張仁泉

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215004)

·監(jiān)管新論·

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析技術(shù)路線探討

張仁泉

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215004)

簡(jiǎn)述了地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析的概念和意義，探討了基于因素識(shí)別、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、關(guān)聯(lián)分析、模型驗(yàn)證和結(jié)果應(yīng)用流程的地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析技術(shù)路線，列舉了4種典型的應(yīng)用示例。提出，應(yīng)建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，建立大數(shù)據(jù)分析工作程序，開發(fā)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用軟件，培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)人才。

地表水；環(huán)境質(zhì)量；大數(shù)據(jù)分析；技術(shù)路線；保障措施

隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤環(huán)境、輻射環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等環(huán)境要素和各類污染源的監(jiān)測(cè)覆蓋面日益擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)頻次、監(jiān)測(cè)方法逐步標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，特別是隨著環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和完善，產(chǎn)生的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量高速增長(zhǎng)。然而，目前這些海量環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被開發(fā)利用的程度不高，很多數(shù)據(jù)沉睡在報(bào)表、報(bào)告和檔案里，沒有體現(xiàn)它們應(yīng)有的價(jià)值。環(huán)保部門對(duì)環(huán)境質(zhì)量狀況相關(guān)數(shù)據(jù)掌握不系統(tǒng)，各類數(shù)據(jù)碎片化，相互關(guān)聯(lián)分析不夠，難以說清環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)、污染源排放狀況、潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(簡(jiǎn)稱“三個(gè)說清”)。在以改善環(huán)境質(zhì)量為核心的環(huán)境保護(hù)新形勢(shì)下，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)服務(wù)于生態(tài)環(huán)境綜合決策科學(xué)化、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管精準(zhǔn)化和生態(tài)環(huán)境公共服務(wù)便民化，是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作面臨的巨大挑戰(zhàn)。近年來，國家積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)時(shí)代應(yīng)運(yùn)而來，為提高環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)開發(fā)利用水平和效率、實(shí)現(xiàn)“三個(gè)說清”帶來了難得的發(fā)展機(jī)遇。地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)分析的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)路線進(jìn)行初步探討。

1 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)分析的背景

2015年8月，國務(wù)院印發(fā)了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，將大數(shù)據(jù)提升為國家發(fā)展戰(zhàn)略，指出“大數(shù)據(jù)是以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價(jià)值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合，大數(shù)據(jù)正快速發(fā)展為對(duì)數(shù)量巨大、來源分散、格式多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)分析，從中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、創(chuàng)造新價(jià)值、提升新能力的新一代信息技術(shù)和服務(wù)業(yè)態(tài)[1]?！?015年7月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》，強(qiáng)調(diào)“推進(jìn)全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)共享，開展環(huán)境監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和監(jiān)管有效聯(lián)動(dòng)[2]。”2016年3月，環(huán)境保護(hù)部辦公廳印發(fā)了《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》，指出“通過生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用，推進(jìn)環(huán)境管理轉(zhuǎn)型，提升生態(tài)環(huán)境治理能力，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善目標(biāo)提供有力支撐[3]?！苯陙泶髷?shù)據(jù)發(fā)展情況表明，它已廣泛滲透到國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的方方面面，通過大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生了良好的應(yīng)用效益，成為勢(shì)不可擋的歷史潮流。在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域開展大數(shù)據(jù)分析是實(shí)現(xiàn)“三個(gè)說清”目標(biāo)的重要手段和必然要求，它將推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作進(jìn)入一個(gè)嶄新的信息化時(shí)代。

2 地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析的概念和意義

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)作為生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的一個(gè)重要組成部分，是表征地表水環(huán)境質(zhì)量及與其相關(guān)的環(huán)境因素的種類、數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)空分布和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、表格和圖形等信息的總稱。地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)與其他領(lǐng)域大數(shù)據(jù)一樣，具有“4V”特征，即海量的數(shù)據(jù)規(guī)模(Volume)、快速的數(shù)據(jù)流動(dòng)(Velocity)、多樣的數(shù)據(jù)類型(Variety)和巨大的數(shù)據(jù)價(jià)值(Value)[4]。

