北江流域自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

張苒　李曉芳

摘 要：本文提出優(yōu)化北江流域自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)思路與方案，在此基礎(chǔ)上，深化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行機(jī)制的創(chuàng)新和完善，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化管理信息綜合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)流域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：北江流域 自動(dòng)監(jiān)測(cè) 網(wǎng)絡(luò)

1 前言

我省地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面從1995～1999年進(jìn)行了優(yōu)化布點(diǎn)研究，之后還不斷優(yōu)化，優(yōu)化后的點(diǎn)位和斷面布設(shè)基本合理，能夠較全面反映全省地表水總體水環(huán)境質(zhì)量和變化趨勢(shì)。北江流域重金屬研究與風(fēng)險(xiǎn)源的調(diào)查分析表明，流域集雨區(qū)礦山資源豐富，礦山開采以及加工冶煉業(yè)發(fā)達(dá)、涉重企業(yè)較多，存在極大的重金屬污染及潛在事故風(fēng)險(xiǎn)，依靠每月一次的常規(guī)監(jiān)測(cè)難以及時(shí)捕捉到水質(zhì)的異常變化。自動(dòng)監(jiān)測(cè)能連續(xù)實(shí)時(shí)的監(jiān)控水體變化，但由于目前布點(diǎn)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目十分不足，應(yīng)完善自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，在流域一些風(fēng)險(xiǎn)源、工業(yè)集中區(qū)、敏感性企業(yè)、重要飲用水源地的下（上）游增加自動(dòng)監(jiān)控?cái)嗝?，重點(diǎn)監(jiān)控與上游排放廢水性質(zhì)相關(guān)的特征污染物，尤其是毒害性較大的污染物，與常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面有機(jī)結(jié)合并形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)結(jié)果比對(duì)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)比對(duì)分析是基于北江流域已開展重金屬監(jiān)測(cè)的樂昌坪石、韶關(guān)高橋與三水大塘斷面的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.1 樂昌坪石斷面

2012年樂昌坪石斷面自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（圖1），砷、鉛、銅、鋅和鎘的濃度范圍分別為1～488μg/L、0.67～31.69μg/L、0.27～53.43μg/L、1.07～196.0μg/L、0.05～3.5μg/L；砷、鉛、銅、鋅和鎘各種重金屬的總體水平（平均值、中值及75%數(shù)據(jù)）均小于Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鉛、銅、鋅和鎘全年數(shù)據(jù)均小于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)；砷超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的超標(biāo)率為4%；常規(guī)數(shù)據(jù)2012年樂昌坪石斷面砷、鉛、銅、鋅和鎘的濃度范圍分別為11.5～39.5μg/L、2.50μg/L、5.00μg/L、2.5～90.0μg/L、1.00μg/L；2012年樂昌坪石斷面鉛、銅、砷、鋅和鎘的總體水平全年均小于Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。值得關(guān)注的是：

（1）相對(duì)高值多以一種形式出現(xiàn)：鉛、銅、鋅和鎘高值多同步出現(xiàn)，出現(xiàn)時(shí)間在下午14～16時(shí)之間。經(jīng)反復(fù)跟蹤查明與武江上游湖南來水有密切關(guān)系；

（2）自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雨天（濁度大于50NTU）時(shí)，也存在一定的高值，主要來自面源與底泥的影響。

（3）圖6-1顯示常規(guī)數(shù)據(jù)，2012年樂昌坪石斷面鉛、銅、砷、鋅和鎘的總體變化幅度不大，全年水平均小于Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。比對(duì)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)數(shù)據(jù)由于監(jiān)測(cè)頻次有限，不能實(shí)時(shí)反映水體中重金屬的變化及變化趨勢(shì)，無法及時(shí)捕捉重金屬超標(biāo)及異常值出現(xiàn)規(guī)律。因此單一的常規(guī)監(jiān)測(cè)無法滿足水質(zhì)預(yù)警的需求，亦無法跟蹤研究水體變化及變化規(guī)律。

2.2 高橋斷面

2012年高橋斷面自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（圖2），鉛、鋅、銅和鎘的的濃度范圍分別為0.5～36.01μg/L、0.5～56.3μg/L、0.5～155.14 μg/L、0.05～4.94μg/L；2012年高橋斷面鉛、鋅、銅和鎘的總體水平（平均值、中值及75%數(shù)據(jù)）均小于Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，鉛、鋅、銅和鎘所有時(shí)間均小于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

