水源突發(fā)重金屬污染中多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警的應(yīng)用

談劍宏 楊文晶 楊 惠

(江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局, 江蘇 蘇州 215011)

水源突發(fā)重金屬污染中多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警的應(yīng)用

談劍宏 楊文晶 楊 惠

(江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局, 江蘇 蘇州 215011)

本文以昆山市水功能區(qū)為例，利用多維矢量監(jiān)測方法對水源重金屬污染進(jìn)行了監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果證明：有11個(gè)鎮(zhèn)淺層地下水質(zhì)的綜合評價(jià)較差，其他5個(gè)評價(jià)極差，11個(gè)鎮(zhèn)淺層地下水大腸菌指標(biāo)均超標(biāo)，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和處理。

水源突發(fā)； 重金屬污染； 多維矢量； 應(yīng)用

近年來，水源突發(fā)重金屬污染事件頻頻發(fā)生，對居民的正常生活造成了很大影響。由于水源突發(fā)重金屬污染具有復(fù)雜性、偶然性和不可預(yù)知性，導(dǎo)致水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警的難度隨之增加。為了實(shí)現(xiàn)突發(fā)性重金屬污染的水質(zhì)監(jiān)測，本文采用多維矢量預(yù)警系統(tǒng)對水質(zhì)進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 概 況

昆山市為了進(jìn)一步做好水功能區(qū)的監(jiān)督管理工作，及時(shí)掌握水質(zhì)狀況，為水資源保護(hù)和水污染防治工作提供準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)依據(jù)，在水功能區(qū)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，利用多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警的方法來進(jìn)行大氣降水監(jiān)測、圩內(nèi)河道監(jiān)測和地下水(包括淺層和深層)監(jiān)測。為全面反映昆山市大氣降水水質(zhì)情況，根據(jù)昆山的氣候和地形特點(diǎn)，在昆北、昆中、昆南和昆東各設(shè)置1個(gè)降水固定采樣點(diǎn)。昆北：巴城(石牌水利站)；昆中：昆山(玉山水利站)；昆南：陳墓(錦溪水利站)；昆東：花橋(花橋水利站)。

2 多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)簡介

多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要由SW1000水質(zhì)監(jiān)測面板、事件監(jiān)測器、高位水箱等組成。事件監(jiān)測器是控制中心，主要用于建立模型、輸出數(shù)據(jù)和預(yù)警結(jié)果、通信操作等；水質(zhì)監(jiān)測面板和系統(tǒng)中的參數(shù)探頭相連接，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的在線收集、傳輸和顯示；高位水箱可以用來將藥劑混勻，提供水壓等。

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，會利用探頭收集水質(zhì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)水質(zhì)性質(zhì)設(shè)置電導(dǎo)率、有機(jī)物、濁度、pH值、溶解氧、硝酸鹽氮、氧化還原電位參數(shù)，并根據(jù)各個(gè)參數(shù)的權(quán)重合成預(yù)警觸發(fā)值。每一分鐘系統(tǒng)都會獲取異常預(yù)警觸發(fā)值，初始觸發(fā)值設(shè)計(jì)下限為0.7，當(dāng)有污染物進(jìn)入水體后，探頭收集到的水質(zhì)參數(shù)也會出現(xiàn)變化，并對trigger值造成影響，如果超過或者接近觸發(fā)下限，系統(tǒng)就會發(fā)出警報(bào)。對于類型不同、濃度不同的污染物，可以利用系統(tǒng)中的模型對多維矢量圖進(jìn)行分析和識別，進(jìn)而達(dá)到定量、定性分析的目的。

3 多維矢量水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 降水水質(zhì)監(jiān)測

降水水質(zhì)監(jiān)測包括pH值、電導(dǎo)率、鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、硫酸根、氯離子、總磷、總氮、二氧化硫、一氧化碳等項(xiàng)目。

降水水質(zhì)監(jiān)測按春、夏、秋、冬4季，每季采樣送檢1次，并按《大氣降水采樣和分析方法總則》(GB 13580.1—1992)和《大氣降水樣品采集與保存》(GB 13580.2—1992)等規(guī)定的要求進(jìn)行采集、保存和分析。監(jiān)測成果如表1所示。