地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)來源廣泛，包括環(huán)保、水利、水文、氣象、農(nóng)業(yè)、國土、統(tǒng)計(jì)等政府部門及企業(yè)、高等學(xué)校、科研院所和社會(huì)組織等機(jī)構(gòu)，他們根據(jù)各自職能和專項(xiàng)工作需要，組織開展地表水環(huán)境質(zhì)量相關(guān)監(jiān)測(cè)和調(diào)查工作，獲取的數(shù)據(jù)主要供本單位使用。地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)管理模式是各自為政，某類數(shù)據(jù)使用者主要依靠自身監(jiān)測(cè)獲得，這些數(shù)據(jù)的所有權(quán)、使用權(quán)都屬于本單位，對(duì)其他使用者一般是保密的，不能無償共享數(shù)據(jù)資源。這樣，各類數(shù)據(jù)使用者由于自身業(yè)務(wù)領(lǐng)域的局限性、數(shù)據(jù)獲取成本高等原因，僅能掌握自身監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，有時(shí)通過協(xié)作方式獲取少量其他機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。與地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析的需求相比較，各類數(shù)據(jù)使用者掌握的數(shù)據(jù)都是孤立的、片面的、碎片化的某一類別“小數(shù)據(jù)”，缺少與水環(huán)境質(zhì)量相關(guān)的其他類別數(shù)據(jù)，只能從一個(gè)狹窄的角度了解地表水環(huán)境質(zhì)量的局部情況，其應(yīng)用價(jià)值較低。如果將與地表水環(huán)境質(zhì)量相關(guān)的各類數(shù)據(jù)收集、整理、存儲(chǔ)在一起，就形成了“大數(shù)據(jù)”。進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，使各類數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)、融合，就能揭示它們的內(nèi)在規(guī)律、變化趨勢(shì)及相互影響，通過數(shù)據(jù)聚合反應(yīng)形成新的具有更高價(jià)值的成果。地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析可以有多種數(shù)據(jù)組合、關(guān)聯(lián)模型和應(yīng)用目的，為水污染控制和水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

3 地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析技術(shù)路線

3.1 分析目的

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析采用嶄新的思維和技術(shù)對(duì)與地表水環(huán)境質(zhì)量有關(guān)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇、采集、整理和關(guān)聯(lián)分析，將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合，從中發(fā)現(xiàn)地表水環(huán)境狀況的影響因素、內(nèi)在規(guī)律和演變趨勢(shì)，獲得改善水環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化方案，科學(xué)支撐水環(huán)境保護(hù)決策。

3.2 分析流程

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析流程由因素識(shí)別、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、關(guān)聯(lián)分析、模型驗(yàn)證、結(jié)果應(yīng)用環(huán)節(jié)構(gòu)成，其相互關(guān)系見圖1。圖中的實(shí)線表示主流程，虛線表示反饋流程，即可能需要根據(jù)分析過程信息對(duì)前面相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)充和修正。

圖1 地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析流程

3.2.1 因素識(shí)別

因素識(shí)別就是通過初步分析研究，明確影響地表水環(huán)境質(zhì)量的主要因素類別，明確大數(shù)據(jù)收集的主要方向。地表水環(huán)境是一個(gè)開放的自然生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)部時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行著物理、化學(xué)、生物過程，與其他環(huán)境要素之間也存在廣泛的物質(zhì)和能量交換。地表水環(huán)境系統(tǒng)復(fù)雜的內(nèi)部因素和大量的外部因素共同決定了其質(zhì)量狀況。進(jìn)行地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析，首先需要將這些影響因素識(shí)別出來。例如：以某一湖泊水環(huán)境為例，影響其水環(huán)境質(zhì)量的主要因素類別包括污染源、水文、氣象，湖體物理、化學(xué)、生物過程，湖體水產(chǎn)養(yǎng)殖、水資源利用情況，周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口和產(chǎn)業(yè)布局狀況，湖泊水污染防治和水生態(tài)保護(hù)措施等。

