環境監測數據綜合分析方法與評價技術

邢 昱，趙 穎，秦紅偉，丁 敏，王建英

（河南省環境監測中心，鄭州 450004）

環境是人類生存和發展的基礎。隨著社會的發展，出現的一些環境污染問題讓人觸目驚心，對生態和人的健康造成了極大的危害，一些新的環境污染（如光污染、噪音污染）也讓人們無所適從。人類對環境污染問題的關注達到了前所未有的高度。我國的環境監測能力不論在從業人員數量、質量方面還是在儀器裝備、技術能力等方面都取得了長足的發展。環境監測是指對監測數據進行分析，“解碼”客觀環境，它是治理環境污染問題、環境預警、環境政策制定的基礎，而監測數據是環境監測的生命線。我國監測數據的分析也由以往的簡單判斷發展到通過科學的統計方法來判定。本文根據環境監測數據的要求，指出了監測程序中應注意的事項，并討論了環境監測數據的綜合分析方法和評價技術。

1 環境監測數據的要求

環境監測程序會根據測定目的有所差異，但大致可以分為6個步驟。環境監測的一般程序為：（1）收集資料，研究調查區域的地理環境和可能污染源的排放規律；（2）確定監測項目，監測項目要結合監測區域污染物特點，按國家監測標準進行；（3）確定監測點及采樣方法、頻次，樣品要具有代表性；（4）樣品保存要選擇合適的容器、保存方法、運輸工具和運輸條件；（5）根據樣品特性、測試項目，選擇合適的儀器開展測試分析；（6）開展數據處理分析，生成評價報告。

監測數據除了最后實驗室分析要準確，前期的采樣工作也要按相關要求來操作，這是正確解讀監測數據的關鍵。環境監測數據必須滿足“五性”，即代表性、準確性、精確性、完整性和可比性。

環境監測數據的代表性是指采集的水樣能代表所在區域的水質狀況。這就要求水樣采集布點、采樣時間、頻次合理。城市生活污水布點的選擇一般在總排放口，而河流采樣一般要采集上、中、下三段的水樣；居民區生活污水排放在不同的時間段變化不大，而工業廢水排放則很有生產周期性，采集時間要根據生產周期而定。

環境監測數據的準確性是指測量值與真實值之間的符合程度。因為環境監測很多都不是現場監測，需將采集樣品帶到實驗室測定，這就需要分析采樣方法、樣品的保存、運輸和實驗室的環境對結果產生的可能影響。

環境監測數據的精確性是指測定值能否再現，有無良好的重復性。測試結果的隨機誤差越小，測試精確性越高。考查監測數據的精確性，人們可以通過將樣品分批分析、增加測量次數、測試不同濃度樣品等來實現。

環境監測數據的完整性是指監測工作的連續性、系統性，有關監測信息、結果無缺漏。這就要求監測人員對數據負責，對自己的監測數據簽字負責。環境監測數據的可比性是指用不同的檢測方法、檢查儀器測定同一水樣污染物，其結果的吻合程度。

2 環境監測數據綜合分析與評價技術

2.1 常規評價方法

環境監測數據的常規評價方法是相對在監測數據分析中應用科學的統計方法而言的。對環境監測數據進行常規評價時，人們一般依據《地表水環境質量評價辦法》等相關標準和技術規范來開展。常規評價方法主要有矩陣法、網絡法、圖形疊置法。矩陣法主要有迭代矩陣法和相關矩陣法，它是由開發行為和影響環境因素組成的一個矩陣，可以研究二者的因果關系。網絡法往往通過樹枝狀來表現，它可以洞悉影響因素之間的直接影響或間接影響，可以研究影響因素的累積性影響及繼發性影響。圖形疊置法主要有手工疊圖和計算機疊圖。它是通過圖形的疊置（環境影響因素透明圖疊置到基圖上）深淺來表征影響程度，這樣就可以整體看出區域的影響因素。

2.2 綜合評價方法

影響環境的因素是多方面的，以往的單因素評價不能全面反映環境污染狀況，綜合評價法通過對影響環境各方面的因子進行分析，反映的環境狀況要更真實、更客觀、更合理。環境監測數據是一類無序的、離散的、隨機的數據，綜合評價法就是通過應用科學的統計方法來對這些數據進行深度的挖掘。綜合評價法主要有綜合污染指數法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、層次分析法等。

2.2.1 綜合污染指數法

綜合污染指數法是先計算各污染物的濃度值，得出各污染物的指數，各污染物的指數可以得到一個綜合指數，根據這個指數來判斷環境污染程度。蔣火華根據1990-1998年全國主要河流的綜合污染指數與水質類別比較發現，綜合污染指數評價的水質類別與水質類別判別不易，出現這種矛盾的原因可能是兩種判定原則有區別，另外標準值差距大也是一個重要原因[1]。他認為可以通過加入權系數來解決這一矛盾。

2.2.2 模糊評價法

模糊評價法是基于模糊數學的一種方法。模糊評價法主要有：模糊聚類法、模糊距離法、模糊貼近度法等。因水質分級標準，水體環境的不確定因素眾多，模糊評價可以用于水質級別的模糊性。模糊評價法一般是先確定評價因素（即指標），建立評價集，建立隸屬函數，確定模糊關系矩陣，確定模糊權重集，進行模糊綜合評價。張魁忠對阜新市大氣監測資料進行分析發現，模糊綜合評價法對權重有充分的考慮，較綜合污染指數和模糊聚類法有較滿意的結果[2]。楊林應用模糊評價法對湟水源頭扎馬隆斷面水質進行分析，發現斷面綜合評價與實際結果相符，模糊污染程度能反映斷面污染狀況，符合實際情況[3]。

