昆明市高新區水質指紋溯源技術應用研究

摘" 要：水污染預警溯源是水環境安全保障和質量改善的重要抓手。傳統的水環境監管大多依靠常規水質參數和特征污染物的在線或者人工監測，但其只能反映一些污染物總量和特定的污染物濃度，無法精準給出污染源的信息，導致在河流斷面、工業園區和飲用水源地等場景下存在監管的薄弱環節。昆明市高新技術開發區作為典型的工業園區，精細化水質監管措施存在一定短板。該文基于三維熒光光譜水質指紋污染預警溯源技術，以昆明市高新技術開發區（東區）工業園區開展的水質污染源預警溯源項目為例，探討工業園區水質污染源精細化監管手段的實現。

關鍵詞：水污染物；精準溯源；水指紋；工業園區；水質監管

中圖分類號：X131.2" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）03-0173-04

Abstract： The traceability of water pollution early warning is an important starting point for ensuring water environment safety and quality improvement. Traditional water environment supervision mostly relies on online or manual monitoring of conventional water quality parameters and characteristic pollutants， but it can only reflect the total amount of some pollutants and specific pollutant concentrations， and cannot accurately provide information on pollution sources， resulting in weak links in supervision in scenarios such as river sections， industrial parks and drinking water sources. As a typical industrial park， Kunming City High-tech Development Zone has certain shortcomings in refined water quality supervision measures. Based on the three-dimensional fluorescence spectrum water quality fingerprint pollution early warning traceability technology， this paper takes the water pollution source early warning traceability project carried out in the Industrial Park of Kunming City Hi-Tech Development Zone （East District） as an example to discuss the realization of refined supervision methods for water pollution sources in the industrial park.

Keywords： water pollutant; accurate traceability; water fingerprint; industrial park; water quality supervision

隨著水污染防治工作進入“三水統籌”階段，科技創新在水污染防治與水生態環境保護中的關鍵作用越發突出，《重點流域水生態環境保護規劃》提出：要加強監督管理，加強水生態環境監測評估，健全以自動監測為主，手工監測為輔的地表水環境質量監測評價體系，開展水污染物溯源、新污染物監測等研究。2021年生態環境部組織編制了《入河排污口監督管理技術指南 溯源總則（征求意見稿）》，將“水質指紋方法”列入主要溯源技術方法。2022年11月，為進一步支撐精準、科學、依法治污，規范基于三維熒光光譜的水質指紋污染預警溯源技術，指導地方精準識別水污染來源，推動解決水污染源識別難題。中國環境監測總站制定并印發了《基于水質熒光指紋的污染溯源監測技術指南（試行）》（總站水字〔2022〕467號）。

水質熒光指紋的技術原理：水中含有大量的熒光物質，如藥物殘留、代謝產物、油脂、蛋白質和表面活性劑等，這些污染物在一定波長入射光的照射下，會發射出具有一定波長的光，這種光我們稱作熒光。受到不同程度污染的水樣因其污染成分組成和含量的不同，具有其特有的熒光光譜，具有與水樣一一對應的特點，就像人的指紋具有唯一性一樣，所以被稱為“水質指紋”，通過水質指紋比對可以迅速找到污染源，為精準治污指明方向。

目前昆明市共有13個產業園區，分布在全市各轄區，典型的工業園區如高新區、經開區、安寧產業園區（安寧片區、海口片區、晉寧片區）等，各園區形成了各具特色的產業基礎和主導產業，以高新區為例，作為昆明產業園區的“兩核”之一，創新要素密集、新興產業聚集，主要以生物醫藥為主導，且“十四五”期間要培育為昆明市生物醫藥產業集群的典型，帶動其他區域的發展。全國污染源監測數據管理與共享平臺顯示：目前高新區共有排污許可證發證企業47家，其中重點管理企業25家、簡化管理企業22家，47家企業中涉及化學試劑生產及制藥相關企業16家。

高新區境內主要河流為南沖河與梁王河，主要湖庫壩塘有橫沖水庫、白云水庫、韶山水庫、馬金鋪水庫和化城塘。梁王河為南沖河的上游河道，南沖河為入滇河道，全區范圍均在滇池流域內，因此水環境監管壓力主要來自于涉水工業源。目前高新區境內河道無國控自動監測站點，省控監測站點為梁王河-高新大道，轄區內水環境自動化監測網絡尚不完善。同時，雨季面臨突發性水污染事故的風險，存在應急監測能力不足等問題。若出現水污染事件，僅通過常規監測手段很難準確追溯到污染源，人為采樣排查耗時費力且效果不理想。現有的監測能力無法有效支撐園區內水環境監管的實際需求。

