南水北調中線水源地水質自動監(jiān)測站網優(yōu)化研究

王樹磊，李　建

(1.南水北調中線干線工程建設管理局，北京　100038；2.長江水資源保護科學研究所，武漢　430051)

地表水質自動監(jiān)測系統(tǒng)是20世紀70年代發(fā)展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國家已有相當規(guī)模的應用，并被納入網絡化的“環(huán)境評價體系”和“自然災害防御體系”[1-2]。地表水質自動監(jiān)測系統(tǒng)在為綜合評價水功能區(qū)水環(huán)境質量提供基礎性數(shù)據(jù)的同時，也為迅速發(fā)現(xiàn)突發(fā)性水質污染事故、及時制訂污染防治對策提供依據(jù)[3-4]。我國在水質自動監(jiān)測、移動快速分析等預警預報體系建設方面正在逐漸走向成熟。自20世紀90年代以來，我國已先后在七大流域建成100多個國家地表水水質自動監(jiān)測站，各地方根據(jù)水環(huán)境管理需要，也陸續(xù)建立了400多個地方級地表水水質自動監(jiān)測站，實現(xiàn)了水質自動監(jiān)測周報[5-6]。

自動監(jiān)測站網是對常規(guī)監(jiān)測站監(jiān)測能力的補充和增強，對常規(guī)監(jiān)測站網中比較重要的監(jiān)測斷面增加在線自動連續(xù)監(jiān)測設備[7-8]。自動監(jiān)測站具備實時、連續(xù)監(jiān)測功能，可提供主要監(jiān)測項目的實時水質信息，彌補常規(guī)監(jiān)測站網時效性的不足，實現(xiàn)對丹江口庫區(qū)重點水域開展連續(xù)、在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，并對水質預警預報起著非常重要的作用。

1　區(qū)域概況

丹江口水庫作為南水北調中線工程的水源地，是我國重要的戰(zhàn)略淡水資源庫。丹江口庫區(qū)水質自動監(jiān)測站網，通過自動監(jiān)測實時掌握水庫水質狀況，在保障調水水質安全方面發(fā)揮著極其重要的作用。按照相關規(guī)劃，丹江口庫區(qū)新建5座水質自動監(jiān)測站，如圖1所示。

圖1　丹江口庫區(qū)規(guī)劃水質自動監(jiān)測站分布圖（優(yōu)化調整前）Fig.1　The location of planning water quality automatic monitoring station in Danjiangkou Reservoir

新建的5座水質自動監(jiān)測站，分別監(jiān)測青山-安陽斷面、龍口-浪河斷面、壩前斷面、倉房-香花斷面和盛灣-黃莊斷面。在監(jiān)測站網建設推進過程中，丹江口水庫的水質監(jiān)測形勢發(fā)生了新的變化。

隨著南水北調中線工程建成通水和丹江口水庫飲用水水源保護區(qū)完成劃分，丹江口庫區(qū)水質監(jiān)測站網規(guī)劃已不能適應新劃定的飲用水水源保護區(qū)水質監(jiān)控需求，迫切需要根據(jù)實際情況對丹江口庫區(qū)水質監(jiān)測站網進行適當優(yōu)化。

2　監(jiān)測站網優(yōu)化原則和方法

丹江口庫區(qū)水質自動監(jiān)測站網的優(yōu)化，應充分考慮飲用水水源保護區(qū)水質監(jiān)控需求和向陶岔取水口匯水的路徑控制，優(yōu)化原則和依據(jù)如下：

（1）充分考慮水系特點。丹江口水庫分為漢庫和丹庫兩個部分，水質監(jiān)測站網的布設優(yōu)化，應充分考慮兩條匯水路徑的水質控制需求。

（2）與飲用水水源保護區(qū)區(qū)界相結合。丹江口庫區(qū)水質自動監(jiān)測站網規(guī)劃制訂時，尚未劃分庫區(qū)的飲用水水源保護區(qū)，水質監(jiān)測站網優(yōu)化應以湖北省和河南省在丹江口庫區(qū)飲用水水源地劃分成果為依據(jù)，充分結合一、二級飲用水水源保護區(qū)區(qū)界的水質監(jiān)測需求。

