飲用水源地預警系統構建

張全+徐達

摘 要：隨著經濟發展和工業建設規模的擴大，水源地的水質污染、水衰竭的問題日漸突出。導致水源地頻發安全質量事故，給國家安全和人類生存帶來極大威脅。建立飲用水水源地安全預警系統，提供區域聯網供水、集中供水，對保障飲用水水源地安全，維護社會經濟良性運行具有戰略意義。

關鍵詞：飲用水水源地；預警系統；框架建立

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A

為了保證社會的穩定和諧發展，限制工業排污對環境的巨大破壞，應對飲用水水源地的安全風險進行深入地分析，保證水源地有足夠的水量和安全的水質。這就需要采用可持續飲用水水源地預警的應急體系，維持飲用水水源的可持續利用，滿足經濟社會和工業、民用用水安全。

一、水源地安全預警系統構架

浙江省飲用水源地水質自動監測系統采用了固定站、集裝箱站、浮標站3種形式。系統基本監測項目為水質常規五參數（pH、水溫、溶解氧、電導率、濁度）、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮，同時根據各監測點位的實際水質情況加增急性毒性、藻類分類、總有機碳、重金屬、葉綠素a、揮發性有機物（可監測有18種以上參數）、氟化物、氰化物等特征污染物，實現監測數據、視頻圖像的采集、分析、傳輸功能，具備發布、遠程控制、自動留樣等管理功能，具備水源地水質安全預警能力。

1.預警指標體系構建

預警指標體系的構建描述水源地的安全現狀和變化趨勢等方面，評價和監測一定時期的水源地的水質狀況，分析影響水源地安全因素等。第二，對安全狀況、自然狀況等進行分析，預測未來的發展狀況，確定水質變化趨勢、速度，對不正常狀況的范圍和危害程度進行預報。第三能夠對各種變化和惡化的情況提出綜合性對策，對未出現的問題給予防范措施，設定有級別的警示信息。第四是正確判斷水污染帶來的經濟后果和環境后果，按照警情來尋找警源，以便采取有效的防控措施加以化解。

2.生物毒性監測技術

Toxicity（毒性）：化合物或混合物對生物的有害效應特性。

在水源地水質預警能力上，化學監測具有一定的局限性，指標有限、各污染物綜合效應難以監測，而生物毒性監測技術能反映水質的綜合污染，揭示潛在的生物和生態效應。生物毒性自動監測系統一般基于活體生物毒性檢測技術，大致分為微生物急性毒性測試、浮游動物急/慢性毒性測和魚類不同生命周期急/慢性毒性測試。相對而言，發光細菌法監測的水質適應面廣，敏感性強，監測的污染物復雜程度高，事故出現后連續監測能力強。其檢測原理：通過測定發光菌與水樣接觸反應前后發光強度的變化來判斷水中綜合毒性的大小。濃縮/稀釋倍數法：由于環境水樣的毒性大小差異很大，有些水樣毒性太強或太弱，無法直接檢測LC50或EC50，需進行一定倍數的稀釋或濃縮處理以實現準確檢測。 因此，為了便于比較水體毒性，通常采用達到半數致死效應所對應的稀釋或濃縮倍數表征水樣毒性大小，稀釋倍數越大、濃縮倍數越小表明原始水樣的生物毒性越強。當量濃度法：為了比較不同水樣的毒性效應，近年逐漸有研究者選用致毒機制明確的物質作為毒性測試的陽性參照物，將待測水樣的毒性測試結果轉換為產生與之相當效應的陽性參照物的當量濃度。

3.藻類分類監測技術

藻類熒光反應有兩種特性：一是同一種藻受到不同波長單位強度激勵光激勵時，發出的熒光強度不同；二是不同的藻在受到相同波長單位強度激勵光激勵時，發出的熒光強度也不同。利用藻類的熒光特性進行分類定量分析。

4.安全預警系統

安全預警系統包含了對警義等進行明確、尋找、分析和預報以及報警等內容。對于水源地的預警系統，具有多目標的功能。在預警系統的邏輯框架中，水源地的風險被劃分為多個指標體系，通過自動監測儀器可以實現各種預警闞值的測算和預警。并根據不同的時間和污染物發布發出預警信號，采取預防、預控的措施的綜合系統，對飲用水水源地的安全進行監控。

體系的構建包括信息重疊、定性分析、分層設計等手法。安全預警模型的建立使用人工神經網絡框架。模擬社會經濟環境，通過神經元網絡分析的功能，對數據的模型采用安全預警的方式，通過多個載水源地構件的預警模型，對警兆指標等加以精確計算，得到關于輸入層、輸出層以及隱藏層的節點數值。節點對應警情指標。

通過安全預警模型，將節點指標加以輸入，獲得具有隱含層節點數的神經網絡工具，然后采用水源地安全預警模型的學習和訓練模式進行網絡模型對水源地安全的預警分析。

二、飲用水源地預警系統應用重點

1.對水源水中異味的監測和預警

近十幾年內，水體異味問題發生較多，引起社會廣泛關注。如霉腐味、魚腥味等，針對異味的分析包括了很多方法，而且獲得成分也相對復雜，如帶有土腥味的Geosmin（二甲萘烷醇）、2-甲基異茨醇等。飲用水源水體中產生異味的因素除了直接來自于化工業污水排放以外，更常見的為水體富營養化產生異味的藻類，現在已知大約50余種。

第一，根據歷史數據進行分析，不同于平常的某一時段存在異常高的污染物系統可自動報警。

第二，從異味藻的數量上進行預警。比對發現水體中各月都可以嗅到土腥味和霉腐味，異味藻的細胞密度往往達到每升2萬個。當為預警值來說，可以初步定在1×1O4/L細胞。

第三，對于水中產生異味的數量和變化規律等，采用分季節、分時段的方法進行監測，主要把監測的時間和重點予以記錄。

第四，水中異味物質多為揮發性和半揮發性有機物，嗅閾值非常低，其濃度為痕量甚至超痕量，往往人工嗅辨水質有異味，而儀器檢測不出，可引入SPME、SBSE等痕量物質前處理方法，并加強對重點異味因子（苯酚類）的分析。

2.應急預警監測和數據分析

在通過自動預警監測的同時，通過衛星遙感、氣象觀測等可以將監測范圍擴大到飲用水水源地取水口、水源地I到II級保護區、取水口5km以外。隨著現代科技手段的不斷創新，水源地建立了基于寬帶IP網的數字網絡視頻監控系統，對飲用水進行24h監控，并實時進行監測數據的分析，為采取應急措施提供科學依據。

結語

浙江省飲用水源地水質自動監測系統項目建設前，飲用水源地水質監測主要依靠月度水質人工監測工作，每次監測間隔時間過長，同保障飲用水源地水質安全，連續報告水質變化，及時發現和排查安全隱患等工作需要比，存在較大的不足與盲點，影響到了公眾健康和社會經濟持續發展。

本項目成功建成后，基本實現主要飲用水源地水質監測和預警的自動化，實時快速反映飲用水水環境質量和變化狀況。有效提升了飲用水源地水質監測、預警、處理和發布能力，滿足地方政府環境管理與決策的實時需要，為環境決策、管理和科研部門提供更為科學、詳實、有效的科學基礎數據，為保障人民群眾的飲用水安全，加強飲用水源地水質保護工作發揮更高、更深層次的作用。

參考文獻

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