我國水資源保護的歷史及技術應用現狀

湯榮生

摘 要：該文對近20年來的水資源保護及水污染防護相關的文獻做了梳理，提出了中國水資源保護的幾個歷史階段，分析了我國水污染問題防護從混亂到走向好轉但禁而不止的原因，提出利用現代科技手段監測水環境，對生物監測技術、遙感技術、電化學法、分光光度法等常用水環境監測技術手段做了介紹，分析了這些手段的優缺點并對我國水環境監測站建設中存在的問題做了探討。

關鍵詞：水資源保護? 水污染? 水環境監測? 監測站

中圖分類號：TV213.4 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

History and Technological Application of Water Resources Protection in China

TANG Rongsheng

（School of Information Technology， Taizhou Polytechnic College， Taizhou， Jiangsu Province， 225300 China）

Abstract： This paper reviews and sorts out the literature on water resources protection and water pollution protection in the past 20 years. It puts forward several historical stages of China's water resources protection， analyzes the reasons for the improvement of China's water pollution protection from chaos， puts forward the use of modern scientific and technological means to monitor the water environment， and introduces the common water environment monitoring technical means such as biological monitoring technology， remote sensing technology， electrochemical method and spectrophotometry， The advantages and disadvantages of these methods are analyzed， and the problems existing in the construction of water environment monitoring stations in China are discussed.

Key Words： Water resources protection; Water pollution; Water environment monitor; Monitoring station

1我國水環境保護的歷史和現狀

歷史上，我國對水環境的管理工作主要是防止水患和漕運，集中體現在每年的黃河、長江的防汛工作及著名的“京杭大運河”。這一階段落后的生產力不足以產生大規模的污染事件。真正意義上的水環境保護肇始于1972年的北京官廳水庫的水污染事件。受此事件的影響，我國相繼出臺了環境保護的法律法規，建立了各種層級的環境保護機構。

水環境的管理和保護工作大致經歷了以下幾個階段。

第一階段大致從1973年到1995年。國家相繼出臺了《中華人民共和國環境保護法》《中華人民共和國水污染防治法》等法律法規。這一階段重點防治工業污染，以點源治理為主，但由于重視不夠，水環境污染日益嚴重，直至形成了“有河皆污，有水皆臟”的局面。

第二階段大致從1995年到2005年。國家相繼出臺了《中華人民共和國海洋環境保護法》《中華人民共和國清潔生產促進法》《中華人民共和國環境影響評價法》等法律法規。試圖將環境保護前置到項目規劃階段，強化了流域水環境管理的制度建設。然而，2004年以來接踵而至的淮河、沱江、松花江等諸多流域重大污染事故，給我國流域水環境管理敲響了警鐘，不解決跨界污染問題，根本無法控制水污染的發生，更不用說水質的改善。

第三階段大致從2006年到2014年。2006年國家環境保護總局正式成立五個區域環境保護督查中心，試圖加強對跨界環境問題的處理力度，解決流域水環境跨界問題。這一階段相繼出臺了《關于加強全國環保系統政務公開工作的意見》《環境行政復議辦法》《規范環境行政處罰自由裁量權若干意見》等法律法規，加強了對環境保護行政主管部門的約束與規范。經過治理，全國地表水水質有所改善，全國I～Ⅲ類比例和劣V類比例呈穩中向好的趨勢。

2015年以后為第四階段，中央提出要建立系統完整的生態文明制度體系，明確了地方政府在防污、治污方面的責任，地方政府過度強調經濟增長而弱化環境保護的沖動受到了應有的遏制。經過多年的治理，目前我國地表水I～Ⅲ類斷面比例從27.4%上升到67.9%，劣V類斷面比例從36.5%下降到8.3%。通過網絡搜索引擎，我們可以發現，大范圍的水質污染都發生在2018年之前，2018年之后只有小范圍點狀污染偶有發生。

2水污染原因解析

對于我國水污染問題屢禁不止的原因，很多學者給予了形形色色的解釋。一般認為地方政府為了實現短期的經濟增長，犧牲環境，以換取經濟增長和職位晉升的機會[1];另外一方面，水資源配置博弈牽涉到政府、企業、公眾三方的利益，由于制度的缺失，長期以來，公眾在博弈格局中的弱勢地位，強化了污染的發生[2];公眾獲取環境信息面臨諸多法律障礙，實際無法有效參與環境保護活動，也加劇了污染發生[3]。利用現代科學技術，實時監測水環境中各類污染源，打破水環境信息孤島，可以實現公民有效監督，將權利關進籠子，同時震懾不法廠商，對于進一步改善水環境具有深遠的意義。

