冷維亮 畢欽祥 朱琳琳 李嘯龍 閆 杰

（山東省濰坊水文水資源勘測局 濰坊 261000）

山東省水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)代化淺談

冷維亮 畢欽祥 朱琳琳 李嘯龍 閆 杰

（山東省濰坊水文水資源勘測局 濰坊 261000）

面臨山東省嚴(yán)峻的水環(huán)境形勢以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水環(huán)境監(jiān)測提出的更高要求，本文從硬件系統(tǒng)的建設(shè)和軟件系統(tǒng)的構(gòu)架兩個方面進(jìn)行討論，對水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)代化建設(shè)提出了較為詳細(xì)的建議。

水環(huán)境監(jiān)測 水環(huán)境信息管理系統(tǒng) 水資源質(zhì)量評價系統(tǒng)

1 前言

水環(huán)境監(jiān)測是水資源管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ)，是保護(hù)水環(huán)境的重要手段。在21世紀(jì)，面對洪水威脅、水資源緊缺、水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，山東省的水環(huán)境監(jiān)測工作面臨著嶄新的內(nèi)容。

山東省水資源分布不平衡，水環(huán)境型缺水問題嚴(yán)重，跨區(qū)域調(diào)水工程多，水資源的開發(fā)利用與保護(hù)都對水環(huán)境監(jiān)測提出了更高的要求，也使水環(huán)境監(jiān)測具有了更加特殊的意義：水權(quán)交易、各地市間的水事磋商等也都離不開水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

目前山東省水環(huán)境監(jiān)測面臨的問題主要有以下幾個方面：

（1）水環(huán)境監(jiān)測站的總數(shù)少于水功能區(qū)的數(shù)量，不能反映全部水功能區(qū)的水環(huán)境狀況。

（2）各級水環(huán)境監(jiān)測中心的采樣能力不足，監(jiān)測頻率低，水環(huán)境監(jiān)測實驗室的監(jiān)測儀器設(shè)備老化，大型分析儀器配備不平衡。

（3）機(jī)動監(jiān)測能力不足，移動水環(huán)境分析監(jiān)測實驗室配備數(shù)量太少，現(xiàn)場監(jiān)測能力低。

（4）自動、半自動水環(huán)境監(jiān)測站數(shù)量太少，缺乏自動測報能力，難以獲得重點水功能區(qū)主要水環(huán)境監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)。

（5）實驗室監(jiān)測效率不高，不能滿足常規(guī)監(jiān)測的需求。

（6）水環(huán)境監(jiān)測信息管理亟待完善，人為原因造成的失誤難以避免，應(yīng)用的困難也在一定程度上存在。

（7）多年監(jiān)測資料保存狀況不容樂觀，且未發(fā)揮出其在水環(huán)境評價及預(yù)測中應(yīng)有的作用。

如何解決存在的問題，更好地為水利事業(yè)和社會服務(wù)，是建設(shè)現(xiàn)代化水環(huán)境監(jiān)測體系所面臨的首要問題。本文將就以上問題展開討論，以期找出相應(yīng)的對策和方案。

2 對策探討

2.1 國外現(xiàn)代化水環(huán)境監(jiān)測體系的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

國外早期河流水系的水環(huán)境監(jiān)測方法是定時定點在河流的某些斷面取瞬時水樣，帶回實驗室分析，這種人工抽查式的監(jiān)測方法不能及時、準(zhǔn)確地獲得水環(huán)境不斷變化的動態(tài)數(shù)據(jù)。為了盡早發(fā)現(xiàn)水環(huán)境的異常變化，及時追蹤污染源，國外在完善實驗室監(jiān)測的同時，陸續(xù)發(fā)展了水環(huán)境移動監(jiān)測系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)。

水環(huán)境移動監(jiān)測系統(tǒng)以移動監(jiān)測車為基本監(jiān)測單元，以便攜水環(huán)境實驗室和現(xiàn)場水環(huán)境多參數(shù)分析儀為分析手段，以GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS/GSM無線數(shù)據(jù)通信裝置為信息載體，有效地解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)、水域水環(huán)境監(jiān)測的困難。

水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)WQMS（Water QualityMonitoring System）以監(jiān)測水環(huán)境污染綜合指標(biāo)及其某些特定項目為基礎(chǔ)，通過在一個水系或一個地區(qū)設(shè)置若干個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的監(jiān)測站，由一個中心站控制若干個子站，隨時對該區(qū)的水環(huán)境污染狀況進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測，形成一個連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)。水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國已有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，并被納入網(wǎng)絡(luò)化的“環(huán)境評價體系”和“自然災(zāi)害防御體系”。

