水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
摘要：水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水資源管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ)，是保護(hù)水環(huán)境的重要手段。在新的世紀(jì)中，面對(duì)洪水威脅、水資源緊缺、水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，我國的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作面臨著嶄新的內(nèi)容。
關(guān)鍵字 ：水質(zhì) 監(jiān)測(cè)技術(shù)
我國水資源分布不平衡，水質(zhì)型缺水問題嚴(yán)重，跨流域調(diào)水工程多，水資源的開發(fā)利用與保護(hù)都對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，也使水質(zhì)監(jiān)測(cè)具有了更加特殊的意義：水權(quán)交易、國家間的水事磋商等也都離不開水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
目前我國面臨的問題一是水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多以掌握地表水水資源質(zhì)量功能為主，缺乏對(duì)地下水的監(jiān)測(cè)和對(duì)大氣降水水質(zhì)監(jiān)測(cè)。二是水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的總數(shù)少于水功能區(qū)的數(shù)量，不能反映全部水功能區(qū)的水質(zhì)狀況。三是各級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心的采樣能力不足，監(jiān)測(cè)頻率低，水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備老化，大型分析儀器配備不平衡。四是機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)能力不足，移動(dòng)水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室配備數(shù)量太少，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力低。五是自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站數(shù)量太少，缺乏自動(dòng)測(cè)報(bào)能力，難以獲得重點(diǎn)水功能區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
一、水質(zhì)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵是水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析
1．先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的關(guān)鍵
隨著我國水質(zhì)監(jiān)測(cè)規(guī)劃的實(shí)施，要實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，就必須采用先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為保障，對(duì)水質(zhì)站網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化配置和合理布局，構(gòu)建選用先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備和技術(shù)裝備的水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室和自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)施過程中，應(yīng)該充分考慮我國的國情，從實(shí)際出發(fā)，實(shí)事求是，建立既能滿足當(dāng)前水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作要求，又留有超前發(fā)展冗余的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
2．國外現(xiàn)代化水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
國外早期河流水系的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法是定時(shí)定點(diǎn)在河流的某些斷面取瞬時(shí)水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室分析，這種人工抽查式的監(jiān)測(cè)方法不能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得水質(zhì)不斷變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。為了盡早發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化，迅速作出下游水質(zhì)污染預(yù)報(bào)，及時(shí)追蹤污染源，研究水的稀釋、自凈規(guī)律，國外在完善實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)的同時(shí)，陸續(xù)發(fā)展了水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以移動(dòng)監(jiān)測(cè)車為基本監(jiān)測(cè)單元，以便攜水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)多參數(shù)分析儀為分析手段，以GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS/GSM無線數(shù)據(jù)通信裝置為信息載體，有效地解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)、水域水質(zhì)監(jiān)測(cè)的困難。
水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WQMS(Water Quality Monitoring System)以監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染綜合指標(biāo)及其某些特定項(xiàng)目為基礎(chǔ)，通過在一個(gè)水系或一個(gè)地區(qū)設(shè)置若干個(gè)有連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)測(cè)站，由一個(gè)中心站控制若干個(gè)子站，隨時(shí)對(duì)該區(qū)的水質(zhì)污染狀況進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，形成一個(gè)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國已有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，并被納入網(wǎng)絡(luò)化的“環(huán)境評(píng)價(jià)體系”和“自然災(zāi)害防御體系”。一則可為綜合評(píng)價(jià)水功能區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，二則可迅速發(fā)現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)污染事故或天災(zāi)，將水域異常水質(zhì)情況、污染傳播源及影響規(guī)模通過系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心，為決策部門把握災(zāi)害的性質(zhì)狀態(tài)，從而制定災(zāi)害的防治對(duì)策提供依據(jù)。
3．先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)要與先進(jìn)的信息管理技術(shù)相結(jié)合
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，儀器分析、計(jì)算機(jī)控制等現(xiàn)代化手段在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。分析方法從分光光度法、電位法發(fā)展到原子吸收法、原子熒光光譜法、氣相色譜法和液相色譜法等；手動(dòng)和半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法、儀器也正逐步被計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、遙測(cè)裝置所代替。
然而，21世紀(jì)的水利水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)是以流域或區(qū)域水環(huán)境為主要研究對(duì)象的系統(tǒng)化工程，水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)僅僅是系統(tǒng)工程中的基礎(chǔ)組成部分，更為繁重的工作是將這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的信息化處理，構(gòu)筑全國性的水質(zhì)站網(wǎng)和監(jiān)測(cè)信息中心，將各級(jí)監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類和組合，建立水體分析模型綜合分析預(yù)測(cè)，為水資源的開發(fā)利用、優(yōu)化調(diào)度和水環(huán)境的保護(hù)管理提供決策性的依據(jù)。
