國家地表水水質自動監(jiān)測網建設與運行管理的探索與思考

劉京，周密，陳鑫，劉廷良

(中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012)

1 國家地表水水質自動監(jiān)測網的建設與運行

1.1 建設情況

自1999年9月，環(huán)保部在中國主要流域重點斷面開展了地表水水質自動監(jiān)測站的建設，經過“十五”“十一五”10年的努力，陸續(xù)在全國31個省份各個流域的重點河段、湖庫以及出入境邊界河流上建成了149個水質自動監(jiān)測站，初步形成了覆蓋全國的地表水水質自動監(jiān)測網。

目前，國家水質自動監(jiān)測站(以下簡稱“水站”)的監(jiān)測項目包括水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、總有機碳和氨氮。部分湖泊水站的監(jiān)測項目還包括總氮、總磷和葉綠素[1，2]。有些站正在開展生物毒性、揮發(fā)性有機污染物(VOCs)的試點監(jiān)測。今后可能還要拓展重金屬監(jiān)測項目。

水站的監(jiān)測頻次可以根據情況連續(xù)監(jiān)測或每幾小時監(jiān)測一次，管理人員可以通過控制軟件自行設定。目前，水站采用每4h采樣分析一次的頻次。每天每個監(jiān)測項目可以得到6個監(jiān)測結果[3]。

自動監(jiān)測數據由控制系統(tǒng)中的各臺分析測試儀器采集存儲之后，通過VPN方式傳送到負責各水站日常運行的環(huán)境監(jiān)測站(又稱“托管站”)和中國環(huán)境監(jiān)測總站，通過互聯網實現實時發(fā)布。托管站也可以通過VPN和電話撥號兩種通訊方式實現對所托管子站的實時監(jiān)視、遠程控制及數據采集。各省環(huán)境監(jiān)測中心站及其他經授權的部門也可隨時從總站的數據庫中調閱各水站的歷史監(jiān)測數據。

1.2 運行管理

中國環(huán)境監(jiān)測總站作為國家地表水水質自動監(jiān)測網的負責單位，自水站建設之日起就對水站的運行和數據質量極為重視。在總結多年運行管理經驗的基礎上，制定并頒布實施了《國家地表水自動監(jiān)測站運行管理辦法》(總站水字[2007]182號)(以下簡稱《管理辦法》)?！豆芾磙k法》中對運行管理的核心內容作出了具體規(guī)定，包括職責分工、日常維護、數據上報、質量管理、維護維修、經費使用以及資產管理等。明確了總站、省站及托管站質量管理監(jiān)督管理機制，理順了水站運行維修機制，實現了專業(yè)化、社會化運營機制與風險保障機制，為水站的穩(wěn)定運行和水站數據的質量提供了保障。

2 國家地表水水質自動監(jiān)測網的作用與應用

地表水水質自動監(jiān)測網的建設和運行，體現了中國水環(huán)境監(jiān)測技術手段的科學化和現代化，對國家環(huán)境保護決策部門及時作出有效的水污染防治和管理對策等方面均具有重要意義。自動監(jiān)測頻次高、數據傳輸速度快，在突發(fā)性水污染事故預警預報監(jiān)測、省界水污染糾紛監(jiān)測、重大水利工程的水質影響監(jiān)測以及保障公眾用水安全方面都發(fā)揮了不可替代的重要作用。

2.1 國家主要流域水質狀況常態(tài)預警

目前，全國有100個水站的監(jiān)測數據通過互聯網向全社會實時發(fā)布；而《全國主要流域重點斷面水質自動監(jiān)測周報》則通過互聯網向全社會公開發(fā)布國家水站的周監(jiān)測結果。

2.2 重大水污染事件跟蹤監(jiān)測

自2000年國家水質自動監(jiān)測系統(tǒng)陸續(xù)建成并投入運行使用后，淮河干流淮南、蚌埠及盱眙站成功地全程監(jiān)視了每年淮河干流大型污染團的遷移過程，為沿淮自來水廠及時調整處理工藝，保證飲水安全提供了依據。圖1(a)(b)記錄了污水團通過水站斷面時帶來的溶解氧急劇下降和電導率急劇上升的水質變化過程。