2.2 山東省水環(huán)境監(jiān)測面臨的形勢及對策方案

隨著山東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快和水資源開發(fā)利用程度的提高，水環(huán)境問題凸現(xiàn)，甚至已成為發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展和地區(qū)現(xiàn)代化指標(biāo)考核的制約因素，社會各界、各級領(lǐng)導(dǎo)和部門對水環(huán)境問題越來越重視，對水環(huán)境信息的要求也越來越高。從未來水資源開發(fā)、利用、保護(hù)和管理的長期政策來看，將來的水環(huán)境監(jiān)測既要能實現(xiàn)重點地區(qū)、重點水域和供水水源地的水環(huán)境自動監(jiān)測，提高監(jiān)測信息數(shù)據(jù)傳輸和分析效率，又要能提高對突發(fā)、惡性水環(huán)境污染事故的預(yù)警預(yù)報及快速反應(yīng)能力。

筆者認(rèn)為，結(jié)合國外水環(huán)境監(jiān)測體系的發(fā)展情況以及山東省水環(huán)境監(jiān)測目前所面臨的問題和形勢，綜合應(yīng)用解決對策應(yīng)該是集成方案，牽涉到硬件系統(tǒng)的建設(shè)和軟件系統(tǒng)的構(gòu)架兩個方面。硬件系統(tǒng)的建設(shè)主要是指形成立體化的現(xiàn)代水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，即實驗室監(jiān)測、移動監(jiān)測和自動監(jiān)測三者的同步建設(shè)，加大對水環(huán)境監(jiān)測設(shè)施的投資力度，以提高水環(huán)境監(jiān)測成果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、時效性。先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)要與先進(jìn)的信息管理技術(shù)相結(jié)合，即軟件系統(tǒng)的構(gòu)架，主要包括實驗室自動化管理系統(tǒng)、水環(huán)境信息管理系統(tǒng)以及水資源質(zhì)量評價系統(tǒng)的建設(shè)。

3 硬件系統(tǒng)的建設(shè)

立體化的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由實驗室常規(guī)監(jiān)測、移動監(jiān)測和自動監(jiān)測三部分組成。

3.1 實驗室常規(guī)監(jiān)測

實驗室是四級監(jiān)測體系中進(jìn)行日常水環(huán)境分析工作的基本單位。在這方面，應(yīng)投資建設(shè)和改造各分中心實驗室，加快改善實驗室環(huán)境和分析條件，配置原子吸收分光光度計、離子色譜儀、原子熒光光度計、紅外測油儀、氣相色譜儀、COD測定儀等先進(jìn)設(shè)備，使各實驗室的儀器設(shè)備均能滿足計量認(rèn)證通過的80個參數(shù)的要求，提高分析質(zhì)量和工作效率。

3.2 應(yīng)急移動監(jiān)測

移動監(jiān)測系統(tǒng)的建立主要是為應(yīng)對和預(yù)防重大流域的突發(fā)性水污染事故和災(zāi)害。系統(tǒng)由現(xiàn)代化的移動監(jiān)測車、便攜水環(huán)境分析儀、自動采樣器、圖像采集和移動通信設(shè)備等構(gòu)成。利用攜帶方便的水環(huán)境分析儀器現(xiàn)場迅速監(jiān)測基本污染物質(zhì)，采錄污染現(xiàn)場，并通過GPRS／GSM移動通信設(shè)備及時將第一手資料回傳至上級部門和信息管理中心。同時自動采集樣品，進(jìn)行恒溫貯藏，以備在實驗室進(jìn)行進(jìn)一步分析之用。移動監(jiān)測建成后，將大大增強(qiáng)水環(huán)境水量同步巡測能力、快速反應(yīng)能力和對突發(fā)性污染事件跟蹤監(jiān)測的能力，在水環(huán)境監(jiān)測工作中發(fā)揮重要作用。

3.3 自動站監(jiān)測

自動水環(huán)境監(jiān)測站連續(xù)或間歇地實時監(jiān)控河流、江河口、湖泊、沿海、地下水監(jiān)測井、排污口水環(huán)境狀況，為水環(huán)境監(jiān)控提供完整的自動在線解決方案，整套系統(tǒng)由水環(huán)境采樣裝置、預(yù)處理裝置、自動監(jiān)測儀器、輔助裝置、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)組成。筆者認(rèn)為，自動監(jiān)測將在未來的水環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮巨大的作用，故在下文中作詳細(xì)的介紹和分析。