3.2.2 數(shù)據(jù)選擇

影響地表水環(huán)境質(zhì)量主要因素的狀態(tài)需要由一系列指標(biāo)來描述，反映這些指標(biāo)的水平、大小和多少等特性的參數(shù)就是“數(shù)據(jù)”。根據(jù)大數(shù)據(jù)分析需要，在因素識(shí)別結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，選擇反映地表水環(huán)境質(zhì)量有關(guān)影響因素狀況的數(shù)據(jù)(指標(biāo))。根據(jù)數(shù)據(jù)分析需要和現(xiàn)實(shí)可行性，設(shè)定數(shù)據(jù)的空間、時(shí)間、頻次、準(zhǔn)確度、精確度和監(jiān)測(cè)方法等技術(shù)要求。數(shù)據(jù)選擇應(yīng)控制大小適度的范圍和數(shù)量，太大就會(huì)導(dǎo)致大量無關(guān)的信息干擾分析，太小則不能為分析提供充分的原始素材。這一過程可以利用現(xiàn)有的反映地表水環(huán)境質(zhì)量狀況的物理、化學(xué)、生物過程演變模型，例如水污染物遷移、擴(kuò)散、沉淀、氧化、還原、生物降解等模型，有針對(duì)性地選擇相關(guān)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)。以某一湖泊水環(huán)境為例，通過數(shù)據(jù)選擇確定：

(1) 該湖泊水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)：反映湖體的主要污染物種類及其濃度的時(shí)空變化等情況。

(2) 進(jìn)入該湖泊的主要污染物數(shù)據(jù)：反映入湖污染源空間分布及其污染物產(chǎn)生和排放歷時(shí)變化情況，包括固定污染源、移動(dòng)污染源、點(diǎn)源、面源、干沉降、濕沉降和主要出入湖河流的污染物通量等信息。

(3) 影響該湖泊水環(huán)境質(zhì)量的水文數(shù)據(jù)：反映主要出入湖河流及其流量，湖體形狀、深度、湖水流場(chǎng)分布等。

(4) 影響該湖泊水環(huán)境質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)：反映溫度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度和降水量等。

(5) 影響該湖泊水環(huán)境質(zhì)量的物理、化學(xué)和生物過程數(shù)據(jù)：反映污染物遷移、擴(kuò)散、沉淀、氧化、還原、底泥釋放和水面逸出，水生動(dòng)植物、藻類的種群分布及其生長(zhǎng)過程與水體交換物質(zhì)種類、數(shù)量和方式等。

(6) 影響該湖泊水環(huán)境質(zhì)量的湖體開發(fā)利用數(shù)據(jù)：湖體水產(chǎn)養(yǎng)殖種類、規(guī)模和季節(jié)，工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水情況等。

(7) 影響該湖泊水環(huán)境質(zhì)量的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：反映流域范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、空間布局、產(chǎn)品產(chǎn)量、原輔材料使用量、用水量、生產(chǎn)工藝、人口數(shù)量和空間分布等信息。

(8) 與該湖泊水環(huán)境質(zhì)量改善措施有關(guān)的數(shù)據(jù)：包括污染源控制、水文調(diào)控、水生態(tài)修復(fù)、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)規(guī)模變化等信息。

3.2.3 數(shù)據(jù)收集

通過數(shù)據(jù)選擇確定了需要收集數(shù)據(jù)的指標(biāo)及相關(guān)技術(shù)要求，及時(shí)準(zhǔn)確地收集這些數(shù)據(jù)才能為大數(shù)據(jù)分析提供必要的信息輸入。地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)往往產(chǎn)生于相關(guān)政府部門、企業(yè)、高等學(xué)校、科研院所和社會(huì)組織等機(jī)構(gòu)，其收集途徑也多種多樣，主要包括：

(1) 互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)：各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生者建立和使用的互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布系統(tǒng)；

(2) 內(nèi)部業(yè)務(wù)信息管理系統(tǒng)：各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生者建立和使用的行政審批、監(jiān)督管理、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)等業(yè)務(wù)信息管理系統(tǒng)；

(3) 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生者建立和使用的環(huán)境水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、污染源廢水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等；

(4) 專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心：各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生者建立和使用的環(huán)境、水利、水文、氣象、農(nóng)業(yè)和國土等專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心；

(5) 手工收集的數(shù)據(jù)：對(duì)于上述規(guī)?；畔⑾到y(tǒng)缺少的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，需要通過人工方式收集予以補(bǔ)充，必要時(shí)進(jìn)行專門監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)。

各類數(shù)據(jù)盡量采用自動(dòng)接入方式，定期或?qū)崟r(shí)收集，收集方式和頻次取決于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的方式、格式和數(shù)量等情況。收集到的數(shù)據(jù)要進(jìn)行安全、有序存儲(chǔ)，確保隨時(shí)調(diào)用。