常規(guī)數(shù)據(jù)（圖2）顯示，2012年高橋斷面鉛、銅、鋅和鎘的濃度范圍分別為0.05～7.00μg/L、0.05～2.90μg/L、3.80～54.33μg/L、0.05～1.10μg/L；2012年高橋斷面鉛、銅、鋅和鎘的總體水平全年均小于Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

同樣，對(duì)比常規(guī)數(shù)據(jù)和自動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)監(jiān)測(cè)重金屬濃度大部分低于自動(dòng)監(jiān)測(cè)重金屬濃度，常規(guī)監(jiān)測(cè)無法敏銳地捕捉到水質(zhì)出現(xiàn)的異常狀況，最主要原因是受常規(guī)監(jiān)測(cè)的條件所限無法實(shí)現(xiàn)高頻次的采樣分析。

3 整體思路

自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)因具有很強(qiáng)的實(shí)效性，全流域自動(dòng)監(jiān)測(cè)易于網(wǎng)絡(luò)化管理和共享環(huán)境監(jiān)測(cè)信息資源，因而具有較好的空間分布和無可比擬的時(shí)間分布，在流域水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)警方面起著十分重要的作用。

根據(jù)流域內(nèi)地表水重金屬監(jiān)控現(xiàn)狀，結(jié)合歷年來突發(fā)性水污染事故分析總結(jié)，提出建立流域性的地表水質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)需求和建設(shè)目標(biāo)。然后，根據(jù)需求與建設(shè)目標(biāo)，進(jìn)行總體框架設(shè)計(jì)：充分發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)測(cè)及時(shí)性與預(yù)警預(yù)報(bào)功能的優(yōu)勢(shì)，從流域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)化質(zhì)量管理兩個(gè)主要方面開展建設(shè)工作；在此基礎(chǔ)上，深化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行機(jī)制的創(chuàng)新和完善，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化管理信息綜合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)流域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成與應(yīng)用。

4 建設(shè)布局合理、配置完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

近年來，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)展很快，其功能主要表現(xiàn)在預(yù)警預(yù)報(bào)上，未能充分發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)測(cè)高頻次監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，將常規(guī)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)有機(jī)互補(bǔ)地結(jié)合起來。為了充分了解北江流域水質(zhì)變化，探索其變化規(guī)律，應(yīng)全面開展自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，監(jiān)控主要干流與一級(jí)支流的重金屬變化、遷移與遷移規(guī)律，開展流域自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)測(cè)技術(shù)配置與集成應(yīng)用等方面的研發(fā)工作，引進(jìn)、改造或自主研發(fā)適用于流域地表水與底泥質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法和解決方案，建設(shè)布局合理、配置完善的各類水質(zhì)自動(dòng)子站。

4.1 區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用如模糊聚類法、經(jīng)驗(yàn)指數(shù)法、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法、水質(zhì)模型法和綜合分析法優(yōu)化完善北江流域常規(guī)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空間布局、功能定位，并利用長期可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行持續(xù)驗(yàn)證與改進(jìn)，為我省其他流域開展類似工作提供技術(shù)參考。

4.2 站點(diǎn)合理配置

根據(jù)流域沿程各類功能區(qū)特點(diǎn)、特征污染物來源、人口密度、輻射范圍等條件，分別設(shè)置背景站、常規(guī)站、特征站、超級(jí)站和移動(dòng)站5類站點(diǎn)。

4.3 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)支持技術(shù)

應(yīng)用流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；開展運(yùn)行管理機(jī)制的研究和技術(shù)研發(fā)；編制監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的技術(shù)指南。

4.4 監(jiān)測(cè)方法與儀器比對(duì)

以立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，開展不同監(jiān)測(cè)方法、不同品牌儀器的性能比對(duì)研究，掌握各種監(jiān)測(cè)方法、儀器的優(yōu)缺點(diǎn)，為流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)儀器選型、技術(shù)集成提供基本依據(jù)或參考。

4.5 監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備改造與研發(fā)

根據(jù)流域環(huán)境特點(diǎn)、技術(shù)趨勢(shì)和國家環(huán)境管理的需求，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備開展改造、升級(jí)、完善和研發(fā)，為提高監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性提供技術(shù)支持。

