金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測體系建設(shè)的構(gòu)想

倪靜潔

(云南金沙江中游水電開發(fā)有限公司流域環(huán)境保護監(jiān)測管理中心，云南昆明650000)

人類社會的可持續(xù)發(fā)展歸根結(jié)底是生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展問題，而生態(tài)系統(tǒng)管理是合理利用和保護資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［1］。水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，是生態(tài)系統(tǒng)中最重要的控制性要素。流域水環(huán)境狀況不僅是區(qū)域生態(tài)環(huán)境的主要控制因素，同時又是區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。近年來，隨著人口快速增長和人類活動加劇，水環(huán)境問題日益突出，已在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的重視和關(guān)注。在水資源管理制度不斷完善的同時，迫切需要開展流域水資源以及生態(tài)效應等方面的綜合評價研究，構(gòu)建區(qū)域水資源環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的工作顯得尤為重要［2］。

1 國外流域水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀

國外的流域水環(huán)境監(jiān)測與管理系統(tǒng)，常是利用物聯(lián)網(wǎng)將網(wǎng)絡與實際事物相聯(lián)，借助互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的優(yōu)勢，架構(gòu)流域監(jiān)測分布的傳感網(wǎng)絡;通過傳感器實時地感知和實時的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛、連續(xù)、多時空尺度地監(jiān)測流域系統(tǒng)，全面掌握監(jiān)測信息。

美國IBM公司與貝肯研究所合作，在紐約哈德遜河上進行實時監(jiān)控實驗。在315英里的河流上布設(shè)傳感器，實時收集與分析河流的生物、水質(zhì)、化學物質(zhì)等信息，實現(xiàn)了全流域的可視化。根據(jù)這些監(jiān)測信息，政府有關(guān)部門可以指導農(nóng)業(yè)灌溉、污水處理和捕撈作業(yè)等。

美國針對哥倫比亞河下游、河口以及近海區(qū)域建立的一套用于沿海地區(qū)實時監(jiān)測與預測的環(huán)境研究模式，是一個包含信息、方法和合作研究者廣泛參與的綜合體系。融合了持續(xù)的數(shù)據(jù)信息，以及多領(lǐng)域的科學分析和更高級的智能化。比哈德森河的體系更為完善，功能也更齊全。

國外的實時監(jiān)測網(wǎng)絡發(fā)展得較早，因此規(guī)模和程度都較高，但是有的技術(shù)并沒有完全公開，加之一些傳感器設(shè)備成本較高，不適合在國內(nèi)照搬推廣。

2 我國流域水環(huán)境監(jiān)測發(fā)展概況

黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是我國較早啟動的流域環(huán)境監(jiān)測體系之一。系統(tǒng)由監(jiān)測站網(wǎng)、信息采集、信息傳輸、數(shù)據(jù)存儲、信息服務平臺和應用系統(tǒng)等六個部分組成［3］。作為“數(shù)字黃河”工程的組成部分，成為黃河水資源保護現(xiàn)代化和信息化的一個重要標志，不但能滿足黃河水量調(diào)度、城市供水水源地、突發(fā)性水污染事件對水質(zhì)實時監(jiān)控的需要，也為全面提升黃河水資源管理水平和保護生態(tài)環(huán)境提供可靠的技術(shù)支持和決策依據(jù)［4］。

國內(nèi)基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測剛剛起步，在太湖流域建立的傳感監(jiān)測系統(tǒng)是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對太湖水文、藍藻湖泛、藍藻打撈處置進行智能感知、調(diào)度和管理，實現(xiàn)防汛防旱指揮、水環(huán)境治理和水資源管理三位一體的水利物聯(lián)網(wǎng)綜合監(jiān)測管理和服務平臺。構(gòu)建一套適合中國江河流域?qū)嶋H情況的水質(zhì)監(jiān)測和管理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將是今后我國水質(zhì)監(jiān)測的重點研究方向。

3 金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測體系建立的必要性

金沙江流域位于青藏高原、云貴高原、四川盆地西部的邊緣地區(qū)，為長江上游河段，發(fā)源于青海省境內(nèi)唐古拉山北麓的格拉丹東雪山和尕恰迪如崗雪山，流經(jīng)青、藏、川、滇四省區(qū)。金沙江是我國水能資源開發(fā)的“富礦”及實現(xiàn)“西電東送”戰(zhàn)略目標的重要能源基地之一。梯級電站全部建成后將成為我國最大的能源基地。金沙江干流全長2316km，落差3279.5m，習慣上將其分為上、中、下三段:石鼓以上為上段，石鼓至雅礱江口為中段，雅礱江口至宜賓為下段。按規(guī)劃金沙江中游河段梯級開發(fā)方案為一庫八級方案:龍頭水庫和兩家人電站正處于方案比選階段;金安橋電站已于2011年投產(chǎn)發(fā)電;梨園、阿海、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖正進行工程建設(shè)，未來五年內(nèi)，將陸續(xù)投產(chǎn)發(fā)電。