3.2.4 數(shù)據(jù)整理

從相關(guān)政府部門、企業(yè)、高等學(xué)校、科研院所和社會(huì)組織等機(jī)構(gòu)收集到的各類數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)載體多種多樣，必須進(jìn)行整理，使其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)字化結(jié)構(gòu)，才能形成地表水環(huán)境質(zhì)量“大數(shù)據(jù)”。地表水環(huán)境質(zhì)量“大數(shù)據(jù)”不僅僅是簡(jiǎn)單的電子化的水環(huán)境資料，而是能被有效存儲(chǔ)、查詢檢索、即時(shí)調(diào)用、方便管理和高效應(yīng)用的數(shù)字化水環(huán)境資料[5]。通常收集的紙質(zhì)報(bào)告、數(shù)據(jù)報(bào)表、圖片資料，即使通過掃描轉(zhuǎn)化為電子文檔，也不能直接應(yīng)用于“大數(shù)據(jù)”分析，只有將其轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)能夠檢索、統(tǒng)計(jì)和分析的數(shù)字化信息，才能作為“大數(shù)據(jù)”分析的原料。

對(duì)于地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)來說，數(shù)據(jù)整理還需要注意相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)時(shí)間和監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制等方面的技術(shù)差異，對(duì)不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行可比性分析，剔除錯(cuò)誤的、不符合技術(shù)要求的數(shù)據(jù)，合理修正存在系統(tǒng)偏差的數(shù)據(jù)，才能為“大數(shù)據(jù)”分析提供真實(shí)、準(zhǔn)確的輸入信息。

3.2.5 關(guān)聯(lián)分析

通過數(shù)據(jù)整理獲得的大數(shù)據(jù)仍然是碎片化的信息，需要對(duì)它們進(jìn)行大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析。關(guān)聯(lián)分析可以采用人工智能技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)方法，包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)[6]。將地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)與水污染物遷移、擴(kuò)散、沉淀、氧化、還原、生物降解等模型結(jié)合起來，可以使關(guān)聯(lián)分析結(jié)果更加精準(zhǔn)。通過對(duì)反映地表水環(huán)境質(zhì)量某個(gè)方面現(xiàn)象的各類碎片化信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)模型，就能把影響地表水環(huán)境質(zhì)量主要因素的影響程度計(jì)算出來，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)和判斷功能，從中發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)、找準(zhǔn)問題、把握規(guī)律，推動(dòng)各類水環(huán)境問題的有效解決，提高政府管理決策水平[7]。

3.2.6 模型驗(yàn)證

通過關(guān)聯(lián)分析獲得的地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型是否準(zhǔn)確可靠，往往需要通過驗(yàn)證以判斷影響因素識(shí)別、數(shù)據(jù)選擇是否抓住重點(diǎn)，收集的數(shù)據(jù)是否系統(tǒng)準(zhǔn)確，關(guān)聯(lián)模型是否反映內(nèi)在規(guī)律。可以選取若干組典型實(shí)際數(shù)據(jù)組合，采用所得關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算。如果計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況偏差超過一定的限度，就要分析出現(xiàn)偏差的原因，據(jù)此反饋至因素識(shí)別、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、關(guān)聯(lián)分析等環(huán)節(jié)，進(jìn)行必要的調(diào)整、補(bǔ)充和修正，完善關(guān)聯(lián)模型，直至偏差符合設(shè)定的要求為止。例如，在模型中輸入一組與地表水氨氮濃度有關(guān)的實(shí)際數(shù)據(jù)，將計(jì)算出的氨氮濃度與實(shí)測(cè)得到的實(shí)際氨氮濃度進(jìn)行比較，如果偏差超過設(shè)定的±10%限度，就需要采取改進(jìn)模型結(jié)構(gòu)、修正模型參數(shù)等方式完善關(guān)聯(lián)模型，直至偏差滿足控制要求，該模型才能投入應(yīng)用。

3.2.7 結(jié)果應(yīng)用

應(yīng)用地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以幫助人們高效、準(zhǔn)確、科學(xué)地發(fā)現(xiàn)并解決地表水環(huán)境問題，促進(jìn)環(huán)境管理的轉(zhuǎn)型和污染防治效率的提高。地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用的典型示例如下：

