三明市飲用水源保護區綜合信息監管體系探索與構建

余任重 羅建平

(三明市環境保護信息宣教中心， 福建 三明 365000)

近年來，國家不斷加大飲用水水源安全保障力度，實施了一系列提升飲用水水源水質的項目和工程，建立和完善飲用水水源安全監管措施和應急機制，取得了良好的成效。但是，飲用水水源污染時有發生，水源監管任務和能力的矛盾，水質安全風險隱患，水源保護區綜合監管能力弱等問題仍然存在，飲用水水源安全形勢依然嚴峻。

1 三明市飲用水源保護區監管存在的主要問題

三明市轄區現有鄉鎮級以上的集中式飲用水源地138個，各水源保護區基本處于偏遠的郊外，開墾種植、垂釣游泳、垃圾傾倒、農業面源污染等影響水質安全的事件時有發生，監管任務大，而監管人員不足和技術裝備落后，往往鞭長莫及，疲于應付，難以滿足監管要求。為此，在三明市東牙溪水庫水源保護區，通過利用現代通信技術、生物指示監測技術、視頻監控技術、無人機和遙感遙測技術、云計算及大數據等先進技術及其綜合應用，探索并構建了市級飲用水源保護區綜合監管技術體系模式。

2 水源保護區監管體系建設

2.1 天地一體視頻監控

水源保護區基本處于距離城市較遠的郊外或農村，大部分都位于崇山峻嶺間，保護區面積較大且交通不便，現場監管不便且大量時間花費在路上，對于垂釣、游泳、破壞周邊環境影響水質安全等違法行為很難監管到位，效率低，花費高，成效差。為此，需要構建天地一體視頻監控體系，實現對飲用水源保護區進行全方位、全天候、立體的監控和監管，做到隨時隨地、實時、便捷地查看每個區域實際情況，切實提高管理效率。

2.1.1 建立固定視頻監控點

在進入水源保護區的主要路口，重要水域水面以及敏感區域布設固定的高清視頻監控點，對保護區周邊狀況，可能對水源地水質造成影響的垂釣、游泳等行為進行全天候的監控，視頻信息將遠程傳送到相應的平臺和移動端上。

在東牙溪水庫水源保護區主要路口，壩區，取水口以及重要水域和敏感區設立了16個高清視頻監控點，實現全天候對飲用水源地重點區域的視頻監控，監管人員可隨時、實時、便捷地查看每個區域實際情況，對湖庫生態監管和保護意義重大。同時視頻監控數據可存儲最近30天內的視頻數據，隨時供決策人員調閱和分析。

2.1.2 無人機巡航

固定視頻監控點的點位和監控區域是有限的。當監管人員通過固定視頻監控點查看，需要了解保護區更大區域范圍的情況，或者有針對性地關注保護區某個區域現場情況，或者因交通不便，不方便到達的區域現場情況時，利用無人機進行巡航巡查。無人機巡航巡查的視頻實時傳回，彌補了固定視頻監控點和監控區域有限的欠缺，靈活便捷，實時高效。

2.1.3 衛星遙感遙測

固定的高清視頻監控點可以對特定區域進行監控，無人機的巡航可以更大范圍、更大區域地對保護區巡查。但是，由于保護區面積大且大都位于崇山峻嶺間，周邊環境非常復雜，如東牙溪水源地保護區面積180多km2，林地面積1.1萬多公頃，對保護區內的開墾種植，破壞周邊生態的違法行為還是難以發現和監管的。

為此，需要利用衛星定期對水源地保護區進行遙感遙測。在東牙溪飲用水源地保護區，每個季度進行一次衛星遙感遙測，并對遙感遙測圖片進行分析，通過對前后兩次遙感圖像數據解譯，自動圖像比對，查看疑似問題，及時發現可能存在的違法違規活動問題。

2019年三季度和四季度，利用衛星對東牙溪水源地保護區進行遙感遙測，通過系統的自動比對，發現保護區中存在前后不一致的區域，圖1中的(A)區域，為此，管理部門有的放矢對A區域進行監管，及時排除影響或破壞周邊生態環境的違法行為。

通過建立固定視頻監控點、無人機巡航、衛星遙感遙測，構建和實現了天地一體多維的對飲用水源保護區全方位、全天候、立體的監控和監管。

2.2 監測數據挖掘應用

東牙溪水源保護區建有一座水質在線自動監測站，對水體水質的理化指標進行自動在線監測，同時，監測部門每月還定期定點人工采集水樣進行理化指標的監測和分析，監測項目多，數據量大，但是，不管是自動站的數據還是手工監測數據，數據分布于各類業務系統中，共享應用差，利用率不高，對數據的潛在價值挖掘利用不足，為此，通過提取分布于各業務系統中存量監測數據，進行趨勢分析，從而發現數據的內在變化規律和趨勢，挖掘數據的潛在價值，發現可能存在的潛在問題，為水質的動態監管，水質安全的預警預測和綜合決策分析提供依據。

以2019年COD監測數據為例(圖2)，從數值上看，均達標。但通過將分散的數據進行進一步趨勢分析后，發現5月份的數值突然增高，經分析，可能是流域周邊還存在制筍作業廢水進入水體，為此，相關部門可加大對流域周邊制筍廢水的監管力度，以減少對水源造成的污染。

圖2 水質監測數據趨勢

2.3 生物指示系統

目前，對生活飲用水水質的監測，不論是自動在線監測，還是定期采樣的人工分析監測，基本都是對水質的理化指標進行監測分析，其不足之處就是不能快速、直接地反映水質的突發性污染事故[1]。

為了彌補理化監測的不足，在東牙溪水源保護區設置了2套水質毒性監測的生物指示系統。通過利用生物監測技術，直接、快速地反映水質毒性的變化，提高水質安全、應急處置和風險管控能力。

生物指示系統通過生物體斑馬魚和大型溞感知水體的毒性反應，利用傳感器和高清視頻采集攝像機，將信號傳到控制主機單元進行分析計算，將計算的預警數據、圖像和信息信號傳輸到遠程的信息平臺和移動終端，達到及時獲取水質預警信息，對水體進行更加全面監測和完整的綜合評價，確保了水質的安全[1]。圖3為生物體斑馬魚和大型溞行為軌跡信息，圖4為生物體斑馬魚和大型溞特征趨勢，表1為模擬實測報警信息記錄。

圖3 生物體斑馬魚和大型溞行為軌跡

圖4 生物體斑馬魚和大型溞特征趨勢

表1 模擬實測報警信息記錄

2.4 移動APP

天地一體視頻監控信號，生物指示系統等數據和信息傳輸匯集到監控指揮中心監管平臺上，實現了數據匯聚、數據存儲、調閱查詢、分析決策、應急處置等應用，同時，還開發了移動APP應用端，通過移動端手機或平板電腦，可以隨時隨地查看視頻監控和水質監測等數據和信息，接收生物毒性監測的報警等信息，監管人員和監管部門可快速、準確、動態了解和掌握水源保護區現場的狀況，水質數據、預警信號等信息，便捷高效。

3 結論

建立固定視頻監控點，無人機巡航和衛星遙感遙測的天地一體視頻監控，可及時便捷地了解和掌握水源保護區現場的局部或整體情況；生物毒性指示系統作為水質理化監測的補充，使水質監測及評價更加全面，提高了安全風險管控能力；對存量監測數據的趨勢分析，進一步挖掘和應用數據的潛在價值，為水質的預測預警和綜合決策提供依據參考。通過監控指揮中心監管平臺建立和移動APP信息化技術應用，從而探索構建出一個較為完善的，可借鑒、可復制的水源地保護區綜合監管體系模式。