1" 項目基本情況

云南省生態環境廳駐昆明市生態環境監測站牽頭，對昆明市高新區（東區）工業園區存在的水環境問題開展污染源預警溯源技術研究探索，項目主要是在昆明市高新區東區建設預警溯源在線站1個，站房內包含水質預警溯源儀、配套預處理設備、集成設施和輔助設施等。自動監測站點位于昆明市高新區水質凈化廠進水口，2023年8月開始施工，2023年10月完成水質自動預警溯源儀主機和配套的預處理設備，以及相關附屬設備的安裝。設施設備情況見表1。

本項目自2023年7月采集10家涉水排放企業（主要為工業企業）的水樣，建立“污染源水質指紋數據庫”。水質指紋數據庫的建立包括污染源調研、污染源采樣、水質指紋分析測試和水質指紋數據庫建庫等環節。具體數據庫建立過程如下：對采集水樣進行預處理后，利用預警溯源儀自動進樣和測試。利用專業水污染預警溯源軟件，分析和提取水樣的水質指紋，建立重點企業水質指紋數據庫。水指紋數據庫建庫流程詳見表2，水指紋圖譜參如圖1所示。

項目技術特點如下：水污染預警溯源自動監測站采用水質自動預警溯源系統，并基于水質指紋識別建立了精準的水質指紋數據庫，當水質異常時，能夠實現早期預警和快速溯源。預警溯源系統以光譜監測和識別技術為核心，融合大數據、云計算、物聯網等智能技術，與現有的環境監管平臺相結合，現場監測、實時預警、精準溯源和留證留樣等諸多功能集成于一體。

2" 項目運行情況

項目運行主要依靠水質自動預警溯源儀以及水質預警溯源平臺。水質自動預警溯源儀能夠完成自動取樣、預處理、檢測和數據解析、結果輸出，實現污染早期預警、快速溯源和自動留證留樣的功能。支持RS-232通信端子，可實現24 h儀器自動進樣、測量和清洗功能，監測水質樣品，顯示水質變化，報告當前水質狀態，實時監測，自動預警。儀器靈敏度高于常規檢測設備，故可以實現污染早期預警， 并能夠解決稀釋排污、降雨偷排、細水長流式排污等情況下常規指標預警不及時的困局。監測到水質異常時進行污染排放源的快速識別，可在15 min內完成一次污染溯源。儀器對監測到的水污染信息與已有數據庫信息進行比較，準確得出溯源結果，同時能自動留存異常水樣，自動保存水文圖譜和數據，作為留存證據，為監管部門提供客觀真實的追查證據。設備信息見表3，工作流程如圖2所示。

水質預警溯源平臺（圖3）主要功能如下。

日常水質監測管理。監察管理用戶可直觀了解在線監測站整體運行狀況（包括地址、負責人、運維負責人、聯系方式和設備基本信息）、設備運行狀態設置（包括正常使用、停止使用及維修中）。可進行水質監測數據的查詢與審核，并根據需要導出相關報表。

水污染預警。根據系統所監管的水質環境，結合重點污染源的特征水質數據，以及各類廢水排放標準及污水處理廠進水要求等，設置報警閥值，進行主動預警。若站點有常規數據監測且平臺介入該監測數據，用戶可在閾值設定界面對化學需氧量、氨氮、總磷和總氮等指標的報警閾值進行設定，進行被動預警。

水污染溯源。系統通過獨有的水質指紋比對技術，對違規排放疑似源頭進行溯源分析，幫助用戶明確可能存在違規排放的污染源，并且幫助用戶找到污染源頭，進而縮小排查范圍。可實現疑似污染源頭信息查詢：用戶可在系統上從重點污染源檔案庫系統中調取查詢疑似污染源頭的信息，若污染源是企業，信息則包括法人、設備、清潔生產開展情況和排污許可等信息。歷史分析結果統計展示：用戶可在系統上查看某個站點報警及溯源分析后的執法結果，了解包括企業、排口等污染源存在的違規排污行為，明確監管重點。