二、水利系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合應(yīng)用解決方案
從國家未來水資源開發(fā)、利用、保護(hù)和管理的長期政策來看，綜合應(yīng)用解決方案既要能實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)水域和供水水源地的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)傳輸和分析效率，又要能提高對(duì)突發(fā)、惡性水質(zhì)污染事故的預(yù)警預(yù)報(bào)及快速反應(yīng)能力。綜合應(yīng)用解決方案是集成方案，牽涉到軟件系統(tǒng)的構(gòu)架和硬件系統(tǒng)的建設(shè)兩個(gè)方面。
1．監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件構(gòu)架——水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)
水利水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歷史長久、樣本代表性典型、系統(tǒng)完整、水量水質(zhì)配套、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、資料可比的水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息體系，為國家、水行政主管部門依法行政、實(shí)施監(jiān)督管理、做好水資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。如何將現(xiàn)有條件下的水環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的實(shí)時(shí)、巨量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、有效地采集、存儲(chǔ)、分析、報(bào)告、預(yù)測(cè)、公布，使之真正成為國家、水行政主管部門決策的參考量值、執(zhí)法的依據(jù)、管理的標(biāo)準(zhǔn)，這已成為水文部門的當(dāng)務(wù)之急。
安恒公司提出以水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為核心，應(yīng)用當(dāng)今最先進(jìn)的Intemet技術(shù),GIS技術(shù)，基于Microsoft的XML語言，在Microsoft.net的服務(wù)平臺(tái)上，以WEBGIS為應(yīng)用，將地理信息系統(tǒng)的空間圖形與水環(huán)境評(píng)價(jià)屬性數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)各層空間信息、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸、分類存儲(chǔ)、更新顯示、分析評(píng)價(jià)、有效管理、報(bào)告和發(fā)布，并形成可視化的生動(dòng)表達(dá)形式和調(diào)度顯示系統(tǒng)的全國水環(huán)境管理信息系統(tǒng)，這一管理信息系統(tǒng)主要針對(duì)各流域的水環(huán)境信息進(jìn)行管理，特點(diǎn)是覆蓋面廣，運(yùn)行費(fèi)用低，安全、穩(wěn)定，可擴(kuò)充性強(qiáng)，業(yè)務(wù)操作簡捷，日常運(yùn)行維護(hù)簡便，上傳數(shù)據(jù)及時(shí)，通信設(shè)備無需投資，報(bào)告、發(fā)布電信化，分析評(píng)價(jià)自動(dòng)化、可視化，管理正規(guī)科學(xué)、有序。
2．監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架——立體化監(jiān)測(cè)解決方案
立體化的監(jiān)測(cè)解決方案由實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)三部分組成。
(1)實(shí)驗(yàn)宣監(jiān)測(cè)解決方案
實(shí)驗(yàn)室是四級(jí)監(jiān)測(cè)體系中進(jìn)行日常水質(zhì)分析工作的基本單位，由于長期以來各地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不平衡，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。因此，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)規(guī)模和發(fā)展程度也很不平衡，為使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有可比性、規(guī)范性和統(tǒng)一性，有必要根據(jù)國家和水利行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立和不斷完善應(yīng)用技術(shù)相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室，配備以常規(guī)監(jiān)測(cè)參數(shù)為主，如：Hach公司出品的pH、COD、BOD、氨氮、總磷和微生物等實(shí)驗(yàn)室快速自動(dòng)分析儀，并結(jié)合地方水質(zhì)特點(diǎn)輔以特殊的監(jiān)測(cè)儀器，如：砷、硒、汞、揮發(fā)酚等分析設(shè)備。通過標(biāo)準(zhǔn)化的“水環(huán)境監(jiān)測(cè)樣品管理和質(zhì)量控制系統(tǒng)”，進(jìn)行日常的水質(zhì)參數(shù)分析。典型應(yīng)用有由中國婦女發(fā)展基金會(huì)主持的“大地之愛母親水窖”工程的配套項(xiàng)目——水質(zhì)衛(wèi)生安全監(jiān)測(cè)體系。
(2)應(yīng)急移動(dòng)監(jiān)測(cè)解決方案
2003年以來，黃河流域陸續(xù)發(fā)生了蘭州油污染和黃河潼關(guān)段水質(zhì)異常事件，為應(yīng)對(duì)和預(yù)防重大流域的突發(fā)性水污染事故和災(zāi)害，建立起相應(yīng)的移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由現(xiàn)代化的移動(dòng)監(jiān)測(cè)車、便攜水質(zhì)分析儀、自動(dòng)采樣器、圖像采集和移動(dòng)通信設(shè)備等構(gòu)成。利用攜帶方便的水質(zhì)分析儀器現(xiàn)場(chǎng)迅速監(jiān)測(cè)基本污染物質(zhì)，采錄污染現(xiàn)場(chǎng)，并通過GPRS／GSM移動(dòng)通信設(shè)備及時(shí)將第一手資料回傳至上級(jí)部門和信息管理中心。同時(shí)自動(dòng)采集樣品，進(jìn)行恒溫貯藏，以備在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步分析之用。在首次5000萬t晉水東調(diào)進(jìn)京的水質(zhì)臨測(cè)過程中，便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器Hydmlab Data,sonde
(3)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)解決方案
自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站連續(xù)或間歇地實(shí)時(shí)監(jiān)控河流、江河口、湖泊、沿海、地下水監(jiān)測(cè)井、排污口水質(zhì)狀況，為水質(zhì)監(jiān)控提供完整的自動(dòng)在線解決方案：整套系統(tǒng)由水質(zhì)采樣裝置、預(yù)處理裝置、自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器、輔助裝置、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)組成。采用先進(jìn)的Wiahws操作軟件，監(jiān)控記錄水質(zhì)的物理、化學(xué)、生物的變量參數(shù)，并通過網(wǎng)關(guān)將信息實(shí)時(shí)反饋到水利部水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心也可通過公眾電話網(wǎng)絡(luò)/PSIT專線、GSM／GPRS無線通信網(wǎng)采集數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。
3．結(jié)論
現(xiàn)代化、信息化、系統(tǒng)化的水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系日益提上議事日程，我們認(rèn)為在現(xiàn)有的四級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系下，以提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化以及管理制度化的水平為目標(biāo)，逐步建立起實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的立體化監(jiān)測(cè)模式，并統(tǒng)一在水利部水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心之下，可以有效全面的解決我國可持續(xù)發(fā)展過程中所面臨的水質(zhì)監(jiān)測(cè)問題。
參考資料：
1. 李怡庭．全國水質(zhì)監(jiān)測(cè)規(guī)劃概述．中國水利，2003．7B，
2. 吳燦幫，費(fèi)龍．現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.
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