(1) 某湖泊水體總磷質(zhì)量濃度為0.10 mg/L，水質(zhì)目標(biāo)為達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，即總磷目標(biāo)質(zhì)量濃度為0.05 mg/L。通過大數(shù)據(jù)分析可以明確：在污染源、水文、氣象、湖泊水污染防治和水生態(tài)保護(hù)措施等諸多因素中，影響顯著的因素有哪些，有哪幾種可供比選的達(dá)標(biāo)方案，各因素調(diào)節(jié)措施如何組合形成最優(yōu)達(dá)標(biāo)方案。

(2) 某一湖泊水體現(xiàn)設(shè)有10個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每月1次進(jìn)行例行監(jiān)測(cè)。通過大數(shù)據(jù)分析可以獲得湖體總磷濃度的空間、時(shí)間連續(xù)分布數(shù)據(jù)，從而能夠判斷10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)某一次監(jiān)測(cè)獲得的總磷濃度算術(shù)平均值能否反映該湖泊總磷濃度總體平均值，據(jù)此可分析點(diǎn)位布設(shè)方案的合理性，并提出優(yōu)化調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的方案；一年12次監(jiān)測(cè)獲得的總磷濃度算術(shù)平均值能否反映該湖泊全年總磷濃度總體平均值，據(jù)此可分析監(jiān)測(cè)頻次的合理性，并提出優(yōu)化調(diào)整監(jiān)測(cè)頻次的方案。

(3) 某一湖泊水源地水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站測(cè)得的氟化物質(zhì)量濃度突然從正常水平0.3～0.4 mg/L上升到1.2 mg/L。通過大數(shù)據(jù)分析可以了解該水源地周邊可能排放氟化物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源及其排放強(qiáng)度，結(jié)合其對(duì)水源地水質(zhì)影響的程度，進(jìn)行污染物來源解析和追蹤，識(shí)別肇事污染源，并提出有效的應(yīng)急措施，建議方案。

(4) 某一湖泊水質(zhì)在夏季(豐水期)可達(dá)標(biāo)；在冬春季節(jié)(枯水期)東部湖區(qū)總磷超標(biāo)0.5倍，西部湖區(qū)總磷超標(biāo)1.0倍。通過大數(shù)據(jù)分析可以獲得湖體總磷環(huán)境容量的時(shí)空特點(diǎn)，采取分季節(jié)、分區(qū)域的總量精細(xì)化管理，實(shí)施分區(qū)域動(dòng)態(tài)容量總量控制[8]，實(shí)現(xiàn)湖體水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

由此可見，由于各類相關(guān)數(shù)據(jù)組合方式、關(guān)聯(lián)模型的多樣性，地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析可以具有多種應(yīng)用目的，為地表水環(huán)境保護(hù)的定量決策和精細(xì)管理提供科學(xué)依據(jù)。由于影響地表水環(huán)境質(zhì)量的因素多、情況復(fù)雜，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在應(yīng)用時(shí)仍然存在較大的不確定性，需要根據(jù)應(yīng)用效果不斷修正、完善和改進(jìn)。

4 地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析保障措施

大數(shù)據(jù)分析作為新生事物，雖然發(fā)展前景良好，但目前在我國還處于起步階段，特別是在地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析方面的工作基礎(chǔ)非常薄弱。要積極探索研究，做好頂層設(shè)計(jì)，扎實(shí)組織推進(jìn)，采取相應(yīng)的保障措施為地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析創(chuàng)造良好的工作環(huán)境[9]。

4.1 建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)各類相關(guān)數(shù)據(jù)的共享。地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)來源廣泛，包括相關(guān)政府部門、企業(yè)、高等學(xué)校、科研院所和社會(huì)組織等機(jī)構(gòu)。針對(duì)目前條塊分割、部門封鎖、各自為政的數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，必須通過立法方式建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，明確各相關(guān)方監(jiān)測(cè)、發(fā)布和共享數(shù)據(jù)的種類、數(shù)量、頻次等法定責(zé)任，打破條塊職能分割，建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，讓碎片化的數(shù)據(jù)充分融合起來，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)共享。積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系標(biāo)準(zhǔn)化，消除業(yè)務(wù)技術(shù)壁壘，促進(jìn)各類數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。加快建設(shè)大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)和專業(yè)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)規(guī)?；泄芾?，提高大數(shù)據(jù)集成利用的水平和效率[10]。

