牛津大学和伦敦帝国理工学院的研究人员开发了一种新的计算方法，使用一种创新的新技术来追踪河流污染物的来源。这种方法可以从对受污染河水的观测往回推算，使其成为一种可以在全国推广的简单方法。
在一个案例研究中，该模型在一个罕见的白垩溪流栖息地确定了一种有害的新烟碱类杀虫剂（禁止用于农业用途）的来源。牛津大学的研究人员还开发了www.sewagemap.co.uk，这是一个被公众广泛使用的工具，用于实时识别污水污染的河流。
近几个月来，全国各地都在强烈抗议水务公司允许河流中的污水污染超过可接受的限度。再加上农业化肥和化学品的污染，这导致英国目前只有14%的河流达到“良好”生态状态。但到目前为止，还没有一种可靠的方法来确定可能的河流污染源，因此几乎不可能有效地解决这个问题。
一项由牛津大学的科学家共同撰写的研究现在提供了一种新的方法。这种方法利用了“逆向建模”，即从对河流污染的观察中回溯，追踪到可能的污染源。这篇论文发表在《整体环境科学》杂志上。
这与目前的“正向建模”方法形成对比，后者从一组假设的污染源开始，向前运行以估计污染物的最终分布和范围。然而，这有几个关键的缺陷，即，潜在的来源需要提前知道，它往往是基于大的假设和不确定的数据。
该研究的联合负责人亚历克斯·利普博士（牛津大学地球科学系和默顿学院）说：“减轻河流污染的第一步是找出问题所在。这些新的数学‘逆’方法提供了一种客观的方法，可以仅从监测数据来确定污染物进入河网的位置和方式。”
这项新技术在旺德尔河上进行了测试。旺德尔河是伦敦西南部的一条白垩河，最近的污水倾倒引发了当地人的愤怒。最近，在Wandle河中检测到新烟碱类杀虫剂吡虫啉，尽管自2018年以来在英国的农田中使用是非法的。
利用新的逆向模型，研究人员得出结论，绝大多数情况下，旺德尔河中的吡虫啉来自河流的一小部分，其中包含污水处理厂的流出。
联合首席作者加雷斯·罗伯茨博士（伦敦帝国理工学院地球科学与工程系）说：“这支持了这样一种观点，即我们河流中的吡虫啉可能源于它被用作宠物药物，被冲下下水道后进入污水系统，在污水处理设施中没有被清除。”
在展示了反向建模方法的力量之后，利普博士渴望看到它扩大规模，并最终成为未来水质监测的关键部分。
“我对这种方法的一个应用非常感兴趣，那就是对公民科学数据的分析，”利普博士补充说。“公民运动团体现在经常生成梦幻般的高密度污染物数据集，如河流中的磷和硝酸盐，这种反向方法可以用来将这些数据转化为可操作的见解。”
公民数据已经被用作全国河流运动的一部分。例如，“河流行动”的公民科学家进行的水质测试发现，在亨利皇家赛船会举行之前，泰晤士河沿岸的大肠杆菌含量很高。这种新的建模方法可以帮助志愿者“河流守护者”对污染者采取更有针对性的行动。
“河流行动”的首席执行官詹姆斯·华莱士说：“像水务公司和工业规模的农业这样的惯犯经常试图推卸责任，把他们允许的垃圾自由进入我们的河流归咎于别人。但像这种新算法这样的建模方法最终可能会让英国各地的大批公民科学家找到污染源，让肇事者无处藏身。”
“环境署现在必须在起诉污染者和随后的处罚中进一步探索新方法和公民科学的潜力，并在即将到来的预算中提供适当的政府资金，以授权监管机构执行法律。”提高污染监测能力发出了一个强有力的信息——污染自担风险，而不是为了盈利。”
这项新研究建立在利普博士解决“河流危机”的数据驱动方法的基础上。2023年，他与英国南极调查局的合作伙伴乔纳森·道（Jonathan Dawe）一起开发了www.sewagemap.co.uk，这是一个免费的开源网站，可以实时显示泰晤士河流域可能受到未经处理的污水排放影响的河段信息。
这是通过一个模型完成的，该模型将实时污水流出与河流下游部分联系起来。这个网站已经受到野生游泳团体和公民科学家的欢迎，他们用它来实时识别被污水污染的当地河流。
杰里米·沃森（Jeremy Watson）是伦敦的一名户外游泳者，他经常使用SewageMap，他说：“有了SewageMap，在你想游泳的那天，你很容易对某一特定地点的河流污水状况做出合理的估计。例如，我在一个阳光明媚的星期后检查了它，它显示只有一个泄漏，在上游90公里处，所以我去汉普顿宫附近游泳。
“下了几天雨，我再看一看，突然发现上游有几十处污水溢出——所以我就去了游泳池！”这是一个很大的荣幸，找到一个东西，在满足公众的需要，以一种非常方便的方式呈现信息。对我来说，也很高兴看到这个软件是由一个充满活力和热情的团队开放的，欢迎新的贡献者。”
污水地图的基础模型是基于泰晤士水务公司公布的污水排放的公开数据。由于目前没有其他自来水公司提供这些信息，因此该模型还不能推广到英国其他地区。Lipp博士总结道：“这就是为什么水务公司效仿泰晤士水务公司，以公众和科学家可以使用的形式发布环境数据是如此重要。”
关于旺德尔河的案例研究“利用凸优化从点浓度观测中有效分配示踪剂和污染源”已发表在《水资源研究》上。
