綜合水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建的探討

　　摘要：根據(jù)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、改善水環(huán)境質(zhì)量的總體要求，在穩(wěn)步推進(jìn)國(guó)家地表水考核斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)過(guò)程中，仍存在一系列問(wèn)題。尤其是新建監(jiān)測(cè)站點(diǎn)投入過(guò)大、數(shù)量有限、覆蓋范圍不足，部分新建監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和已有的水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)重合度較高，造成重復(fù)建站等問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，長(zhǎng)江口水文水資源勘測(cè)局近年積極探索水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)施方案，提出對(duì)現(xiàn)有水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)進(jìn)行改造升級(jí)，使其能符合國(guó)家地表水監(jiān)測(cè)的要求;將改造后的測(cè)站與新建自動(dòng)監(jiān)測(cè)站組成綜合水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)匯總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成全國(guó)水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)一張圖。實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水環(huán)境實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并能連續(xù)、及時(shí)、準(zhǔn)確的反映水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)變化狀況，可為水環(huán)境污染突發(fā)事件及其應(yīng)急處置措施提供科學(xué)的決策依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);監(jiān)測(cè)站網(wǎng);水環(huán)境;自動(dòng)監(jiān)測(cè)

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　　1 研究背景

　　20世紀(jì)以來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，尤其是水環(huán)境污染問(wèn)題，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水處理技術(shù)已成為研究重點(diǎn)。

　　2015年4月2日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心的總體要求，對(duì)江河湖海實(shí)施分流域、分區(qū)域、分階段科學(xué)治理，系統(tǒng)推進(jìn)水污染防治、水生態(tài)保護(hù)和水資源管理。截至2018年3月，全國(guó)已建成和規(guī)劃中的國(guó)家地表水考核斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“自動(dòng)監(jiān)測(cè)站”)達(dá)3 200多個(gè)[1]。

　　隨著國(guó)家自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)的推進(jìn)，本文主要探討了如何將全國(guó)各地目前已有的水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)納入水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)兩者互相協(xié)同和補(bǔ)充，組成完整的水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總，形成全國(guó)一張圖的水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。

　　2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要性和必要性

　　水是生命之源，生產(chǎn)之要，生態(tài)之基，是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的必要條件，也是地球生命存在的基礎(chǔ)。人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中如果忽略水環(huán)境污染問(wèn)題，將造成嚴(yán)重后果。

　　造成水環(huán)境污染的主要原因有：①自然污染，即由于自然規(guī)律的變化和土壤中礦物質(zhì)對(duì)水源的污染;②人為污染，即人類(lèi)生活、生產(chǎn)活動(dòng)所造成的污染，包括工業(yè)廢水污染、農(nóng)業(yè)污染、生活污水污染以及城市生活垃圾帶來(lái)的水污染。

　　日趨加劇的水污染問(wèn)題已對(duì)人類(lèi)的生存安全構(gòu)成重大威脅，成為人類(lèi)健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。據(jù)調(diào)查，全球每天有5萬(wàn)余人因飲用不衛(wèi)生的水而死亡;在發(fā)展中國(guó)家，各類(lèi)疾病的傳播有80%是因?yàn)轱嬘昧瞬恍l(wèi)生的水;此外，水污染還影響工業(yè)生產(chǎn)，破壞經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。

　　因此，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，大力推進(jìn)水污染防治，對(duì)于水資源管理與保護(hù)具有重要意義[3]。我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作相對(duì)于歐美國(guó)家起步較晚，目前已基本形成一個(gè)以大江、大河、湖泊為監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立了比較完善且符合我國(guó)國(guó)情的布點(diǎn)、采樣、運(yùn)輸、分析、報(bào)告等方面的技術(shù)規(guī)范。在一些重要的河流湖庫(kù)，已經(jīng)開(kāi)始建立水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站[4]。

　　3 存在的問(wèn)題

　　在當(dāng)前自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)推進(jìn)過(guò)程中，仍存在以下問(wèn)題[5]。

　　(1)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)選址難度大、建設(shè)周期長(zhǎng)、手續(xù)繁雜，加之成本投入等方面的限制，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站主要覆蓋我國(guó)大中型流域，無(wú)法有效覆蓋中小型江河流域、湖泊等水體，而黑臭水體、污水偷排等現(xiàn)象往往發(fā)生在中小流域水體中。由于我國(guó)中小流域數(shù)量眾多，若全部設(shè)立自動(dòng)監(jiān)測(cè)站需要投入大量的資金和人力物力，既不符合社會(huì)資源合理配置的要求，也不符合“共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)”的治江思路。

　　(2)目前已投運(yùn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)方式主要為固定站房，配備相關(guān)儀器和人員并采用人工或自動(dòng)方式收集數(shù)據(jù)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)站對(duì)于工作環(huán)境要求很高，而管路易滋生微生物，采集水樣經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送，其電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(以P計(jì))、總氮(湖、庫(kù)以N計(jì))等水質(zhì)指標(biāo)易發(fā)生變化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)缺乏代表性。

　　(3)已布設(shè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站網(wǎng)覆蓋范圍有限，與其相鄰斷面或站點(diǎn)的區(qū)間跨度達(dá)到數(shù)百公里，無(wú)法有效監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)的水質(zhì)變化情況。地處偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣的地區(qū)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的規(guī)劃建設(shè)。

　　(4)在實(shí)際水體中，污染物的擴(kuò)散規(guī)律受到水體流速、流向、含沙量等因素的影響，而目前自動(dòng)監(jiān)測(cè)站所收集的數(shù)據(jù)并不包括流速、流向、含沙量等指標(biāo)。

　　4 構(gòu)建水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　為解決上述問(wèn)題，建議將目前已有的水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)改造升級(jí)，使之能夠適應(yīng)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)的要求;充分利用全國(guó)已有的水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，與已建成的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站互相協(xié)同、互為補(bǔ)充，組成綜合水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總，形成全國(guó)綜合水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)一張圖(見(jiàn)圖1)[6]。

　　根據(jù)目前國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器配置主要分為常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。其中，常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為水質(zhì)基本參數(shù)，包括溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率及濁度、氨氮、高錳酸鹽指 數(shù)/總有機(jī)碳等;選測(cè)項(xiàng)目包括總氮、總磷、葉綠素a等富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)以及生物毒性和揮發(fā)性有機(jī)污染物。

　　隨著各地水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的成立，水文部門(mén)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)能力正不斷加強(qiáng)，相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與自動(dòng)監(jiān)測(cè)站重合度較高，例如水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率及濁度、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總有機(jī)碳、總氮、總磷、揮發(fā)性有機(jī)污染物等，采用的監(jiān)測(cè)方式、分析方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也幾乎一樣。水文部門(mén)在水位、流量、水情、水勢(shì)分析預(yù)報(bào)方面的技術(shù)方法和能力更加全面。因此，將現(xiàn)有水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃、互為補(bǔ)充，組成綜合水文水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在理論和技術(shù)方法上都是可行的[7]。