為進一步推進流域水電開發(fā)環(huán)境保護工作，國家環(huán)境保護部出臺了一系列的政策和措施，要求逐步構(gòu)建流域生態(tài)監(jiān)測體系和流域生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫。為響應國家對水電開發(fā)中環(huán)境保護和管理的要求，保護水生生物棲息地和流域生物多樣性，深入認識和了解流域生態(tài)系統(tǒng)的變化狀態(tài)和規(guī)律，預測和管理流域的水質(zhì)和水量，同時保障金沙江中游流域梯級電站運行期水環(huán)境安全，迫切需要建立金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測體系，實現(xiàn)流域水資源環(huán)境管理信息化，使流域的水資源開發(fā)利用建立在及時、準確、科學的信息基礎(chǔ)之上，減少對流域生態(tài)系統(tǒng)的危害，更好地為流域可持續(xù)發(fā)展服務。

4 金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測體系的初步構(gòu)建

按照流域開發(fā)與環(huán)境保護并重，以及流域統(tǒng)籌管理要求，建立以自動在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測體系，作為現(xiàn)有國家和地方環(huán)境管理和監(jiān)測體系的補充，更有針對性地開展金沙江中游流域的實時水環(huán)境監(jiān)測，為流域開發(fā)水環(huán)境變化趨勢分析、水質(zhì)安全預警、流域開發(fā)環(huán)境影響后評估提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，以保障金沙江中游流域水環(huán)境安全，實現(xiàn)水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

4.1 設(shè)計原則

由于金沙江中游流域在建的五個梯級電站工程進度不盡相同，必須統(tǒng)籌規(guī)劃、分級建設(shè)、分級管理。采用統(tǒng)一的水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范，做到統(tǒng)一標準、統(tǒng)一布點、統(tǒng)一方法和統(tǒng)一發(fā)布，實現(xiàn)信息共享。構(gòu)建流域水環(huán)境監(jiān)測體系應遵循以下原則:

(1)獨立性兼整體性原則;

(2)與工程建設(shè)、安全運行緊密聯(lián)系原則;

(3)針對性和代表性原則;

(4)經(jīng)濟性和可操作性原則;

(5)統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，數(shù)據(jù)資源共享原則。

4.2 監(jiān)測點布設(shè)

為反映各梯級電站運行期間水環(huán)境的變化情況，監(jiān)測站點考慮布設(shè)于各梯級電站的壩上和尾水排放處，以反映電站進、出水水質(zhì)。金沙江中游流域開發(fā)范圍中共涉及6個梯級電站、12個監(jiān)測站點。

4.3 監(jiān)測因子篩選

監(jiān)測因子篩選基于以下原則綜合考慮后確定:

(1)能夠反映梯級電站開發(fā)涉及河段水環(huán)境質(zhì)量狀況和污染特征;

(2)能夠與現(xiàn)有環(huán)境保護系統(tǒng)國控、省控和其他常規(guī)監(jiān)測斷面的監(jiān)測因子銜接;

(3)技術(shù)經(jīng)濟可行。

4.4 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)水質(zhì)自動監(jiān)測站，這種自動站具有投資經(jīng)濟、功能強大、穩(wěn)定可靠、操作簡單、維護量小等特點。水質(zhì)自動監(jiān)測站采用PLC可編程控制器作為水站的自控核心，采用網(wǎng)絡集中監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件作為人機界面的工作平臺。

4.5 共享信息平臺建設(shè)

建設(shè)省級信息共享平臺，實現(xiàn)流域內(nèi)水量、水質(zhì)、污染源等水環(huán)境信息的共享，使國家有關(guān)部門和流域內(nèi)省市政府能夠?qū)崟r掌握流域重要水體和控制區(qū)域 (點)的水環(huán)境狀況，為流域水資源環(huán)境安全提供及時高效的信息和技術(shù)服務支撐。

5 應用展望

隨著監(jiān)測技術(shù)自動化程度的日益提高，金沙江中游流域水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將為區(qū)域水資源評價、合理開發(fā)利用與預測提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將有效提高環(huán)境監(jiān)測信息管理現(xiàn)代化水平。今后該監(jiān)測系統(tǒng)可建立模型庫 (包括基礎(chǔ)模型和決策分析模型)，把應用提升到包括水資源環(huán)境的規(guī)劃、預測、評價、管理、決策等諸多方面信息決策支持的層面上。

［1］趙士洞，汪業(yè)勖.生態(tài)系統(tǒng)管理的基本問題 ［J］.生態(tài)學雜志，1997，(4):36－39，47.

［2］張麗.流域水資源環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) ［J］.測繪通報，2004，(2):50－53.

［3］朱小勇.黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃［J］.人民黃河，2003.25(8):21－22.

［4］趙維征.水質(zhì)自動監(jiān)測在黃河上的開發(fā)應用［J］.中國水利，2004，(7).