摘要：水環(huán)境監(jiān)測是水環(huán)境管理的重要組成部分，水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是實現(xiàn)水環(huán)境管理精準(zhǔn)決策的重要方式。本文初步分析水環(huán)境監(jiān)測工作的發(fā)展歷程，系統(tǒng)闡述傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，深入研究自動監(jiān)測、生物監(jiān)測、遙感監(jiān)測和三維熒光四種新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)特點和應(yīng)用范圍，旨在為新型監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用推廣提供理論參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境監(jiān)測;自動監(jiān)測;生物監(jiān)測;遙感監(jiān)測;三維熒光

中圖分類號：X830.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.087

Research on application of new water environment monitoring technology in China

Sun Kang

（Jiangsu Suli Environmental Technology Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210036，China）

Abstract：Water environment monitoring is an important part of water environment management，and water environment monitoring technology is an important way to achieve accurate decision-making in water environment management.Preliminarily discuss the development process of water environment monitoring，systematically explain the application status of traditional water environment monitoring technology，and in-depth study the characteristics and application scope of four new types of water environment monitoring technology：automatic monitoring，biological monitoring， remote sensing monitoring and three-dimensional fluorescence.The application and promotion of monitoring technology provides theoretical reference.

Key words：Water environment monitoring;Automatic monitoring;Biological monitoring;Remote sensing monitoring;Three-dimensional fluorescence

水環(huán)境監(jiān)測是水環(huán)境管理的基礎(chǔ)性工作，通過監(jiān)測能夠全面客觀反映水環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢，科學(xué)評估水污染防治成效，精準(zhǔn)預(yù)測水環(huán)境潛在風(fēng)險。面對日益嚴(yán)峻的水環(huán)境風(fēng)險挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)已無法滿足水環(huán)境管理業(yè)務(wù)需要，亟須研究開發(fā)新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。我國新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)尚處于發(fā)展階段，新型監(jiān)測技術(shù)發(fā)展不一、功能各異。本文旨在于系統(tǒng)研究我國現(xiàn)有新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，明確新型監(jiān)測技術(shù)的使用范圍和技術(shù)特點，為水環(huán)境監(jiān)測工作提供方法指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 我國水環(huán)境監(jiān)測工作的發(fā)展歷程

我國水環(huán)境監(jiān)測工作起步于1973年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，到“十二五”末，已基本形成手工采樣、實驗分析為主，自動監(jiān)測為輔的流域水質(zhì)監(jiān)測體系和涵蓋主要水污染管控指標(biāo)、覆蓋重要涉水固定源的污染源監(jiān)督監(jiān)測體系，能夠基本說清流域水環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢，區(qū)域主要涉水污染源排放情況和主要污染物總量變化趨勢，有力支撐了水環(huán)境管理和水污染防治工作?！笆濉币詠?，隨著水污染防治攻堅的不斷深入，對監(jiān)測支撐要求越來越高。傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)功能局限，無法快速定位污染來源，無法精準(zhǔn)評估環(huán)境風(fēng)險，難以滿足新形勢下水環(huán)境管理的迫切需求。研究開發(fā)穩(wěn)定迅速、功能齊全、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的新型監(jiān)測技術(shù)，是未來我國水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的工作重點。

2 傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測以手工監(jiān)測方式為主，主要監(jiān)測指標(biāo)為COD、氨氮、總磷等。采用手工監(jiān)測方式，采樣人員需要預(yù)先前往目標(biāo)點位進行采樣，水樣采集完畢后送往實驗室進行水質(zhì)分析。手工監(jiān)測是當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用最廣泛、方法最簡便的監(jiān)測方式，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、監(jiān)測指標(biāo)齊全、適用范圍廣泛等特點。當(dāng)前水環(huán)境形勢日益嚴(yán)峻，新型污染物問題日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)已無法滿足更加精細(xì)的水環(huán)境管理需求。當(dāng)發(fā)生突發(fā)性水污染事故時，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)就表現(xiàn)出一定的局限性，往往不能第一時間反映事故發(fā)生當(dāng)時水質(zhì)的變化情況，具有相對滯后性，無法滿足水污染事故及時分析和應(yīng)急處理需求。在面對復(fù)雜嚴(yán)苛的取樣條件時，采樣人員無法及時前往取樣現(xiàn)場。當(dāng)采樣點位和分析指標(biāo)較多時，需要投入大量的人力物力，給監(jiān)測部門組織管理造成巨大壓力，不利于水環(huán)境監(jiān)測工作的長期穩(wěn)定發(fā)展。隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，新型污染物不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)在面對新型污染物時表現(xiàn)乏力，無法客觀反映當(dāng)前水環(huán)境質(zhì)量狀況。針對上述傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)存在的不足，亟須研究開發(fā)新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，為水環(huán)境管理提供強力支撐。

3 新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 自動監(jiān)測技術(shù)

我國水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代初，隨著近40年的發(fā)展，水環(huán)境自動監(jiān)測已成為我國水環(huán)境管理的重要工具，在水環(huán)境管理中取得顯著成效[1]。水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)水域水質(zhì)情況進行連續(xù)監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實時傳輸，方便管理部門的決策領(lǐng)導(dǎo)，彌補傳統(tǒng)監(jiān)測響應(yīng)不及時的缺陷。水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)在水質(zhì)預(yù)測預(yù)警方面優(yōu)勢明顯，通過構(gòu)建水環(huán)境預(yù)測預(yù)警信息系統(tǒng)平臺，能夠及時準(zhǔn)確地為相關(guān)職能部門提供應(yīng)急處置措施依據(jù)，大大提升了水環(huán)境風(fēng)險的應(yīng)對能力。當(dāng)前水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中，也存在不同問題。自動監(jiān)測系統(tǒng)的投資、運維成本較高，相關(guān)耗材價格昂貴;對相關(guān)技術(shù)人員要求高，技術(shù)人員需經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，具備運行、維護、管理自動站的能力;自動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運行;自動監(jiān)測系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性受多種因素影響，需要定期對系統(tǒng)進行維護校正。

