環境監測在水環境污染治理中的應用

關鍵詞：環境監測；水環境；污染治理

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0041-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.010

Application of Environmental Monitoring in Water Environment Pollution Control

LI Qionglin

（Lianyungang Environmental Monitoring and Control Center，Lianyungang 222Ooo，China）

Abstract：With theaccelerationof industrializationand urbanization，global water pollution has become increasingly prominentandamajorobstacletosustainabledevelopment.Environmental monitoring，as thefoundationof waterpolution control，hasbecomeincreasinglyimportant.Itisnecessary tocombineenvironmentalmonitoringprinciplesandbuilda comprehensiveenvironmentalmonitoringsystem.Thissystemcanbeappliedtowaterpolutioncontrol，efectivelyachieving real-time monitoring andacurate warning ofwaterquality parameters，and providing decisionsupport for waterpolution control.

Keywords：environmental monitoring;water environment; pollution control

近年來，隨著人口增長、工業擴張和農業活動的加劇，大量未經處理或處理不達標的廢水被直接排入水體，導致水質惡化，水生態系統遭到破壞，嚴重威脅人類的飲用水安全和生態環境平衡。水環境污染已成為全球面臨的環境問題，其治理迫在眉睫[1]。環境監測作為連接環境科學與環境管理的橋梁，通過科學、系統、連續地收集和分析環境數據，為水環境污染的精準識別、有效治理及后續管理提供信息支持。

1環境監測概述

環境監測是一種利用現代科學技術手段，對自然環境中的各類要素進行定期或連續的觀察、測定和分析，以獲取環境質量及其變化趨勢信息的活動。它不僅關注大氣、水體、土壤、噪聲、輻射等環境要素的污染狀況，還涉及生態系統的結構與功能、生物多樣性等方面。環境監測可以及時、準確地掌握環境質量現狀，為環境保護決策、污染控制和生態修復提供數據支持[2。環境監測內容涵蓋物理、化學、生物等學科，水體監測則側重于溶解氧、化學需氧量、重金屬含量等水質指標的測定。

2環境監測系統構建

2.1 系統架構設計

環境監測系統的架構設計是整個系統建設的基礎，因此設計時要充分考慮系統的可擴展性、穩定性和實時性。系統采用分層架構設計，主要包括感知層、傳輸層、處理層和應用層4個核心部分，如圖1所示。

感知層位于系統最前端，主要負責環境數據的采集。這一層部署各種傳感器，如空氣質量傳感器、水質監測傳感器、噪聲傳感器等，它們能夠實時監測環境的各項指標，并將采集的原始數據轉化為電信號或數字信號，為后續的數據傳輸和處理提供基礎。傳輸層負責將感知層收集的數據安全、高效地傳輸至處理層。根據監測環境的實際情況，傳輸方式可以選擇有線傳輸，如光纖、網線等，也可以選擇無線傳輸，如Wi-Fi、遠距離無線電（Long-rangeRadio，LoRa）、窄帶物聯網（Narrow Band-Internet of Things，NB-IoT）等物聯網技術。另外，傳輸層需要考慮數據的加密和壓縮，以確保數據在傳輸過程中的安全性和傳輸效率。

處理層主要負責對傳輸層送達的海量數據進行深度加工與處理。這一層集成大數據分析、云計算、人工智能算法等技術，能夠對數據進行清洗、校準、存儲及智能分析，提取出有價值的環境變化趨勢、異常預警等信息。通過機器學習模型的不斷優化，處理層還能實現對環境質量的預測，為決策提供科學依據[3。應用層則根據處理層提供的分析結果，為用戶提供直觀的環境監測報告、預警信息和決策支持。應用層可以開發為Web平臺、移動應用程序（Application，App）或集成到第三方系統中，以滿足不同用戶的需求。此外，應用層支持用戶自定義監測指標、設置預警閾值等功能，提高系統的靈活性和用戶參與度。

2.2 系統硬件設計

根據環境監測系統架構的設計，硬件部分主要圍繞感知層的傳感器設備、傳輸層的通信設備以及處理層的數據處理服務器進行設計與選型。針對不同類型的環境監測需求，感知層需要選用高精度、低功耗、穩定性強的傳感器。水質監測可選用能夠檢測水溫、pH值、溶解氧、濁度、重金屬離子等參數的水質傳感器。同時，傳感器需要具備防塵、防水、防腐蝕等防護性能，以適應各種惡劣的監測環境。

傳輸層的硬件設備主要包括數據采集器和通信設備。數據采集器負責將傳感器采集的原始數據進行初步處理，如數據格式化、打包等，然后通過通信設備發送至處理層。通信設備的選擇需要根據監測區域的網絡覆蓋情況和傳輸距離來確定，對于有線傳輸，可選用光纖收發器、網線交換機等設備；對于無線傳輸，則需要選用支持相應物聯網技術的無線通信模塊，如Wi-Fi模塊、LoRa模塊、NB-IoT模塊等。通信設備還需要具備數據加密功能，確保數據在傳輸過程中的安全性。

服務器需要具備強大的數據處理能力和存儲能力，以滿足海量數據的實時處理需求。同時，服務器需要配備高性能的中央處理器、大容量內存和高速硬盤，以確保數據處理的高效性和穩定性[4]。此外，為了保障系統連續運行，要配置不間斷電源和備份服務器，應對突發情況。