4.2 開發(fā)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用軟件

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析在數(shù)據(jù)采集、整理、分析和結(jié)果展示等方面的功能都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，而目前我國缺少適用的、成套的大數(shù)據(jù)分析軟件，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)難以落地生根。因此，必須大力推進(jìn)地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析軟件開發(fā)，盡快開發(fā)規(guī)范化、智能化水平高，通用性、適用性強(qiáng)，維護(hù)使用方便，價(jià)格合理的成套軟件，特別是要開發(fā)處于核心地位的關(guān)聯(lián)分析軟件，使大數(shù)據(jù)分析技術(shù)轉(zhuǎn)化為地表水環(huán)境保護(hù)的實(shí)用工具。

4.3 培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)人才

地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析是一門嶄新的綜合性技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息技術(shù)、環(huán)境科學(xué)與技術(shù)、水文學(xué)和氣象學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域。要推進(jìn)地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析工作，必須培養(yǎng)一批具備相應(yīng)學(xué)科知識(shí)和技術(shù)能力的復(fù)合型人才。在高等學(xué)校建立相關(guān)的學(xué)科、專業(yè)，開展大數(shù)據(jù)分析專業(yè)教育，為大數(shù)據(jù)分析輸送對(duì)口的專業(yè)人才。在現(xiàn)有環(huán)境保護(hù)、水資源管理和信息技術(shù)人員中選拔專業(yè)基礎(chǔ)好、業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，有針對(duì)性地開展大數(shù)據(jù)分析技術(shù)培訓(xùn)，盡快造就一批專業(yè)化、高素質(zhì)的大數(shù)據(jù)分析人才隊(duì)伍。

[1] 國務(wù)院. 關(guān)于印發(fā)促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要的通知(國發(fā)[2015]50號(hào))[Z]. 2015.

[2] 國務(wù)院辦公廳. 關(guān)于印發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案的通知(國辦發(fā)[2015]56號(hào))[Z]. 2015.

[3] 環(huán)境保護(hù)部辦公廳. 關(guān)于印發(fā)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案的通知(環(huán)辦廳[2016]23號(hào))[Z]. 2016.

[4] 詹志明，尹文君.環(huán)保大數(shù)據(jù)及其在環(huán)境污染防治管理創(chuàng)新中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)，2016，44(6)：44-48.

[5] 黃波，周愿.融入“大環(huán)境”中的水環(huán)境 [J].水利水電快報(bào)，2015，36(7)：7-10.

[6] 常杪，馮雁，郭培坤，等.環(huán)境大數(shù)據(jù)概念、特征及在環(huán)境管理中的應(yīng)用[J].中國環(huán)境管理，2015，7(6)：26-30.

[7] 魏斌. 推進(jìn)環(huán)境保護(hù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用和發(fā)展的建議[J].環(huán)境保護(hù)，2015，43(19)：21-24.

[8] 常杪，馮雁，解惠婷，等.大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)環(huán)境管理創(chuàng)新[J].環(huán)境保護(hù)，2015，43(19)：25-29.

[9] 解輝.大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2016，8(4)：62-66.

[10] 申劍，陳威. 美國地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)管理體系及對(duì)我國的啟示[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2016，8(4)：58-61.

Discussion on Technological Approach of Big Data Analysis of Environmental Quality of Surface Water

ZHANG Ren-quan

(SuzhouEnvironmentalMonitoringCenter，Suzhou，Jiangsu215004，China)

This work elaborates on the concept and importance of big data analysis of environmental quality of surface water， discusses its technological approach based on the procedure consisting of aspect identification， data selection， data collection， data arrangement， relation analysis， model verification and result application. In addition， this paper constructs four typical application examples. It is suggested to establish data sharing systems and big data analysis working procedures， to develop big data analysis application software and train professionals in big data analysis.

Surface water；Environmental quality；Big data analysis；Technological approach；Safeguard measures

2016-08-02

張仁泉(1963—)，男，研究員級(jí)高工，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

X820

B

1674-6732(2016)06-0063-05