水環境監測及預警系統的研究概況

摘要：水環境與人類健康和社會發展息息相關，隨著經濟的快速發展水資源和水環境惡化的問題日益嚴峻，水環境質量監測及預警系統的研究和應用對于水生態環境保護具有重要意義。本文對水環境監測因子、水環境質量預警模型及預警體系的研究進行了概述，并對水環境質量監測和預警系統的發展進行了展望。

關鍵詞：水環境;監測;預警

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.102

Abstract：The water environment is closely related to human health and social development. With the rapid development of the economy， the problems of water resources and water environment deterioration are becoming more and more serious. The research and application of water environment quality monitoring and early warning system is of great significance for water ecological environment protection. In this paper， the research on water environment monitoring factors， water environment quality early warning model and early warning system is summarized， and the development of water environment quality monitoring and early warning system is prospected.

Keywords：Eater environment;Monitoring; Early warning

水環境監測是指對水環境中的懸浮物、化學物質、水生態系統和底泥及水循環規律等進行定期或不定期的檢驗檢測。當前，全球都面臨著水資源短缺和水環境嚴重污染的嚴峻問題。在我國，長江流域面積達到 180萬km2，占國土面積的18.8%，多年平均水資源量 9958億m3，約占全國 35%，承載約占全國 32%的人口和約 34%的經濟總量，是中華民族的生命河，中國經濟的“金腰帶”，覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11個省份，沿江地區密集布局高污染企業，長江流域廢污水的排放總量非常高。長江水利委員會發布數據稱，長江流域共核查出規模以上入河排污口 6092個。與 2015年相比，2016年長江流域廢污水排放總量增加 6.5億t，在2016年長江流域排放的 353.2億t廢污水中，工業廢水占 55.1%。目前，流域整體保護不足，生態功能呈退化趨勢，資源、生態利益協調機制尚未建立，部分支流水質較差，湖庫富營養化未能有效控制。水環境保護事關人民群眾的健康和利益，因此合理地保護水環境資源、控制和減少環境污染已成為我國經濟發展和環保部門及相關機構急需解決的重要問題。政府相關部門對于水污染事故必須做到快速評估、快速預警、快速決策，只有這樣才能最大限度地降低損失。因此，水環境監測和預警可以為水污染評價與預警決策提供有利支持，對突發性水環境污染物事故有更加強大的應急能力，對水環境保護有重要意義。

1 水環境監測預警體系的監測因子

起初我國地表水水質監測及污染源監控的在線監測體系主要是對污水處理廠的進口、出口以及對污水處理廠進行日常監督和管理，對重點企業也部署了在線自動監測系統，監測廢水流量、COD、氨氮等主要污染物的濃度，防止發生偷排、超排的現象[1]。隨著我國經濟及農業生產的加速發展，水體氮磷含量不斷升高，水華等環境問題日漸突出，總氮、總磷、葉綠素、藻類及藻類總數（種類及鑒定）的實時監測運用日漸成熟。同時也考慮了水文條件如流量、流速變化的影響，實現了水華的預警預報。2005年 11 月吉林省化工廠爆炸事故，引起甲苯、苯酚等化學物質泄漏，導致松花江及哈爾濱市飲用水受到嚴重污染，我國關于重金屬、生物毒性、VOCs監管的重要程度逐漸提高。目前，監測因子已經涵蓋了電導率、pH、溶解氧、濁度、溫度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮、TOC、葉綠素a、藻類、藻類總數、重金屬、生物毒性和 VOCs 等 16項指標[2]。