2.3 系統軟件開發

環境監測系統的軟件開發遵循模塊化、可擴展、易維護的原則，主要分為嵌入式軟件開發、數據處理軟件開發和用戶界面軟件開發三大部分。嵌人式軟件開發主要針對感知層的數據采集器和傳輸層的通信設備進行。這部分軟件需要實現傳感器數據精確讀取、初步處理以及與上層系統的通信協議。此外，針對不同類型的傳感器和通信設備，嵌入式軟件需要具備良好的兼容性和可配置性，以適應不同監測場景的需求變化。

數據處理軟件是系統核心功能的體現，它負責對接收的海量環境數據進行深度加工與分析。這部分軟件需要集成大數據分析算法、機器學習模型和云計算技術，實現對數據的清洗、校準、存儲、智能分析和預測。數據處理軟件還需要支持并行處理和分布式計算，以提高數據處理速度。同時，為了確保數據的安全性和隱私保護，數據處理軟件需要實現數據加密、訪問控制、數據備份與恢復功能。

用戶界面軟件是用戶與系統交互的直接窗口，它需要具備直觀、易用、美觀的特點。本系統的用戶界面軟件將開發為Web平臺和移動App兩種形式，以滿足不同用戶群體的需求。Web平臺將提供豐富的圖表展示、數據查詢、報告生成等功能，方便用戶在線查看和分析環境監測數據。移動App將注重實時性、便捷性和互動性，提供環境監測數據的實時推送、預警通知、用戶反饋等功能，增強用戶的參與度和體驗感。

3環境監測在水環境污染治理中的應用

3.1數據采集

在水環境污染治理中，數據采集是環境監測系統的首要任務，也是后續分析與決策的基礎。通過部署在水體中的各類水質傳感器，如水溫、 Δ p H 值、溶解氧、濁度、重金屬離子等，可以實時、連續地獲取水體的各項指標數據。這些數據不僅能反映當前的水質狀況，還能通過長期監測揭示水質變化趨勢，為水環境污染治理提供科學依據。數據采集過程中，系統需要確保數據的完整性和準確性。通過優化傳感器的布局和采樣頻率，避免數據遺漏或重復采集；利用先進的濾波和校準技術，消除因傳感器老化、環境干擾等因素引起的數據誤差。此外，系統需要具備異常數據檢測功能，一旦發現數據異常，能夠立即觸發報警機制，及時通知相關人員進行處理。

3.2數據處理

系統采用先進的數據處理技術和算法，對采集的海量水質數據進行清洗、整合、分析和挖掘，以提取有價值的信息和規律。其中，數據清洗的主要目的是去除原始數據中的噪聲、異常值和冗余信息，確保數據的準確性和可靠性。通過設定合理的閾值和篩選條件，系統能夠自動識別并剔除那些明顯偏離正常范圍或不符合邏輯的數據點，從而保留真實有效的監測數據。數據整合是指將清洗后的數據進行歸類、合并和統一格式化。不同傳感器可能采用不同的數據格式和單位，因此需要通過數據整合來消除這些差異，使得所有數據能夠在一個統一的平臺上進行分析和比較。這有助于提升數據分析的效率和準確性，為后續的數據挖掘和決策提供便利。數據分析階段，系統運用統計學方法、機器學習算法和數據挖掘技術，對整合后的數據進行深人剖析。通過計算各項指標的平均值、標準差，開展趨勢分析，可以揭示水質變化規律和潛在問題。同時，利用機器學習算法對水質數據進行分類、聚類和預測，可以識別污染物的來源、擴散路徑和可能影響區域，為污染治理提供精準的靶向指導。

3.3決策支持與預警

完成數據采集與處理后，環境監測系統的最終目標是為水環境污染治理提供科學、及時且有效的決策支持。基于前期獲取的全面、準確的水質數據及其分析結果，系統能夠輔助決策者制定更加精準和高效的污染治理策略。決策支持系統通過集成數據分析結果、地理信息系統和專家知識庫，構建綜合決策平臺。在這個平臺上，決策者可以直觀看到水質狀況的實時地圖展示、污染熱點區域的標識、污染物的擴散模擬和預測。這些信息有助于決策者快速定位污染問題，理解其空間分布和時態變化，從而制定針對性的治理措施。預警機制方面，系統根據歷史數據、當前監測結果和預測模型，設定一系列預警閾值。一旦某項或多項水質指標超過這些閾值，系統將自動觸發預警，通過短信、郵件、App推送等方式迅速通知相關責任人和應急響應團隊。預警信息不僅包含超標的具體指標和數值，還會提供可能的污染原因、影響范圍和應對措施，以便迅速做出反應，有效控制污染擴散，減輕環境損害。這種基于數據的模擬與評估大大提高決策的科學性和效率，降低治理成本，提升環境保護效果。

4結論

環境監測系統在水環境污染治理中發揮至關重要的作用。通過構建科學合理的系統架構、精心設計硬件設備和開發高效穩定的軟件系統，能夠實現環境數據的全面、準確、實時監測。這不僅為水環境污染治理提供強有力的數據支持，還極大地提高治理效果。

參考文獻

1符連花.環境監測技術在水污染治理中的應用研究[J]皮革制作與環保科技，2024（20）：45-46.

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3 馬麗萍.環境監測技術與污染治理在水處理中的應用[J].黑龍江環境通報，2024（2）：66-68.

4 付喬喬.水環境監測技術及其在水污染治理工作中的應用[J].環境與生活，2023（11）：78-80.