河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

翟竟余，代 鑫，楊麗仙

（云南省生態(tài)環(huán)境廳駐玉溪市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 玉溪 653100）

河流水環(huán)境的健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測評價(jià)是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)性工作，其監(jiān)測評價(jià)工作的開展呈現(xiàn)出明顯的系統(tǒng)性、復(fù)雜性特征。由于該監(jiān)測工程涵蓋的專業(yè)較廣，若想保證相關(guān)工作的順利展開，就必須構(gòu)建起完善的監(jiān)測系統(tǒng)。本研究旨在針對河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)展開初步設(shè)計(jì)，如果河流水環(huán)境發(fā)生了污染，該系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警，并在可視化的系統(tǒng)界面上呈現(xiàn)出來，相關(guān)人員就能夠通過可視化交互功能將預(yù)警信息傳送至管理層，相關(guān)部門就可尋找到面對環(huán)境問題時(shí)的應(yīng)對策略。

1 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究進(jìn)展

20世紀(jì)80年代，健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)首次出現(xiàn)在人們的視野中，此種評價(jià)方式就是將環(huán)境污染與人體健康切實(shí)聯(lián)系起來，從而對化學(xué)因子、物理因子帶來的損害進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)，并在此基礎(chǔ)上對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)安全進(jìn)行切實(shí)保護(hù)。相關(guān)研究者對健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)展開了較為深入的研究，并取得了較為豐富的研究成果。在解決水資源危機(jī)時(shí)，切實(shí)可行的方法是水資源的再生利用，城市污水的回收利用必須要經(jīng)過健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，而要保證評價(jià)結(jié)果的精準(zhǔn)性，就要針對評價(jià)方法展開深入研究。致癌物質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是不可忽視的，對生命周期分析法的充分利用可以構(gòu)建起更為全面的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，這樣就可以此為基礎(chǔ)針對具體實(shí)例展開深入分析。污染場地健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的相關(guān)研究主要集中在理論方法的研究上，實(shí)例研究在其中也得到了應(yīng)用。如果區(qū)域中的危險(xiǎn)源數(shù)量較多，那么就要先對單個(gè)危險(xiǎn)源展開評價(jià)，繼而通過疊加原理來實(shí)現(xiàn)定量分析目標(biāo)，相關(guān)部門就可在此基礎(chǔ)上完成應(yīng)急預(yù)案的編制工作。地下水發(fā)生有機(jī)污染的概率較高，展開健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)時(shí)要將實(shí)例研究切實(shí)做到位。特定流域如果發(fā)生了突發(fā)污染事故，產(chǎn)生的危害將非常巨大，因此更應(yīng)該對其展開風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，目前研究的重點(diǎn)是健康診斷標(biāo)準(zhǔn)。城市供水水源地的健康評價(jià)也不可忽視，水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)必須要切實(shí)做到位，并依據(jù)評價(jià)結(jié)果尋找到切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)管理方法[1]。

2 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與功能

2.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

從可視化系統(tǒng)的構(gòu)建來看，GIS系統(tǒng)是其不可缺少的軟件基礎(chǔ)，通過對整個(gè)系統(tǒng)的分析可知，該系統(tǒng)中所包含的子系統(tǒng)較多，資料庫、風(fēng)險(xiǎn)程度測定、水質(zhì)綜合評價(jià)等均在其列，只有將此系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來，才能明確對風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)所要達(dá)成的具體目標(biāo)。從該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)看，它當(dāng)然屬于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)制度的范疇。

2.2 系統(tǒng)主要功能

該系統(tǒng)的基本功能是準(zhǔn)確評價(jià)河流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)健康風(fēng)險(xiǎn)，保證預(yù)測、報(bào)警具有實(shí)時(shí)性，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控目標(biāo)，使相關(guān)人員能夠在第一時(shí)間獲取風(fēng)險(xiǎn)信息，迅速尋找到行之有效的風(fēng)險(xiǎn)消除方法，或者是將風(fēng)險(xiǎn)控制在最小范圍內(nèi)。與此同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠切實(shí)完成好風(fēng)險(xiǎn)源的識別工作，保證風(fēng)險(xiǎn)控制的理想效果[2]。

