关系的表现形式用适当的数学方式表达建立回归模型，并实际情况进行模型检验，最后进行实际应用。

5.3 灰色模型：通过建立该模型体系就能实现灰色方法的系统分析、评估、预测和控制等功能。

5.4 人工神经网络法：模型通过简单的非线性函数的多次复合，可以克服线性和非线性拟合中的基函数选择与系数求解的困难，并可进行高维的非线性的精确映射。

时间序列方法只考虑影响水质指标本身的因素，但其种类较多且变化复杂，因此预测结果精密度不高；回归分析法需要大量的数据且为静态分析，故存在一定的局限性；而灰色预测方法的精密度随着时间的延长而逐渐降低。人工神经网络模型法则根据水质本身的特点进行学习，网络自动地调用权值与阂值，使得该评价方法的输出结果具有较高的科学性。如何更好的运用现有的监测数据，结合新的技术方法，使地表水监测工作具有较高的精密度和客观可比性，是未来研究工作的重点，也是保障人民正常工作和生活的重要任务。

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