2 水環境質量預警模型研究

水環境質量預警的定量分析一般需要結合模型來完成，模型的建立基于數學、統計學、邏輯學等學科理論，比較常用的有系統動力學（SD）預警模型、環境流體力學代碼（EFDC）模型、WASP模型等，近年來隨著預警模型研究的深入逐步推動預警系統的發展。馬涵玉等[3]運用系統動力學（SD）模型，建立了成都市水生態-經濟-人口-水資源-水環境的耦合系統，模擬了四種情景模式即現狀延續型、節約用水型、污染防治型和綜合協調型。模擬結果指出，現狀延續型和污染防治型不能有效降低水生態承載限制系數，水生態問題將進一步加劇;節約用水型和綜合防治型都可以降低水生態承載限制系數，但節約用水型不能顯著降低該系數，只有通過節約用水和綜合污染防治相結合的模式，才能顯著減低該系數。杜歡歡等[4]綜合考慮了水資源需求、水污染程度和水資源供給等影響因素，運用SD模型模擬了“十三五”期間清遠市需水總量和污染物排放總量的發展趨勢，并進一步得出一個經濟和環境協調發展的最優方案。孟祥儀[5]通過WASP 水質模擬軟件建立了清水河水質模型，通過模型校正與驗證，確定了模型參數;另外，基于WASP 水質模型還進行了清水河沿岸污染源對河水水質貢獻率的模擬分析。基于污染源貢獻率的分析結果，進行了清水河污染物預警與控制模擬，發現三營斷面污染較為嚴重，常年處于橙色警情中。張贏月[6]采用最小累積阻力模型計算了不同時空尺度下吉林省遼河流域生態安全警情演變趨勢，并計算出不同調控情景下警情的演變結果;通過設置水質調控情景、土地生態安全調控情景以及生物多樣性保護調控情景對吉林省遼河流域生態安全調控問題進行了模擬。林秀珠等[7]根據韋伯—費希納模型基本原理，以表征水庫水環境的溶解氧，化學需氧量，總磷，氨氮，總氮等參數作為評價指標，利用水環境綜合指數評價了水庫水環境質量和預警等級。

3 水質監測預警系統的發展

2013年，徐亞峰等研發了一種基于 Zig Bee 無線傳感網與 GPRS 技術的遠程水質監測系統。利用該系統用戶可通過 PC 遠程監控或發送手機短信的方式查詢終端數據，該系統具有穩定性高、可靠性強、成本合理等優點。張靜等基于物聯網的數據感知、數據傳輸和數據處理的標準體系架構，通過采用即插即用的智能化高性能傳感器、多種無線通信協議接入方式、海量數據處理技術，建立了河流湖泊水質監測和預警系統。利用該系統可實現對水質的智能化監測和預警，有效提升水質監測質量和效率。白云飛等將互聯網、大數據、云計算、web GIS 技術和水質預測模型結合起來，構建了清潩河流域水環境預測預警系統。利用該系統可實現該流域水質預警信息的空間展示、可視化表達、動態趨勢推演及實時發布，能夠有效保障清潩河流域水質安全。

4 展望

近幾年，國家對生態環境保護的重視程度逐年提高，政府對環境監測信息化建設投入也在加大，無人化自動水質監測預警站點已在全國得到廣泛應用。但是目前我國水環境風險評價預警能力還有待提高，技術手段有時無法支撐水環境風險管理的需求。存在的問題主要表現在：現有的大量數據、評價預警預測模擬的速度和準確度無法滿足業務需求;還未實現風險評價預警的平臺化和全流程化，難以適應和滿足新時期政府對生態環境保護工作的需求。為了準確快速地處理大量的氣象天文資料和水環境監測數據，可以構建大數據平臺計算資源，在傳統算法模型基礎上通過計算機進行模型訓練，達到對水環境的預測和預警，這將是一種新的水環境質量綜合預警方法。

參考文獻

[1]李晶，周浩，王鳳鷺.水環境質量監測預警體系研究進展[J].科技創新與應用，2017（1）：184.

[2]宋明生.基于數值模擬的流域水環境綜合信息管理理論與方法研究[D].武漢：武漢大學，2016.

[3]馬涵玉，黃川友，殷彤等.系統動力學模型在成都市水生態承載力評估方面的應用[J].南水北調與水利科技，2017，15（4）：101-110.

[4]杜歡歡，邱靜，李傳剛等.清遠市水資源承載力系統動力學模擬[J].廣東水利水電，2017（12）：9-13.

收稿日期：2019-01-16

作者簡介：王悅靜（1987-），女，漢族，碩士研究生，助理工程師，研究方向為水污染治理。