综合水文水质自动监测系统构建的探讨

　　摘要：根据水污染防治行动计划，大力推进生态文明建设、改善水环境质量的总体要求，在稳步推进国家地表水考核断面水质自动监测站建设过程中，仍存在一系列问题。尤其是新建监测站点投入过大、数量有限、覆盖范围不足，部分新建监测站点和已有的水文监测站网重合度较高，造成重复建站等问题。针对该问题，长江口水文水资源勘测局近年积极探索水文水质自动监测系统架构和实施方案，提出对现有水文水质监测站网进行改造升级，使其能符合国家地表水监测的要求;将改造后的测站与新建自动监测站组成综合水文水质自动监测系统，并通过汇总监测数据，形成全国水文水质自动监测站网一张图。实践结果表明，该系统可实现水环境实时在线监测，并能连续、及时、准确的反映水质指标数据变化状况，可为水环境污染突发事件及其应急处置措施提供科学的决策依据。

　　关键词：水文水质监测系统;监测站网;水环境;自动监测

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　　1 研究背景

　　20世纪以来，环境污染问题日益突出，尤其是水环境污染问题，受到人们越来越多的关注，水质监测和水处理技术已成为研究重点。

　　2015年4月2日，国务院发布《水污染防治行动计划》，明确大力推进生态文明建设，以改善水环境质量为核心的总体要求，对江河湖海实施分流域、分区域、分阶段科学治理，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理。截至2018年3月，全国已建成和规划中的国家地表水考核断面水质自动监测站(以下简称“自动监测站”)达3 200多个[1]。

　　随着国家自动监测站建设的推进，本文主要探讨了如何将全国各地目前已有的水文监测站网纳入水质监测体系，实现两者互相协同和补充，组成完整的水文水质自动监测系统，并将监测数据汇总，形成全国一张图的水文水质监测站网。

　　2 水质监测的重要性和必要性

　　水是生命之源，生产之要，生态之基，是人类生产活动的必要条件，也是地球生命存在的基础。人类生产活动中如果忽略水环境污染问题，将造成严重后果。

　　造成水环境污染的主要原因有：①自然污染，即由于自然规律的变化和土壤中矿物质对水源的污染;②人为污染，即人类生活、生产活动所造成的污染，包括工业废水污染、农业污染、生活污水污染以及城市生活垃圾带来的水污染。

　　日趋加剧的水污染问题已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据调查，全球每天有5万余人因饮用不卫生的水而死亡;在发展中国家，各类疾病的传播有80%是因为饮用了不卫生的水;此外，水污染还影响工业生产，破坏经济发展[2]。

　　因此，加强水质监测，大力推进水污染防治，对于水资源管理与保护具有重要意义[3]。我国水质监测工作相对于欧美国家起步较晚，目前已基本形成一个以大江、大河、湖泊为监测对象的监测网，建立了比较完善且符合我国国情的布点、采样、运输、分析、报告等方面的技术规范。在一些重要的河流湖库，已经开始建立水质自动监测站[4]。

　　3 存在的问题

　　在当前自动监测站建设推进过程中，仍存在以下问题[5]。

　　(1)自动监测站建设选址难度大、建设周期长、手续繁杂，加之成本投入等方面的限制，自动监测站主要覆盖我国大中型流域，无法有效覆盖中小型江河流域、湖泊等水体，而黑臭水体、污水偷排等现象往往发生在中小流域水体中。由于我国中小流域数量众多，若全部设立自动监测站需要投入大量的资金和人力物力，既不符合社会资源合理配置的要求，也不符合“共抓大保护，不搞大开发”的治江思路。

　　(2)目前已投运的自动监测站的建设方式主要为固定站房，配备相关仪器和人员并采用人工或自动方式收集数据。自动监测站对于工作环境要求很高，而管路易滋生微生物，采集水样经过长距离输送，其电导率、高锰酸盐指数、溶解氧、化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、总磷(以P计)、总氮(湖、库以N计)等水质指标易发生变化，数据结构缺乏代表性。

　　(3)已布设的自动监测站站网覆盖范围有限，与其相邻断面或站点的区间跨度达到数百公里，无法有效监测区间内的水质变化情况。地处偏远、环境恶劣的地区很难实现自动监测站的规划建设。

　　(4)在实际水体中，污染物的扩散规律受到水体流速、流向、含沙量等因素的影响，而目前自动监测站所收集的数据并不包括流速、流向、含沙量等指标。

　　4 构建水文水质自动监测系统

　　为解决上述问题，建议将目前已有的水文监测站网改造升级，使之能够适应地表水水质监测的要求;充分利用全国已有的水文监测站网，与已建成的自动监测站互相协同、互为补充，组成综合水文水质自动监测系统;将监测数据汇总，形成全国综合水文水质自动监测站网一张图(见图1)[6]。

　　根据目前国家水質自动监测站系统相关标准，自动监测仪器配置主要分为常规监测项目和选测项目。其中，常规监测项目为水质基本参数，包括温度、pH、溶解氧、电导率及浊度、氨氮、高锰酸盐指 数/总有机碳等;选测项目包括总氮、总磷、叶绿素a等富营养化指标以及生物毒性和挥发性有机污染物。

　　随着各地水环境实验室和水环境监测中心的成立，水文部门的监测技术和监测能力正不断加强，相关监测项目与自动监测站重合度较高，例如水温、pH、溶解氧、电导率及浊度、氨氮、高锰酸盐指数、总有机碳、总氮、总磷、挥发性有机污染物等，采用的监测方式、分析方法、技术标准也几乎一样。水文部门在水位、流量、水情、水势分析预报方面的技术方法和能力更加全面。因此，将现有水文水质监测站网与自动监测站网统筹规划、互为补充，组成综合水文水质自动监测系统，在理论和技术方法上都是可行的[7]。