3.3 .1 自動監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)性

水環(huán)境自動化監(jiān)測裝置提供了群測群控的手段，即多斷面、多點的實時監(jiān)測，達(dá)到統(tǒng)一采集信息、統(tǒng)一處理數(shù)據(jù)、統(tǒng)一監(jiān)控的目的。水資源保護(hù)、水環(huán)境的監(jiān)督與治理需要一個水環(huán)境自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)作為技術(shù)支撐，因此，水環(huán)境自動監(jiān)測裝置的設(shè)計、建設(shè)理應(yīng)圍繞著上述系統(tǒng)工程、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)展開。

3.3 .2 自動監(jiān)測站點的類型選擇

由于監(jiān)測水體及建設(shè)職能不同，水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)在選配儀器、建造方式、建設(shè)規(guī)模上都有所不同，監(jiān)測的參數(shù)和重點也不同。目前有兩種不同的監(jiān)測方案：全自動監(jiān)測方案和半自動方案。全自動化監(jiān)測方案以在線儀器為主，功能比較全、設(shè)備多、造價高、無人職守，可遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)。半自動化監(jiān)測方案以采樣儀為主要平臺，配置流量計和常規(guī)五參數(shù)的全部或某一、二個常規(guī)參數(shù)儀器，做等比例采樣及常規(guī)參數(shù)超標(biāo)時的采樣，所有采集的水樣由專人定時取回實驗室進(jìn)行分析，其特點是造價低、測量值精確、更便捷，特別適合半徑一百公里的區(qū)域和不需要實時監(jiān)測的監(jiān)測點源。國家環(huán)保局《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中，同時認(rèn)定了這兩種方案。各地區(qū)和單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況選擇監(jiān)測方案、確定監(jiān)測方式。

3.3 .3 水環(huán)境自動監(jiān)測單元組成與基本功能

水環(huán)境自動監(jiān)測單元以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、PLC自動控制技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)等組成一個綜合性的在線水環(huán)境自動監(jiān)測單元，由取水部分、水樣預(yù)處理部分、水環(huán)境監(jiān)測部分、綜合控制單元部分以及通訊部分和輔助部分組成并達(dá)到基本的監(jiān)測功能。監(jiān)測儀器采用連續(xù)不中斷運行方式，可以連續(xù)采集，獲得24小時連續(xù)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對所收集的數(shù)據(jù)自動處理和儲存并傳輸?shù)较嚓P(guān)管理部門，監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化時自動報警，并自動取水保存以備查證。

3.3 .4 水環(huán)境在線自動分析儀器的選擇

儀器的選擇是水源地及污控區(qū)水環(huán)境自動監(jiān)測站成功與否的關(guān)鍵。選擇儀器,需要考慮的問題有：首先應(yīng)選擇沒有二次污染或污染少的在線儀器；其次是針對待測水體的特性及可能的濃度變化范圍量程選擇儀器的分析原理，采用運行工作可靠的產(chǎn)品，不能受標(biāo)準(zhǔn)方法的限制；第三是測量精度。一般來說，地表水，特別是供水水源地的水環(huán)境較好，相對污水在線儀器來說其測量量程小，要求的精度較高。但做實時監(jiān)督監(jiān)控，不能盲目一味要求精確測量，更要注重數(shù)據(jù)的連續(xù)性的、長期的、動態(tài)的掌握積累。

3.3 .5 儀器系統(tǒng)維護(hù)的誤區(qū)

作為自動監(jiān)測站通常要實現(xiàn)無人值守自動運行。但目前的情況有一些誤區(qū)：

一是認(rèn)為自動監(jiān)測站在相當(dāng)長的時間內(nèi)不用去管。實際對于在線自動分析儀器來說,通常每周一次的巡視是最低的要求，在這個基礎(chǔ)上，再強(qiáng)化其他的維護(hù)。

二是自動監(jiān)測儀器中通常會涉及許多種化學(xué)藥劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，通常它們都有使用時間限制，所以片面強(qiáng)調(diào)藥劑消耗量要少以及藥劑的更換周期要長是不適宜的。