圖1 污水團通過淮南石頭埠水站時溶解氧和電導率的變化

圖2、3反映了2007年太湖藍藻暴發(fā)期間沙渚水站監(jiān)視到的水中溶解氧、高錳酸鹽指數、總氮和總磷的濃度變化。

圖2 藍藻暴發(fā)期間水中溶解氧和高錳酸鹽指數的變化

圖3 藍藻暴發(fā)期間水中總氮和總磷的變化

2.3 重大自然災害預警

2008年四川汶川特大地震發(fā)生后，中國環(huán)境監(jiān)測總站通過水站遠程查看災區(qū)水質狀況，將災區(qū)7個水站的監(jiān)測頻次由原來的4 h一次調整為2 h一次，并將災區(qū)水質變化的情況及時向國務院抗震救災總指揮部上報，每天在公眾網上發(fā)布自動監(jiān)測結果，為穩(wěn)定災區(qū)群眾人心發(fā)揮了重要作用。

2.4 重大國際活動預警

2008年北京奧運會期間，利用分布在北京、天津、沈陽、上海的水站對城市的飲用水源實施嚴密監(jiān)控，每日以《奧運城市地表水自動監(jiān)測專報》形式上報環(huán)保部，為保障奧運期間飲水安全提供了技術保障。同樣的應用還發(fā)生在上海世博會、廣州亞運會和深圳大運會期間。

3 國家水站運行管理存在的問題

國家地表水水質自動監(jiān)測網在10年的建設和運行中取得了許多經驗與教訓，需要進一步完善和改進。

3.1 保障設施建設投入不足

由于水站位置所在地均距離城市較遠，電力、通訊等方面的基礎條件較差，電壓不穩(wěn)、通訊信號不好，嚴重影響著水站的穩(wěn)定運行和數據傳輸。有些地方水文水情條件不好，水位高低變化、河道左右擺動以及洪水和冰凌的影響，都會導致采水系統(tǒng)無法正常工作，影響水站運行。

3.2 儀器設備配置不全面

受當初建站條件的限制，已建水站項目比較單一，多數只配置了五參數、高錳酸鹽指數和氨氮，影響水質的綜合評價和預警預報工作的開展，需要根據水質功能與潛在特征污染物增加相關儀器的配置，如重金屬、石油類、有機物等有毒有害項目。有些儀器設備的測定結果與常規(guī)監(jiān)測分析數據存在系統(tǒng)誤差，如總氮、總磷與葉綠素等，使其監(jiān)測數據的使用受到限制。

3.3 執(zhí)行管理制度不到位

有些托管站受經濟利益的影響，對儀器的易耗品更換不及時；有些運維人員沒有嚴格執(zhí)行日監(jiān)視、周核查、月比對的質控要求；執(zhí)行管理制度要求不到位也嚴重影響了數據質量。

3.4 運維人員技術與管理水平有待提高

水站地處偏遠、工作條件艱苦，有些水站人員編制少，使用聘用人員，水站運行維護人員不能相對固定，導致對水站的維護不到位，造成系統(tǒng)達不到長期穩(wěn)定運行的要求。有些水站由于領導重視程度不夠，不鼓勵支持運維人員參加相關技術培訓，致使水站的儀器設備不能得到適當的維護保養(yǎng)，無法保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

3.5 管理機制還需進一步完善

現有的管理模式存在許多弱點和缺陷。

(1)缺乏獎勵與懲處的機制與措施。有些水站受氣候、水情條件的影響，長期停止運行；有些水站系統(tǒng)出現問題后，托管站不能積極主動地解決問題，存在拖、等、要的現象；無論系統(tǒng)運行率高低，各水站的運行費用是固定統(tǒng)一的，沒有采取獎優(yōu)懲劣的措施和手段來調動大家的工作積極性[4]。

(2)運行費用額度變更困難?，F行每個水站的運行經費自2002年起至今10年沒有調整。除儀器零配件、試劑、燃油、水電等價格上漲因素外，自2009年國家水質自動監(jiān)測數據的實時發(fā)布實施后，現行的運營公司對水站進行每年2次的定期維護，無法保證系統(tǒng)的運行完好率，需要進一步加大運行費用的投入。工作經費的不足嚴重影響了各方工作的主動性與積極性。