3 水環境監測技術應用現狀

為了實現十九大“魚翔淺底”的美好愿景，迫切需要建立以流域水生態環境功能分區為基礎的空間管控體系，督促地方政府建立資源環境承載監測預警的調控機制，依法落實企業治污主體責任，積極引入現代科技成果，實現對水環境的有效監測，將污染事故消滅在萌芽狀態。國內外在環境監測方面進行了若干有益的探索，目前主要有以下方法：（1）利用某些生物對水質比較敏感的特點監測水環境;（2）采用水污染遙感監測技術等;（3）電化學法重金屬離子監測方法;（4）分光光度法水質監測方法。

3.1 生物監測技術在水環境監測中的應用

生物監測技術利用某一特定生物或某一特定生物種群對于水質變化較為敏感的特點對水環境進行監測的技術。實踐中有以下這些做法：利用藻類等水生物種群監測水質;利用細菌等異養生物在廢水出口下游大量增加的特點，監控水質;利用浮游生物對毒性比較敏感這一特點來監測水質。與常規的手段相比，生物監測技術比較容易根據生物的形狀分析水質的污染情況和毒性，并提前給出預警信息。生物監測技術分為指示生物監測技術、群落生物監測技術、細胞凝膠電泳技術、底棲和兩棲監測技術、生物傳感器監測技術等。這一技術目前立足于現場采樣和實驗室分析，無法實時監測水質變化，更無法應對突發性污染事件，無法可靠測量污染物的種類和實際濃度，靈敏度和專一性不及理化監測[4]。

3.2 遙感技術在水環境監測上的應用

水體跟植物、土壤相比，具有對可見光吸收少、反射率低、透射率高，在近紅外波段則幾乎吸收全部入射光，透射率高的特點。遙感技術利用這一特點，可以有效監測葉綠素、懸浮物濃度以及黃色物質等水質參數，尤其適合大面積區域的水質監測[5]。遙感技術從載體上可以分為衛星遙感和航空遙感;按照電磁譜段可分為可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、高光譜遙感、超高光譜遙感、紫外遙感和微波遙感。遙感技術具有探測范圍大;受地形限制少;資料獲取速度快、周期短等特點。

衛星遙感技術的監測時效性取決衛星遙感數據源的時間分辨率。目前能夠獲得的時間分辨率有小時級、日/周級和旬/月級。隨著無人機遙感技術的興起，遙感的時間分辨率在需要時可以大幅度提高。

目前我國已經實現了每周對太湖、巢湖、滇池藍藻水華和富營養化的遙感動態監測，開展了全國36個重點城市黑臭水體、80多個良好湖庫、300多個飲用水源地、近岸海域赤潮和溢油等遙感監測[6]。

遙感技術目前對水環境的監測還局限在水華、富營養化、黑臭水體等的監測，受氣候影響比較大，還缺乏對重金屬污染的監測的有效手段。

3.3 電化學法在水環境監測中的應用

電化學法在水質重金屬污染測定方面具有重要的地位。在實踐中可以分為陽極溶出伏安法和陰極溶出伏安法。其中陽極溶出伏安法使用更加廣泛。

陽極溶出伏安法首先在浸入樣品的電極上施加負電壓，此時，樣品中的金屬離子會富集到陽極表面，然后使外加電壓向正電壓方向掃描變化，富集在陽極上的金屬離子會析出，在陽極和陰極間形成電流，電流出現的峰值所對應的電壓值和金屬離子的種類有關，電流峰值則和樣品中金屬離子的濃度有關。

電化學法監測系統由取樣系統、電壓掃描系統、電壓電流采集系統及顯示系統組成。

電化學法由于廢液問題，可能存在二次污染，目前不適合作為在線監測系統使用。

3.4 分光光度法技術在水環境監測中的應用

分光光度法利用被測物質在特定波長處會出現光吸收峰這一現象，實現對物質的定性或定量分析。分光光度法具有靈敏度高，最低下限可達4%～10%;準確度高，相對誤差不高于5%;操作簡單;應用廣泛，幾乎所有的無機離子和有機化合物都可以直接或間接用分光光度法測定[7]。