總之，在現(xiàn)有的四級水環(huán)境監(jiān)測體系下，逐步建立起實驗室常規(guī)監(jiān)測、移動監(jiān)測和自動監(jiān)測相結(jié)合的立體化監(jiān)測模式，樹立為監(jiān)督管理服務(wù)的宗旨，必須加快信息化和自動化建設(shè)步伐，逐步建立“常規(guī)監(jiān)測與自動監(jiān)測相結(jié)合、定點監(jiān)測與機(jī)動巡測相結(jié)合、定時監(jiān)測與實時監(jiān)測相結(jié)合，加強(qiáng)和完善監(jiān)督性監(jiān)測”的水環(huán)境監(jiān)測新模式，形成一個技術(shù)先進(jìn)、功能完備、反應(yīng)迅速的現(xiàn)代化監(jiān)測體系，為監(jiān)督管理提供及時、準(zhǔn)確、動態(tài)的水環(huán)境信息服務(wù)。

4 軟件系統(tǒng)的構(gòu)架

軟件系統(tǒng)的構(gòu)架，主要包括實驗室自動化管理系統(tǒng)、水環(huán)境信息管理系統(tǒng)以及水資源質(zhì)量評價系統(tǒng)的建設(shè)。

4.1 實驗室自動化管理系統(tǒng)

目前山東省各分中心很多實驗室由于原設(shè)計容量偏小，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，加上分析測試設(shè)施的更新速度落后于水環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展需求，分析測試及數(shù)據(jù)處理仍依靠手工操作，易受外界人為因素干擾等。在實驗室的業(yè)務(wù)工作系統(tǒng)、樣品及試劑控制、監(jiān)測質(zhì)量體系均系人工分散管理，實驗室內(nèi)部各種資源不能完全共享，監(jiān)測時間和物資存在一定浪費，實驗室運行成本較高，質(zhì)控水平難以再得到提高。隨著水功能區(qū)和供水水源地水環(huán)境監(jiān)控管理力度的加強(qiáng)，水環(huán)境監(jiān)測任務(wù)日趨加重，不但出現(xiàn)了實驗室工作嚴(yán)重超負(fù)荷運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，還造成水環(huán)境監(jiān)測時效性差的局面。

應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢，吸收先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)，對實驗室的監(jiān)測條件和管理方式進(jìn)行改造建設(shè)。可先選擇幾處分中心試點，再將成功經(jīng)驗進(jìn)行全面推廣。實驗室自動化管理系統(tǒng)可在短時間內(nèi)有重點地增強(qiáng)山東省的水環(huán)境監(jiān)測能力，快速提升實驗室自動化發(fā)展速度與運行管理水平。

4.2 水環(huán)境信息管理系統(tǒng)

主要包括數(shù)據(jù)錄入、水環(huán)境信息分析、水環(huán)境信息的查詢、發(fā)布及整匯編等。目前水環(huán)境信息管理系統(tǒng)在山東省各分中心基本處于空白或者起步階段，水環(huán)境監(jiān)測信息的采集、傳輸及應(yīng)用的數(shù)字化是需要解決的首要問題。

4.3 水資源質(zhì)量評價系統(tǒng)

水利水環(huán)境監(jiān)測信息體系具有歷史長久、樣本代表性典型、系統(tǒng)完整、水量水環(huán)境配套、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、資料可比的特點，為國家、水行政主管部門依法行政、實施監(jiān)督管理并做好水資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。如何將現(xiàn)有條件下的水環(huán)境水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)得到的實時、巨量的監(jiān)測數(shù)據(jù)及時、有效地采集、存儲、分析、報告、預(yù)測、公布，使之真正成為國家、水行政主管部門決策的參考量值、執(zhí)法的依據(jù)、管理的標(biāo)準(zhǔn)，已成為水文部門的當(dāng)務(wù)之急?？梢钥紤]引進(jìn)適當(dāng)?shù)乃Y源質(zhì)量評價軟件。

5 結(jié)論及展望

綜上所述，山東省水文部門在水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)立足于常規(guī)監(jiān)測、移動監(jiān)測、自動監(jiān)測三種監(jiān)測能力同步建設(shè)，加大對水環(huán)境監(jiān)測設(shè)施和軟件的投資力度，以提高水環(huán)境監(jiān)測成果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、時效性，促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)代化的實現(xiàn)。

隨著水資源管理與保護(hù)工作的發(fā)展，水環(huán)境監(jiān)測的工作量也在逐年增加，而維持水環(huán)境監(jiān)測工作的經(jīng)費雖逐年增加，但滿足不了需要。建議多渠道解決監(jiān)測運行經(jīng)費，確保投資效益的發(fā)揮。另外，在實際的操作中，水環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)代化建設(shè)同樣離不開高素質(zhì)水文職工隊伍的培養(yǎng)和水文法規(guī)、規(guī)范、規(guī)章的完善等