3 河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.1 設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)河流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)的整個(gè)過程包括五個(gè)階段：第一階段是調(diào)查研究，即明確系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)際需求，使得系統(tǒng)能夠更為完善、科學(xué)，實(shí)用性能夠得到保障。在進(jìn)行調(diào)查時(shí)要確定每個(gè)級別的工作人員所要承擔(dān)的職責(zé)，并要對管理范圍有切實(shí)的了解，同時(shí)要獲得所需數(shù)據(jù)，并將共享數(shù)據(jù)提取出來。第二階段是對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、社會資料進(jìn)行收集，這樣在對系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)的過程中就能夠保證所需數(shù)據(jù)資料的完整性。第三階段是要完成模型研究，這里所說的模型主要指的是風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測等的模型，要切實(shí)完成好模型設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上展開相關(guān)分析研究。第四階段是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要完成好整體功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)流程、系統(tǒng)空間、各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)工作，在完成設(shè)計(jì)后，還要做好后期調(diào)整工作，確保系統(tǒng)的實(shí)用性能。第五階段是最終環(huán)節(jié)，此時(shí)要完成針對各子系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)。

3.2 設(shè)計(jì)方法

3.2.1 監(jiān)測點(diǎn)位

在對監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要以監(jiān)測所要達(dá)成的目標(biāo)為依據(jù)，同時(shí)要了解河流水環(huán)境的實(shí)際情況，并在此基礎(chǔ)上完成監(jiān)測斷面的設(shè)計(jì)工作，并依據(jù)沿岸地區(qū)各方面情況做好統(tǒng)籌工作。選用的監(jiān)測裝置要提高其自動化程度，對通訊系統(tǒng)予以充分利用，完成好數(shù)據(jù)的采集、傳輸，使決策部門能夠獲得所需的數(shù)據(jù)信息。

3.2.2 用3S技術(shù)

3S技術(shù)在我國水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用較為普遍。在構(gòu)建可視化水環(huán)境時(shí)，3S技術(shù)能夠起到支撐作用，在此之后將GPS以及RS技術(shù)予以充分利用可以完成緊急預(yù)案的建立工作，進(jìn)而使空間位置信息能夠?qū)崿F(xiàn)有序傳遞。另外，只要外部條件達(dá)到要求，還可應(yīng)用三維GIS技術(shù)，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

3.2.3 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，應(yīng)有效實(shí)施以下三個(gè)步驟，第一步是要對河流水環(huán)境中出現(xiàn)的各種污染物進(jìn)行確定，常見污染物包括：基因毒物質(zhì)、軀體毒物質(zhì)等。第二步是要明確評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使之能夠篩選出有效數(shù)據(jù)。評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是重點(diǎn)工作內(nèi)容，只有對健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)信息系統(tǒng)的可行性進(jìn)行準(zhǔn)確的分析判斷，才能使健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能真正發(fā)揮出來，此時(shí)對河流水環(huán)境存在的健康風(fēng)險(xiǎn)源展開的推測才能更加準(zhǔn)確，風(fēng)險(xiǎn)源管理才能更加科學(xué)。在對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，真實(shí)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性等原則必須要真正落實(shí)到位。在對評價(jià)指標(biāo)體系予以構(gòu)建時(shí)，需明確定義污染物的實(shí)際類型，只有如此才能使評價(jià)指標(biāo)體系的實(shí)效性得到保障。第三步是要對污染進(jìn)行合理分組，通過模型推演來完成對健康風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)，目前經(jīng)常使用的方法是指標(biāo)權(quán)重確定法[3]。