表1 昆山市2015年第一季度降水水質(zhì)監(jiān)測成果

由于空氣中存在二氧化碳、氮氧化物等酸性氣體，故降水一般呈弱酸性，但pH值小于5.65即稱為酸雨(雪)。從本次監(jiān)測結(jié)果來看，昆山市4個(gè)雨水監(jiān)測點(diǎn)，pH值為6.81～6.92， 4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)pH值錦溪站最高，花橋站最低；硫酸根為巴城最高，花橋站最低；氯離子為玉山站最高，花橋站最低。參照地表水評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)總氮均為Ⅳ類水，主要為空氣中二氧化氮溶于雨水形成，降落地面會對地表水及地下水的氮含量產(chǎn)生一定影響。總磷均在Ⅲ類水以內(nèi)。4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的金屬離子中，鈣離子的含量較高，鉀、鈉、鎂離子相對較低。電導(dǎo)率值均為36.5～42.1，巴城站最高，錦溪站最低。此外，游離態(tài)二氧化硫和一氧化碳均未檢出。本次監(jiān)測結(jié)果中pH值弱酸性居多，金屬離子及陰離子濃度均比往年有所上升，因此電導(dǎo)率也有所上升?？偟⒖偭锥加兴仙?，其中總氮上升幅度較大；二氧化硫、一氧化碳和第四季度持平。

3.2 圩內(nèi)河道監(jiān)測

為全面反映昆山市圩內(nèi)河道水質(zhì)狀況，結(jié)合昆山市圩內(nèi)河道實(shí)際，每個(gè)鎮(zhèn)區(qū)設(shè)置2個(gè)具有代表性水質(zhì)監(jiān)測斷面，其中1個(gè)斷面布設(shè)在以城鎮(zhèn)居民集中區(qū)或工業(yè)集中區(qū)為主的圩內(nèi)河道上，另1個(gè)斷面布設(shè)在以耕地、果蔬或魚塘為主的圩內(nèi)河道上。監(jiān)測斷面應(yīng)設(shè)置在便于采樣、能總體反映該河道水質(zhì)的河段上，并通過實(shí)地查勘確定。全市共設(shè)圩內(nèi)河道水質(zhì)監(jiān)測斷面23個(gè)。重點(diǎn)監(jiān)測水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、氰化物、揮發(fā)酚、總磷、總氮等項(xiàng)目。對存在重金屬污染的河道加測銅、鋅、氟化物、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛等項(xiàng)目。根據(jù)監(jiān)測資料統(tǒng)計(jì)：綜合評價(jià)無Ⅱ～Ⅳ類水的斷面，Ⅴ類占95.7%；劣Ⅴ類占4.3%；累計(jì)超Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的斷面占100.0%。

3.3 不同功能分區(qū)水質(zhì)情況

本次共監(jiān)測23個(gè)圩內(nèi)河道，其中工業(yè)集中區(qū)有3個(gè)，集鎮(zhèn)區(qū)有9個(gè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)11個(gè)。3個(gè)工業(yè)集中區(qū)河道中，水質(zhì)綜合評價(jià)為Ⅴ類水的有2個(gè)，劣Ⅴ類水的有1個(gè)，分別占總監(jiān)測點(diǎn)次的67%、33%。9個(gè)集鎮(zhèn)區(qū)河道中，水質(zhì)綜合評價(jià)為Ⅴ類水的有2個(gè)，劣Ⅴ類水的有7個(gè)，分別占總監(jiān)測點(diǎn)次的22%、78%。11個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)河道中，水質(zhì)綜合評價(jià)為Ⅴ類水的有5個(gè)，劣Ⅴ類水的有6個(gè)，分別占總監(jiān)測點(diǎn)次的46%、55%。2015年第一季度昆山市圩內(nèi)河道不同功能分區(qū)水質(zhì)狀況如下圖所示。

2015年第一季度昆山市圩內(nèi)河道不同功能分區(qū)水質(zhì)狀況圖

3.4 淺層井監(jiān)測

為全面反映昆山市淺層地下水水質(zhì)狀況，在已確定的圩內(nèi)河道水質(zhì)監(jiān)測斷面所在的圩區(qū)內(nèi)，選取典型淺層地下水水井及農(nóng)村家庭潛水井作為監(jiān)測井。各區(qū)鎮(zhèn)選擇1個(gè)監(jiān)測井，全市共布置11個(gè)淺層地下水監(jiān)測井，其中5個(gè)監(jiān)測井布設(shè)在以城鎮(zhèn)居民集中區(qū)或工業(yè)集中區(qū)為主的圩區(qū)內(nèi)，5個(gè)監(jiān)測井布設(shè)在以耕地、果蔬或魚塘等農(nóng)業(yè)用地為主的圩區(qū)內(nèi)。各測井的水位每月測量兩次。