分光光度法測量系統由光源、吸收池、分光系統、CCD檢測系統和顯示系統組成。光源一般采用6～12 V低壓鎢絲燈，光源發出連續頻譜光波照射到吸收池中的樣品上后，部分波長的光被樣品吸收，出射光線進入分光系統，散射為單色光，再由CCD采集后送CPU處理，計算出樣品中的成分及含量，由顯示系統顯示或經網絡上傳到數據中心。

分光光度法為了去除某些干擾，需要使用劇毒氰化物做遮蔽劑，因此目前也不適合在線監測。

4水環境監測成效及存在的問題

利用上文說提及的各項技術，我國已經在全國范圍內建立起各類水質監測站，對水位、水溫、濁度、氨氮含量、生物毒性、重金屬含量以及COD等項目進行監測，并通過互聯網將相關數據上傳到數據中心，使管理部門能夠及時了解水質的變化，并針對性地采取措施，防止重大污染事件的發生。

我國最早的水質監測站建成于1973年，1998年在天津建成第一個水質連續監測自動監測站，2009年國家地表水水質自動監測實時數據發布系統向公眾實時發布數據。目前已形成了包括地表水環境質量自動監測網、地表水環境質量監測網、飲用水源地環境質量監測網、水污染防治專項規劃水體環境質量監測網、地下水環境質量監測網和錳三角地區水環境質量監測網等6個子網在內的國家水環境質量監測網[8]。除了固定的監測站點，各地相繼建成了各類移動監測裝置，如監測車、監測船等用于應急監測。

監測項目從最初的幾種上升到現在的幾十種。水質自動監測站一般具有自動監測、數據發布和查詢、水質預警功能。一般用于排污口污水、地表水和水庫水質的實時監測。

目前我國水環境監測上存在諸多問題。一是水質監測站點缺乏統一規劃，部分站點交叉重疊，站點的代表性、覆蓋率存在一定問題;二是站網密度和監測頻次還有待提高。圖1是江蘇省環境數據公眾服務平臺的截圖，從圖1可以看到，部分區域站點密度很高，而大量地區幾乎是空白;三是信息共享程度低，部門之間缺乏信息有效交流的機制，公眾也難以及時獲知水環境現狀;四是重水質監測，缺少水環境生態監測的有效手段[9];五是大量的測量、測試儀器依賴進口，數據的安全性方面存在隱患。六是由于金屬離子測量的特殊性，目前還不能做到實時在線監測重金屬離子。

要解決上述問題，有必要全面規劃、建設水質監測站;應用云計算、大數據及物聯網技術對現有的儀器設備進行改造，進一步打破水環境監測的信息孤島，實現相關部門信息的互聯互通，同時提高水質數據向公眾發布的頻率，強化公眾監督。相信不久的將來，我國的水質污染事件將會進一步減少，“綠水青山”的優美自然風光必將重現。

參 考 文 獻

[1] 鄭周勝.中國式財政分權下環境污染問題研究[D].蘭州：蘭州大學，2012.

[2] 韓超.城市水環境治理中的公眾參與研究[D].南京：南京大學，2019.

[3] 陸雷成.腐敗視角下環境管制的污染治理效應研究[D].杭州：浙江財經大學，2019.

[4] 祝淑芳.生物監測技術在水環境監測中的應用研究進展[J].中國資源綜合利用，2021，39（7）：117-119.

[5] 曲偉，龐治國，雷添杰，等.中小河流治理及監測監管中的遙感技術應用綜述[J].水利水電技術（中英文），2021，52（7）：23-32.

[6] 高吉喜，趙少華，侯鵬.中國生態環境遙感四十年[J]. 地球信息科學學報，2020，22（4）：705-719.

[7]呂寶闊.連續流動分析法在地表水化學需氧量檢測中的應用優勢分析[J].水利技術監督，2021（12）：15-16，24.

[8]嵇曉燕，劉廷良，孫宗光，等.國家水環境質量監測網絡發展歷程與展望[J].環境監測管理與技術， 2014，26（6）：1-4，8.

[9] 徐劍秋，卞俊杰.加強水環境監測 為長江大保護提供技術支撐[J].水利水電快報，2016，37（11）：1-2.