綜合水文水質自動監測系統構建的探討

　　摘要：根據水污染防治行動計劃，大力推進生態文明建設、改善水環境質量的總體要求，在穩步推進國家地表水考核斷面水質自動監測站建設過程中，仍存在一系列問題。尤其是新建監測站點投入過大、數量有限、覆蓋范圍不足，部分新建監測站點和已有的水文監測站網重合度較高，造成重復建站等問題。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自動監測系統架構和實施方案，提出對現有水文水質監測站網進行改造升級，使其能符合國家地表水監測的要求;將改造后的測站與新建自動監測站組成綜合水文水質自動監測系統，并通過匯總監測數據，形成全國水文水質自動監測站網一張圖。實踐結果表明，該系統可實現水環境實時在線監測，并能連續、及時、準確的反映水質指標數據變化狀況，可為水環境污染突發事件及其應急處置措施提供科學的決策依據。

　　關鍵詞：水文水質監測系統;監測站網;水環境;自動監測

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　　1 研究背景

　　20世紀以來，環境污染問題日益突出，尤其是水環境污染問題，受到人們越來越多的關注，水質監測和水處理技術已成為研究重點。

　　2015年4月2日，國務院發布《水污染防治行動計劃》，明確大力推進生態文明建設，以改善水環境質量為核心的總體要求，對江河湖海實施分流域、分區域、分階段科學治理，系統推進水污染防治、水生態保護和水資源管理。截至2018年3月，全國已建成和規劃中的國家地表水考核斷面水質自動監測站(以下簡稱“自動監測站”)達3 200多個[1]。

　　隨著國家自動監測站建設的推進，本文主要探討了如何將全國各地目前已有的水文監測站網納入水質監測體系，實現兩者互相協同和補充，組成完整的水文水質自動監測系統，并將監測數據匯總，形成全國一張圖的水文水質監測站網。

　　2 水質監測的重要性和必要性

　　水是生命之源，生產之要，生態之基，是人類生產活動的必要條件，也是地球生命存在的基礎。人類生產活動中如果忽略水環境污染問題，將造成嚴重后果。

　　造成水環境污染的主要原因有：①自然污染，即由于自然規律的變化和土壤中礦物質對水源的污染;②人為污染，即人類生活、生產活動所造成的污染，包括工業廢水污染、農業污染、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成重大威脅，成為人類健康、經濟和社會可持續發展的重大障礙。據調查，全球每天有5萬余人因飲用不衛生的水而死亡;在發展中國家，各類疾病的傳播有80%是因為飲用了不衛生的水;此外，水污染還影響工業生產，破壞經濟發展[2]。

　　因此，加強水質監測，大力推進水污染防治，對于水資源管理與保護具有重要意義[3]。我國水質監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、湖泊為監測對象的監測網，建立了比較完善且符合我國國情的布點、采樣、運輸、分析、報告等方面的技術規范。在一些重要的河流湖庫，已經開始建立水質自動監測站[4]。

　　3 存在的問題

　　在當前自動監測站建設推進過程中，仍存在以下問題[5]。

　　(1)自動監測站建設選址難度大、建設周期長、手續繁雜，加之成本投入等方面的限制，自動監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、污水偷排等現象往往發生在中小流域水體中。由于我國中小流域數量眾多，若全部設立自動監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，不搞大開發”的治江思路。

　　(2)目前已投運的自動監測站的建設方式主要為固定站房，配備相關儀器和人員并采用人工或自動方式收集數據。自動監測站對于工作環境要求很高，而管路易滋生微生物，采集水樣經過長距離輸送，其電導率、高錳酸鹽指數、溶解氧、化學需氧量(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)等水質指標易發生變化，數據結構缺乏代表性。

　　(3)已布設的自動監測站站網覆蓋范圍有限，與其相鄰斷面或站點的區間跨度達到數百公里，無法有效監測區間內的水質變化情況。地處偏遠、環境惡劣的地區很難實現自動監測站的規劃建設。

　　(4)在實際水體中，污染物的擴散規律受到水體流速、流向、含沙量等因素的影響，而目前自動監測站所收集的數據并不包括流速、流向、含沙量等指標。

　　4 構建水文水質自動監測系統

　　為解決上述問題，建議將目前已有的水文監測站網改造升級，使之能夠適應地表水水質監測的要求;充分利用全國已有的水文監測站網，與已建成的自動監測站互相協同、互為補充，組成綜合水文水質自動監測系統;將監測數據匯總，形成全國綜合水文水質自動監測站網一張圖(見圖1)[6]。

　　根據目前國家水質自動監測站系統相關標準，自動監測儀器配置主要分為常規監測項目和選測項目。其中，常規監測項目為水質基本參數，包括溫度、pH、溶解氧、電導率及濁度、氨氮、高錳酸鹽指 數/總有機碳等;選測項目包括總氮、總磷、葉綠素a等富營養化指標以及生物毒性和揮發性有機污染物。

　　隨著各地水環境實驗室和水環境監測中心的成立，水文部門的監測技術和監測能力正不斷加強，相關監測項目與自動監測站重合度較高，例如水溫、pH、溶解氧、電導率及濁度、氨氮、高錳酸鹽指數、總有機碳、總氮、總磷、揮發性有機污染物等，采用的監測方式、分析方法、技術標準也幾乎一樣。水文部門在水位、流量、水情、水勢分析預報方面的技術方法和能力更加全面。因此，將現有水文水質監測站網與自動監測站網統籌規劃、互為補充，組成綜合水文水質自動監測系統，在理論和技術方法上都是可行的[7]。