4 河流水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型

4.1 水質(zhì)預(yù)測模型

展開水質(zhì)預(yù)測時(shí)，要充分利用非穩(wěn)態(tài)一維、二維水質(zhì)模型及水環(huán)境容量模型。從全球水質(zhì)預(yù)測的現(xiàn)狀來看，西方發(fā)達(dá)國家采用的水質(zhì)模型包括SNSIM模型、SSM模型、SEM模型等，我國則以灰色理論模型、模糊理論模型、時(shí)間序列模型、動態(tài)系統(tǒng)元模型較為常見。在對預(yù)測模型進(jìn)行選擇時(shí)，除了要對過去研究所得結(jié)果予以關(guān)注外，同時(shí)要考慮河流水環(huán)境的實(shí)際情況。在對水環(huán)境進(jìn)行預(yù)測評價(jià)時(shí)，尤其是在應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注如何充分發(fā)揮出前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及因素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用。

4.2 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測及預(yù)警模型

一般來說，要根據(jù)實(shí)際需要選擇水質(zhì)預(yù)測模型，在此基礎(chǔ)上將其與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型相結(jié)合，這樣才能夠建立起水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)綜合預(yù)測模型。在確定模型后，要充分利用3S、多媒體等技術(shù)，確保預(yù)警信息的傳遞更為順利，并實(shí)現(xiàn)對信息的有效管理[4]。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 設(shè)計(jì)河流監(jiān)測點(diǎn)位

河流水環(huán)境監(jiān)測斷面是一項(xiàng)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，在對其進(jìn)行設(shè)定前應(yīng)當(dāng)切實(shí)了解沿岸地區(qū)的相關(guān)情況，包括污染源所在地、人群集中區(qū)域、飲用水源地等內(nèi)容，接下來就是要將自動監(jiān)測設(shè)備設(shè)置到位，獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)要在第一時(shí)間傳送到職能部門。

5.2 預(yù)警設(shè)計(jì)

預(yù)警設(shè)計(jì)是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，當(dāng)水體中污染物的實(shí)際含量超出既定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要采用現(xiàn)場測試、信息采集等方式來獲取數(shù)據(jù)，用戶可以通過系統(tǒng)功能模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而找出可行的污染防治措施。在正式展開預(yù)警設(shè)計(jì)前必須要完成參數(shù)采集工作，這里所說的采集內(nèi)容包括污染物的類型、發(fā)生時(shí)段、發(fā)生地點(diǎn)、濃度、總量等。在完成數(shù)據(jù)采集工作后，就可以利用模型模擬工作，將污染物的影響范圍、程度等予以明確。傳統(tǒng)的污染治理是事故出現(xiàn)之后展開末端處理，而預(yù)警系統(tǒng)則是將河流水環(huán)境整體安全作為關(guān)注重點(diǎn)，這種方法可以直接獲取相關(guān)環(huán)節(jié)的參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)對污染物擴(kuò)散、遷移實(shí)際情況的清晰認(rèn)識。由此可見，這一系統(tǒng)的主要目的在于形成集風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)警、安全和監(jiān)控為一體的現(xiàn)代化系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上，該系統(tǒng)由五大核心部分構(gòu)成，分別為監(jiān)測部分、評價(jià)與預(yù)測部分、污染應(yīng)急處理部分、可視化輸出部分與宣傳教育部分。通過建立不同分析模型，對污染及其影響實(shí)施預(yù)測、模擬與預(yù)警，在造成污染或達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，向相關(guān)人員發(fā)送實(shí)時(shí)信息的同時(shí)以圖形網(wǎng)絡(luò)等方式報(bào)警[5]。

6 結(jié)語

河流健康風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，因此得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果。然而，該系統(tǒng)在預(yù)測模型方面稍顯不足，具體表現(xiàn)為模型數(shù)量及種類不夠豐富，因此后期應(yīng)將其作為優(yōu)化重點(diǎn)，通過對高新技術(shù)的引入，突破系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展的瓶頸。