綜合水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建的探討

　　摘要：根據(jù)水污染防治行動計劃，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)國家地表水考核斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站建設(shè)過程中，仍存在一系列問題。尤其是新建監(jiān)測站點投入過大、數(shù)量有限、覆蓋范圍不足，部分新建監(jiān)測站點和已有的水文監(jiān)測站網(wǎng)重合度較高，造成重復(fù)建站等問題。針對該問題，長江口水文水資源勘測局近年積極探索水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)和實施方案，提出對現(xiàn)有水文水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)進(jìn)行改造升級，使其能符合國家地表水監(jiān)測的要求;將改造后的測站與新建自動監(jiān)測站組成綜合水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，并通過匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成全國水文水質(zhì)自動監(jiān)測站網(wǎng)一張圖。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)水環(huán)境實時在線監(jiān)測，并能連續(xù)、及時、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)測系統(tǒng);監(jiān)測站網(wǎng);水環(huán)境;自動監(jiān)測

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　　1 研究背景

　　20世紀(jì)以來，環(huán)境污染問題日益突出，尤其是水環(huán)境污染問題，受到人們越來越多的關(guān)注，水質(zhì)監(jiān)測和水處理技術(shù)已成為研究重點。

　　2015年4月2日，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》，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，對江河湖海實施分流域、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，全國已建成和規(guī)劃中的國家地表水考核斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站(以下簡稱“自動監(jiān)測站”)達(dá)3 200多個[1]。

　　隨著國家自動監(jiān)測站建設(shè)的推進(jìn)，本文主要探討了如何將全國各地目前已有的水文監(jiān)測站網(wǎng)納入水質(zhì)監(jiān)測體系，實現(xiàn)兩者互相協(xié)同和補充，組成完整的水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總，形成全國一張圖的水文水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)。

　　2 水質(zhì)監(jiān)測的重要性和必要性

　　水是生命之源，生產(chǎn)之要，生態(tài)之基，是人類生產(chǎn)活動的必要條件，也是地球生命存在的基礎(chǔ)。人類生產(chǎn)活動中如果忽略水環(huán)境污染問題，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)對水源的污染;②人為污染，即人類生活、生產(chǎn)活動所造成的污染，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的水污染。

　　日趨加劇的水污染問題已對人類的生存安全構(gòu)成重大威脅，成為人類健康、經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。據(jù)調(diào)查，全球每天有5萬余人因飲用不衛(wèi)生的水而死亡;在發(fā)展中國家，各類疾病的傳播有80%是因為飲用了不衛(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，加強水質(zhì)監(jiān)測，大力推進(jìn)水污染防治，對于水資源管理與保護(hù)具有重要意義[3]。我國水質(zhì)監(jiān)測工作相對于歐美國家起步較晚，目前已基本形成一個以大江、大河、湖泊為監(jiān)測對象的監(jiān)測網(wǎng)，建立了比較完善且符合我國國情的布點、采樣、運輸、分析、報告等方面的技術(shù)規(guī)范。在一些重要的河流湖庫，已經(jīng)開始建立水質(zhì)自動監(jiān)測站[4]。

　　3 存在的問題

　　在當(dāng)前自動監(jiān)測站建設(shè)推進(jìn)過程中，仍存在以下問題[5]。

　　(1)自動監(jiān)測站建設(shè)選址難度大、建設(shè)周期長、手續(xù)繁雜，加之成本投入等方面的限制，自動監(jiān)測站主要覆蓋我國大中型流域，無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。由于我國中小流域數(shù)量眾多，若全部設(shè)立自動監(jiān)測站需要投入大量的資金和人力物力，既不符合社會資源合理配置的要求，也不符合“共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)”的治江思路。

　　(2)目前已投運的自動監(jiān)測站的建設(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方式收集數(shù)據(jù)。自動監(jiān)測站對于工作環(huán)境要求很高，而管路易滋生微生物，采集水樣經(jīng)過長距離輸送，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)、總氮(湖、庫以N計)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)的自動監(jiān)測站站網(wǎng)覆蓋范圍有限，與其相鄰斷面或站點的區(qū)間跨度達(dá)到數(shù)百公里，無法有效監(jiān)測區(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)很難實現(xiàn)自動監(jiān)測站的規(guī)劃建設(shè)。

　　(4)在實際水體中，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，而目前自動監(jiān)測站所收集的數(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)自動監(jiān)測系統(tǒng)

　　為解決上述問題，建議將目前已有的水文監(jiān)測站網(wǎng)改造升級，使之能夠適應(yīng)地表水水質(zhì)監(jiān)測的要求;充分利用全國已有的水文監(jiān)測站網(wǎng)，與已建成的自動監(jiān)測站互相協(xié)同、互為補充，組成綜合水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng);將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總，形成全國綜合水文水質(zhì)自動監(jiān)測站網(wǎng)一張圖(見圖1)[6]。

　　根據(jù)目前國家水質(zhì)自動監(jiān)測站系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，自動監(jiān)測儀器配置主要分為常規(guī)監(jiān)測項目和選測項目。其中，常規(guī)監(jiān)測項目為水質(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;選測項目包括總氮、總磷、葉綠素a等富營養(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)境實驗室和水環(huán)境監(jiān)測中心的成立，水文部門的監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測能力正不斷加強，相關(guān)監(jiān)測項目與自動監(jiān)測站重合度較高，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)測方式、分析方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也幾乎一樣。水文部門在水位、流量、水情、水勢分析預(yù)報方面的技術(shù)方法和能力更加全面。因此，將現(xiàn)有水文水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)與自動監(jiān)測站網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃、互為補充，組成綜合水文水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，在理論和技術(shù)方法上都是可行的[7]。