水污染留證。系統可以編輯污染事件，將一定時間區段內的異常水質的留證信息和報警信息匯總為一次污染事件。每次污染事件需要具備唯一標示、開始時間、結束時間和污染源分析結果。對事件提供增刪查改的管理功能。

污染源信息管理。平臺搭建初期，建立“污染源電子檔案”，用于維護污染源等相關核心資料信息，并且便于用戶在后續使用時進行調取使用。

公共模塊。各個業務模塊公共使用的軟件功能提取成為公共模塊，主要包括數據訪問模塊和數據傳輸模塊。數據訪問模塊實現對于數據庫數據的增刪改查，便于各個業務模塊使用。數據傳輸模塊完成監測站點與監管平臺之間的數據傳輸。

運行期間需對系統進行運行維護，主要包括日常監測溯源排查服務、預警溯源在線站的維護、水質預警溯源監管平臺維護，以及數據庫的更新等工作。運行期間，運維工作按計劃開展較好。

高新區水質自動監測預警站從2023年10月31日開始進入試運行模式至2023年11月9日，一共試運行10 d。其間，因質控數據不合格造成的無效數據個數為0個，因圖譜異常等原因造成的無效數據個數為0個，無效數據個數合計為0個，設備有效運行率為100%。2023年11月進行了盲樣測試，通過測試2個盲樣，樣品準確率為100%。2023年11月17日，項目通過專家驗收，專家組一致認為項目具有較好的示范作用，能實現水質預警溯源預期目標。

2023年11月至2024年6月運行期間，儀器運行正常，有效預警42次，預警時均能準確指出圖譜比對結果，為后續現場排查提供精準方向。自動監測站運行期間，未發生污染物超標事件。

3" 結束語

通過水指紋溯源技術在典型工業園區的運用，可以清晰感受到環境監測新技術的先進與示范作用，有力推動“監測先行、監測靈敏、監測科學”。水指紋技術，其優勢在于溯源快速精準，可較好支撐監管執法，可構建“預警-溯源-應急/執法”聯動機制，提升水環境保護工作的水平和效率。作為一項新技術，其推廣與應用還需要大量實踐案例支撐，應用場景可以拓展到河道、湖庫、入河排口等，同時管理部門也應當轉變思維，破除傳統環境監測唯實驗室數據論的局限，加快科技創新支撐，加強對新技術的應用支持。

參考文獻：

[1] 王英俊，沈鑒，王文霞，等.水質熒光指紋污染溯源技術在跨界斷面污染監管中的應用[J].環境監控與預警，2023，15（2）：1-7.

[2] 楊青，田勇，王兆軍，等.水質指紋技術在北方某市入河排污口污染溯源中的應用[C]//中國環境科學學會（Chinese Society for Environmental Sciences）.中國環境科學學會2022年科學技術年會論文集（二）.山東省濟南生態環境監測中心，2022：4.

[3] 嵇曉燕，王姍姍，楊凱，等.2016-2020年中國地表水中總氮濃度時空變化特征分析[J].生態環境學報，2022，31（6）：1184-1192.

[4] 王欣，高貝貝，李慧，等.某城市河道水污染溯源案例的研究[J].環境科學與管理，2021，46（8）：61-65.

[5] 劉傳旸，柴一荻，徐憲根，等.南方某河水質熒光指紋特征及污染溯源[J].光譜學與光譜分析，2021，41（7）：2142-2147.

[6] 梁鴻，王文霞，蔣冰艷，等.水污染預警溯源技術應用案例研究[J].環境影響評價，2021，43（2）：56-60.

[7] 馮亮，王文霞，梁鴻，等.水質指紋預警溯源技術在工業污染源監管執法中的應用[C]//中國環境科學學會.2020中國環境科學學會科學技術年會論文集（第三卷）.清華大學環境學院環境污染溯源與精細監管技術研究中心；深圳市環境監測中心站；清華大學環境學院，2020：3.

[8] 王文霞，呂清，顧俊強，等.水質指紋技術在水環境污染溯源中的應用[C]//中國環境科學學會.2020中國環境科學學會科學技術年會論文集（第三卷）.清華大學環境學院環境污染溯源與精細監管技術研究中心；江蘇省蘇州環境監測中心；清華大學環境學院，2020：4.

[9] 白小梅，李悅昭，姚志鵬，等.三維熒光指紋譜在水體污染溯源中的應用進展[J].環境科學與技術，2020，43（1）：172-180， 193.