3.2 生物監(jiān)測技術(shù)

生物監(jiān)測技術(shù)是利用生物體對污染物或環(huán)境變化所產(chǎn)生的敏感性來判斷水體環(huán)境的污染程度，與理化監(jiān)測共同構(gòu)成水環(huán)境監(jiān)測的基本內(nèi)容[2]。隨著水環(huán)境保護工作的深入推進，常規(guī)的理化監(jiān)測技術(shù)已無法全面、客觀地說明水環(huán)境質(zhì)量狀況，由水環(huán)境質(zhì)量變化引起的生物學(xué)變化過程則能直接反映出水環(huán)境質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的影響。生物監(jiān)測技術(shù)主要有以下幾方面特點：可在一定區(qū)域內(nèi)反映水體長期受污染狀況;某些生物對特定污染物或微量污染物具有高度敏感性，克服了部分儀器檢測受限的問題;在生態(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈可將微量污染物質(zhì)進行富集，當(dāng)達到食物鏈末端時，污染物濃度可提高至數(shù)萬倍;同一生物針對不同污染物類型具有不同的癥狀反應(yīng)。生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相互配合，共同為水環(huán)境管理持續(xù)助力，但生物監(jiān)測耗時長、不同地域生物存在差異性、指示生物對毒物耐受性研究不深入等都說明生物監(jiān)測技術(shù)仍具有廣闊的發(fā)展空間。

3.3 遙感監(jiān)測技術(shù)

遙感監(jiān)測技術(shù)是指在不直接接觸目標(biāo)地物的情況下，對目標(biāo)地物進行遠(yuǎn)距離探測、識別和獲取地物信息的過程[3]。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測方式受自然條件和時空等因素影響，具有一定局限性，而遙感監(jiān)測技術(shù)具有宏觀、綜合、動態(tài)和快速等特點，在分析流域水質(zhì)變化趨勢方面優(yōu)勢突出。遙感監(jiān)測技術(shù)的主要原理是被污染或含有某種物質(zhì)的水體具有獨特而區(qū)別于潔凈水體的光譜特征。諸如水中懸浮物、藻類、化學(xué)物質(zhì)、溶解性有機物等水體組分，因影響光的反射、吸收和后向散射而在遙感圖像上反映出來，從而根據(jù)其在圖像上的反映推斷出水體的水質(zhì)參數(shù)。遙感監(jiān)測技術(shù)常用于水體富營養(yǎng)化、泥沙污染、熱污染、廢水污染、石油污染等類型。相比于傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)，遙感監(jiān)測技術(shù)仍處于研究探索階段，未來主要向高光譜分辨率、水質(zhì)參數(shù)模型和水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測項目等方面進行發(fā)展。

3.4 三維熒光監(jiān)測技術(shù)

三維熒光監(jiān)測技術(shù)是利用熒光強度和波長進行定量、定性檢測的分析方法。在環(huán)境水體中，微生物在降解有機物的過程中產(chǎn)生具有熒光活性化合物的酶、輔酶、色素、代謝產(chǎn)物等，在紫外光的激發(fā)下發(fā)出其特征熒光[4]。環(huán)境水體中存在各種離子和有機物，部分離子和有機物可能會在可溶性有機物（DOM）測定過程中發(fā)生熒光淬滅從而降低熒光物質(zhì)的強度。因此，DOM熒光物質(zhì)的強度不僅與其組分和濃度有關(guān)，還受溫度、pH和金屬離子的影響。當(dāng)前，三維熒光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于飲用水水源監(jiān)測、湖泊富營養(yǎng)化成因分析及廢水生物處理性能評價等方面，與平行因子分析法、主成分回歸和偏最小二乘回歸等化學(xué)計量學(xué)方法結(jié)合共同成為復(fù)雜多組分體系三維熒光解析手段。三維熒光技術(shù)具有靈敏度高、操作簡便、檢測迅速、試劑消耗量少和不破壞樣品等優(yōu)點，但在有毒有害物質(zhì)、農(nóng)藥殘留和熒光光譜技術(shù)模型等方面仍存在一些不足，有待進一步研究優(yōu)化。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已無法滿足日益復(fù)雜嚴(yán)峻的水污染問題，新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展為水環(huán)境管理及污染防治提供了有效支撐。新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)彌補了傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)反應(yīng)不及時、監(jiān)測不穩(wěn)定、監(jiān)測指標(biāo)單一等問題，在預(yù)測預(yù)警、長期監(jiān)測、新型污染物防治等方面具有突出優(yōu)勢。由于新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)尚處于研究探索階段，在特定環(huán)境水體中應(yīng)用受限，諸多關(guān)鍵技術(shù)仍需進一步攻克突破。新型水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在未來必將成為我國水環(huán)境管理領(lǐng)域重要的決策工具，深入探索新技術(shù)的基本原理，不斷發(fā)展新技術(shù)的功能應(yīng)用，是今后我國水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的研究重點。

參考文獻

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收稿日期：2020-10-28

作者簡介：孫康（1981-），男，漢族，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。