4.6 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)儀器配置與集成

利用監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行長期和系統(tǒng)的優(yōu)化配置、比對(duì)驗(yàn)證和整體集成實(shí)驗(yàn)，提出并積累不同功能站點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀器的配置指南或標(biāo)準(zhǔn)，為我省水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行管理以及持續(xù)完善提供技術(shù)參考和應(yīng)用示范。各類站點(diǎn)功能范圍詳見表1。

5 重點(diǎn)完善站點(diǎn)合理配置

根據(jù)流域沿程各類功能區(qū)特點(diǎn)、特征污染物來源、人口密度、輻射范圍等條件，分別設(shè)置背景站、常規(guī)站、特征站、超級(jí)站和移動(dòng)站5類站點(diǎn)，各有側(cè)重地對(duì)5類站點(diǎn)配置不同的監(jiān)測(cè)參數(shù)。

擬在湞江支流城口斷面、丹霞冶煉廠排放口下游斷面、北江干流孟洲壩斷面、滃江匯入北江前等四個(gè)斷面建設(shè)4個(gè)水質(zhì)常規(guī)站；在一級(jí)支流：南水、馬壩河、連江、潖江、筆架河、秦皇河、濱江、綏江等，以及武江上游湖南與我省交界的黃圃河敏感斷面共9個(gè)斷面建立特征站；現(xiàn)有5水站根據(jù)功能范圍改造擴(kuò)建，如表2和附圖所示。

5.1 超級(jí)站

韶關(guān)高橋子站是我省2004年投資建設(shè)的水站，為韶關(guān)市與清遠(yuǎn)市的交接斷面，監(jiān)測(cè)指標(biāo)有五參數(shù)與氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)，2011年增加了重金屬銅、鉛、鋅、鎘，在重金屬監(jiān)控方面發(fā)揮了重要作用?？蓪⑸仃P(guān)高橋子站擴(kuò)建改造，盡可能完善地表水24項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，增加銻、鉈等污染特征項(xiàng)目及流量，升級(jí)為超級(jí)站。

5.2 背景站

三個(gè)背景站包括：已建南雄昆侖子站（湞江與江西交接斷面），在建三溪河子站（三溪河與湖南交界），建議增設(shè)的城口水子站（城口水與湖南交界）。

5.3 常規(guī)站

完善已有的樂昌坪石子站、七星崗子站、三水大塘子站，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)能力，盡量覆蓋地表水標(biāo)準(zhǔn)24項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。此外，建議在錦江凡口鉛鋅礦和丹霞冶煉廠排放口下游增設(shè)仁化錦江子站。

5.4 特征站（簡易站）

在一級(jí)支流：南水、馬壩河、連江、潖江、筆架河、秦皇河、濱江、綏江等，以及武江上游湖南與我省交界的黃圃河敏感斷面等11個(gè)斷面建立簡易自動(dòng)特征站。

5.5 移動(dòng)站

配置移動(dòng)車或移動(dòng)船，增強(qiáng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力。在發(fā)生緊急污染事故時(shí)，可迅速靈活地針對(duì)受污染水體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為事故處理提供決策支持。

6 結(jié)束語

通過對(duì)常規(guī)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析及污染事故的分析表明：手工常規(guī)監(jiān)測(cè)無法實(shí)時(shí)跟蹤水質(zhì)變化及變化規(guī)律。因此單一的手工監(jiān)測(cè)無法滿足水質(zhì)預(yù)警的需求。

通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與手工監(jiān)測(cè)結(jié)果的比對(duì)分析可以證明，兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合，自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)能更客觀地反映水體的水質(zhì)狀況，具有較高的準(zhǔn)確性和可信度。在北江流域重金屬污染事故頻發(fā)的背景下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)的高頻次的特點(diǎn)能更好地實(shí)時(shí)監(jiān)控水體變化，及時(shí)捕捉水質(zhì)的異常變化，符合目前北江水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的需要。因此，需要根據(jù)流域沿程各地區(qū)特點(diǎn)，分級(jí)設(shè)置背景站、常規(guī)站、特征站、超級(jí)站和移動(dòng)站等5類站點(diǎn)，各有側(cè)重地配置不同的監(jiān)測(cè)參數(shù)，與常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面有機(jī)結(jié)合，形成更加具針對(duì)性、高效的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

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