(3)沒有固定的資金支撐儀器設備的更新。目前執(zhí)行的《管理辦法》中已經明確，國家水質自動監(jiān)測系統(tǒng)配置的儀器設備使用年限為8年。但在實際執(zhí)行過程中，大部分水站到使用年限后，沒有固定的資金支撐儀器設備的更新，需要重新申請資金并根據資金批復的額度制定儀器設備的更新計劃，無法保證適時更新。

(4)存在重儀器輕系統(tǒng)、重數據測試輕基礎設施的現象。在水站的運行管理中，大家更多地關注儀器運行是否穩(wěn)定、監(jiān)測結果準確與否，忽略了對水站的基礎設施(采水、配水、通訊、系統(tǒng)集成技術甚至站房)的改造與更新管理。再先進的儀器如果沒有好的集成也無法得到準確的分析數據。

4 完善國家水站運行管理的對策建議

4.1 開發(fā)協同軟件，實現水站運維的信息化和規(guī)范化管理

自動監(jiān)測的實現帶來了海量的數據，如果數據的QA/QC工作沒有做好，將出現大量無法取舍的數據。因此有必要開發(fā)和使用保障水站運行和數據質量控制的協同軟件，統(tǒng)一規(guī)范對水站的運行維護和質量控制措施的實施，實現對水站運維管理的信息化。同時進一步加強自動監(jiān)測數據的質量保證與質量控制工作，明確自動監(jiān)測數據的審核責任與存入數據庫的程序，保證存入數據庫的數據都是準確有效的。

4.2 開發(fā)數據分析軟件，實現對環(huán)境水質的預警預測

環(huán)境監(jiān)測就是對特定污染物進行濃度測試并對測試數據進行分析和運用，環(huán)境監(jiān)測工作的全過程是“測取數據-解釋數據-運用數據”的完整過程。目前自動監(jiān)測得到的大量數據多被束之高閣，沒有得到充分的分析和利用。因此迫切需要開拓數據綜合分析能力，研究利用各種數學模型對海量數據進行分析，找尋不同污染物濃度變化之間的相互聯系，確立水質可能出現變化的閾值點，實現水站對環(huán)境水質預警預測的功能。使用這樣的分析軟件可以及時對獲取的第一手數據進行綜合分析，從數據中揭示出主要污染源、污染物排放規(guī)律及污染負荷年變化特征和環(huán)境質量時空變化規(guī)律，繼而為管理部門評估環(huán)境管理政策措施是否到位、成效是否明顯、環(huán)境效益如何等提供有力的技術支持。

4.3 完善《管理辦法》，保障水站的長期穩(wěn)定運行

隨著國家水質自動監(jiān)測網絡的不斷完善和監(jiān)測管理理念的提升，現行的《管理辦法》已經不能完全滿足目前國家對水質自動監(jiān)測網絡系統(tǒng)的管理，因此有必要在總結前期管理與運行經驗的基礎上進一步完善。從機制上解決目前國家水站運行管理中存在的儀器更新、設施養(yǎng)護、經費保障、人員素質以及規(guī)范化管理的問題，達到提升已建水站的監(jiān)測功能、保證國家地表水水質自動監(jiān)測網可持續(xù)發(fā)展的目的。

5 結語

國家地表水水質自動監(jiān)測網經過10年的建設，已經覆蓋了全國主要流域的重要河段，在掌握水環(huán)境質量變化、監(jiān)視水質水情以及污染防控方面起到了重大的作用，對提升環(huán)境監(jiān)測技術能力具有重要意義。如何保障國家地表水水質自動監(jiān)測網的長期穩(wěn)定運行，充分使用好自動監(jiān)測帶來的海量數據，是今后面臨的新課題。

[1] 李軍，陳程.總氮總磷在線自動監(jiān)測儀的現狀與問題[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2013(2)：156-158.

[2] 李軍，王普力.高錳酸鹽指數在線自動監(jiān)測儀的現狀與問題[J].環(huán)境污染與防治，2009，31(8)：88-89.

[3] 張苒，周純.水質自動監(jiān)測理念更新的探討.環(huán)境監(jiān)測科技新進展-第十次全國環(huán)境監(jiān)測學術論文集[C].北京：化學工業(yè)出版社，2011:893-896.

[4] 中國環(huán)境監(jiān)測總站.國家地表水自動監(jiān)測站運行管理辦法[Z].2007.