2.2.3 灰色評價法

灰色評價法屬于灰色系統理論。內部信息已知的系統稱為白色系統，完全未知的系統稱黑色系統，而灰色系統介于這兩種系統之間，既有已知的信息，也有未知的信息。在評價環境質量時，獲取的信息是不完全的，適合灰色評價法。灰色評價法主要有灰色聚類法、灰色貼近度分析法、灰色關聯評價法。鄭成德通過對甘肅金昌地下水進行分析發現，灰色評價法信息利用率高，精度有所提高，能注意到水質分級的界面，它是評價水質的一種好方法[4]。劉文霞根據克山縣的大氣監測結果，應用灰色評價法對空氣質量進行評價，發現此分析方法與傳統方法相比，簡便可行，特別是當評價因子多時，該方法能顯現出優越性，能有效對環境污染進行判別[5]。

2.2.4 物元分析法

物元分析法是我國學者蔡文創立的，它可用來解決不相容問題，最耳熟能詳的一個例子就是曹沖稱象。物元分析在環境監測上有重要的應用。環境監測中的布點可以通過影響環境因素的指標來布點，可是影響環境監測的指標眾多，如果依據單一指標布點可能產生不相容的問題，應用物元分析法可解決這類環境監測中的布點不相容問題，優化布點，提高監測數據的代表性、效率，節約人力、物力、財力。曹毅在研究竺山灣監測站點的布點情況時發現，應用物元分析，竺山灣監測站點可以從之前的14個優化到11個，物元分析方法使用簡便，結果可靠，能優化水質監測站位布點，提高效率，需要注意的是，物元分析也應考慮實際情況，最后綜合確定優化方案[6]。孫中黨應用物元分析方法研究了鄭州市大氣監測的布點問題，結果表明，物元分析方法操作簡便，對多指標影響因子選點問題分析十分準確，評價結果準確、可靠，可用于大氣監測布點[7]。應用單項指標來評價同一水系不同斷面的水質情況或不同水系的水質情況總是不能真實反映環境質量的不同，物元分析的應用可以解決這一難題。王國平以蘇州市大運河的監測數據進行物元分析，結果表明，物元分析法評價同一水系不同斷面的水質情況是可行的[8]。

2.2.5 集對分析法

集對分析是我國學者趙克勤在1989年提出的，其主要用于解決確定性和不確定性之間的相互作用。所謂集對，是一個對子，它是由兩個有一定聯系的集合組成。集對分析的思路是在一定問題背景下，集合A和集合B構成的對子會有相同的特性、相反的特性、差異特性，這些特性就反映了這兩個集合的聯系情況。在環境質量評價中，應用集對分析就是將樣本值（監測數據）與指標環境質量標準組成一個對子，計算兩個集合指標之間的聯系度、平均聯系度來評價環境質量。張文藝對馬鞍山大氣質量進行綜合評價，結果表明，集對分析能夠準確判別大氣污染情況，方法簡便，能很好處理不確定問題[9]。李凡修對成都市大氣環境監測點進行研究，結果表明，集對分析法應用于環境監測站點優化是可行的[10]。

2.2.6 層次分析法

層次分析法是美國運籌學家T L Saaty提出的，它是將復雜問題分為若干層次、若干因素，分析各因素之間的關系，獲得最優方案。層次分析法的有4個步驟，首先是建立層次結構模型，其次是構造半段矩陣并求最大特征根和特征向量，然后計算判斷矩陣一致性指標，并檢驗一致性，最后是層次總排序。王曉明應用層次分析法分析千島湖水質情況，結果表明，水質指標排放能很好地反映千島湖水質受城鎮生活污水影響較大，水環境目標表明千島湖受工業污染有限[11]。層次分析能為千島湖治理提供助力。

3 結語

環境監測是環境保護的基礎，而監測數據是環境監測的生命線。對監測數據進行充分挖掘是更好地解讀客觀環境的關鍵。采樣前的準備工作對監測數據的質量有很大影響，要特別注意，采樣工作一定要按國家或行業相關標準嚴格執行。各地區污染物不一，對環境監測數據的評價要找到適合的評價方法，提高分析能力，更好地為環境保護作貢獻。

1 蔣火華，朱建平，梁德華，等.綜合污染指數評價與水質類別判定的關系[J].中國環境監測，1999，15（6）：46-48.

2 張魁忠，關 遠.大氣環境質量的模糊綜合評價方法[J].阜新礦業學院學報，1995，14（3）：125-128.

3 楊 林，李小玲.模糊數學在湟水流域水質綜合評價中的應用[J].中國環境監測，2000，16（6）：49-52.

4 鄭成德.水環境質量評價的灰色聚類法[J].水文，1998，（4）：23-27.

5 劉文霞，李艷榮，石雪梅.應用灰色聚類分析方法對環境空氣質量進行評價[J].黑龍江環境通報，2001，（4）：72-73.

6 曹 毅.物元分析法在水質監測優化布點中的應用[J].環境監控與預警，2012，4（1）：43-45.

7 孫中黨，畢雪玲.物元分析法在鄭州市大氣監測優化布點中的應用[J].河南科學，1999，17（2）：194-199.

8 王國平，王洪光.物元分析法用于水環境質量的評價比較[J].干旱環境監測，1997，11（2）：65-67.

9 張文藝，方 華，蔡建安，等.利用集對分析法對馬鞍山市大氣環境質量進行綜合評價[J].南京理工大學學報，2003，27（4）：426-430.

10 李凡修，辛 焰.集對分析用于湖泊富營養化評價研究[J].重慶環境科學，2000，22（6）：10-11.

11 王曉明，許 玉，王秀珍，等.運用層次分析法的水質指標和環境保護措施研究[J].黑龍江水專學報，2005，32（4）：130-133.