監(jiān)測項(xiàng)目：參照深層地下水監(jiān)測項(xiàng)目，包括水溫、pH值、氯化物、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氨氮、氰化物、揮發(fā)酚、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總硬度、六價(jià)鉻、汞、砷、鉛、鐵、錳、總大腸菌群、溶解性總固體等20項(xiàng)，并監(jiān)測地下水水位。

采用地下水質(zhì)量單項(xiàng)組分評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)，按本標(biāo)準(zhǔn)所列分類指標(biāo)，劃分為五類，代號與類別代號相同，不同類別標(biāo)準(zhǔn)值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣。例：揮發(fā)性酚類Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)值均為0.001mg/L，若水質(zhì)分析結(jié)果為0.001mg/L時(shí)，應(yīng)定為Ⅰ類，不定為Ⅱ類。地下水質(zhì)量綜合評價(jià)采用加附注的評分法進(jìn)行評價(jià)。

具體要求與步驟:一是參加評分的項(xiàng)目，應(yīng)不少于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的監(jiān)測項(xiàng)目，但不包括細(xì)菌學(xué)指標(biāo)；二是首先進(jìn)行各單項(xiàng)組分評價(jià)，劃分組分所屬質(zhì)量類別；三是對各類別按下列規(guī)定分別確定單項(xiàng)組分評價(jià)分值Fi，見表2。

表2 單項(xiàng)組分評價(jià)分值的確定

按式(1)和式(2)計(jì)算綜合評價(jià)分值F。

(1)

(2)

Fmax——單項(xiàng)組分評價(jià)分值Fi中的最大值；

n——項(xiàng)數(shù)。

根據(jù)F值，按表3中的規(guī)定劃分地下水質(zhì)量級別，再將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)評價(jià)類別注在級別定名之后，如“優(yōu)良(Ⅱ類)”“較好(Ⅲ類)”。

表3 地下水質(zhì)級別的劃分

經(jīng)過分析計(jì)算，F(xiàn)值如表4所示。

表4 昆山市第一季度淺層地下水綜合評分

從表4不難看出，昆山市2015年第一季度11個(gè)鎮(zhèn)中，巴城鎮(zhèn)、花橋鎮(zhèn)、玉山鎮(zhèn)、陸家鎮(zhèn)、錦溪鎮(zhèn)和淀山湖鎮(zhèn)淺層地下水水質(zhì)綜合評價(jià)為較差；周市鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)、千燈鎮(zhèn)、張浦鎮(zhèn)、周莊鎮(zhèn)地下水水質(zhì)綜合評價(jià)為極差。此外，11個(gè)鎮(zhèn)的淺層地下水的總大腸菌群指標(biāo)均為Ⅴ類。

4 結(jié) 論

綜上所述，根據(jù)上述得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出， 11個(gè)鎮(zhèn)淺層地下水水質(zhì)綜合評價(jià)為較差的有6項(xiàng)，極差的有5項(xiàng)。無綜合評價(jià)良好以上的淺層井。此外，11個(gè)鎮(zhèn)的淺層地下水總大腸菌群指標(biāo)均為Ⅴ類。需要控制污染，采取有效措施保護(hù)地下水水質(zhì)，防止地下水污染和過量開采、人工回灌等引起的地下水質(zhì)量惡化，保護(hù)地下水水源。

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Application of multidimensional vector water quality monitoring and early warning in water source outburst heavy metal pollution

TAN Jianhong, YANG Wenjing, YANG Hui

(JiangsuHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Suzhou215011,China)

In the paper, water function areas in Kunshan are adopted as an example. Multidimensional vector monitoring method is utilized for monitoring water source heavy metal pollution. Monitoring results show that: shallow underground water quality of 11 towns is worse in comprehensive evaluation, the quality is extremely poor in other 5 towns, and shallow groundwater coliform indexes are out of limits in 11 towns. It is necessary to adopt corresponding measures for control and treatment.

water source outburst; heavy metal pollution; multidimensional vector; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.07.008

TV211.2

A

2096-0131(2017)07- 0026- 04