（3）水質監(jiān)測指標符合規(guī)劃要求。例如，將固定式水質自動監(jiān)測站變更為浮動式水質自動監(jiān)測站后，除了重金屬和綜合毒性等經濟或技術上較為困難的自動指標外，其他指標盡可能地接近原規(guī)劃的監(jiān)測指標數(shù)量。

此外，在滿足監(jiān)測功能前提下經費預算盡量不突破規(guī)劃概算，以使優(yōu)化方案具有其經濟可行性。

3　優(yōu)化結果

倉房—香花固定式監(jiān)測站變更為浮標站?？紤]河南省劃分的二級保護區(qū)與準保護區(qū)區(qū)界斷面的水質監(jiān)控需求，將該處固定式監(jiān)測站變更為浮標站，放置于區(qū)界斷面中間位置，其監(jiān)測結果更能代表保護區(qū)區(qū)界斷面和丹庫庫心水質。

龍口—浪河固定式監(jiān)測站變更為浮標站。根據(jù)現(xiàn)場實地勘察，該處地形條件較為復雜，將該處固定式監(jiān)測變更為浮動式自動監(jiān)測，更便于監(jiān)控從漢江進入漢庫的水質質量。

壩前固定式監(jiān)測站變更為浮標站。放置于湖北省劃分的二級保護區(qū)與準保護區(qū)區(qū)界斷面（蔡灣上游1 km）的中間位置，可更好地掌控保護區(qū)區(qū)界的水質狀況。

在陶岔引水閘閘前調整建設1處固定式監(jiān)測站。鑒于陶岔渠首水質監(jiān)控的重要性，在渠首閘前新增建設1處固定式水質監(jiān)測站。具體位置位于陶岔引水閘閘前左岸小張沖，離渠首閘約1.2 km。監(jiān)測指標與原規(guī)劃的壩前固定式水質自動監(jiān)測站相同，仍然為水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、葉綠素、總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬和綜合毒性，監(jiān)測方式為固定式水質自動監(jiān)測。同時，在該站建設1套氣象自動觀測系統(tǒng)。

在陶岔附近保護區(qū)區(qū)界調整建設1處浮動式水質監(jiān)測站。在陶岔附近水域一級與二級飲用水水源保護區(qū)區(qū)界斷面的中間位置調整建設1處浮動式水質自動監(jiān)測站，對保護區(qū)區(qū)界處的水質進行實時監(jiān)控。

青山—安陽固定式水質自動監(jiān)測站和盛灣—黃莊固定式水質自動監(jiān)測站的監(jiān)測方式和指標不變，新增1套氣象自動觀測系統(tǒng)。

優(yōu)化后的水質自動監(jiān)測方案概括為由5個固定站變更為3個固定站和4個浮動站。按照陶岔取水口的兩條匯水路徑進行布設，一條是漢庫匯入陶岔取水口的監(jiān)控線路，即青山—安陽固定站→龍口—浪河浮標站→壩前浮動站→陶岔水源保護區(qū)區(qū)界浮動站→陶岔固定站；另外一條是丹庫匯入陶岔取水口的監(jiān)控路線，即盛灣—黃莊固定站→倉房—香花浮動站→陶岔水源保護區(qū)區(qū)界浮動站→陶岔固定站（圖2）。

圖2　丹江口庫區(qū)水質自動監(jiān)測站網優(yōu)化圖Fig.2　The location of water quality automatic monitoring station after optimization in Danjiangkou Reservoir

4　結論與討論

本研究將規(guī)劃中5個固定式水質自動監(jiān)測站優(yōu)化調整為3個固定式水質自動監(jiān)測站和4個浮動式水質自動監(jiān)測站。優(yōu)化調整后，監(jiān)測指標、功能和總投資維持不變，監(jiān)測站點數(shù)量增加。優(yōu)化后的水質自動監(jiān)測站網可更好地適應丹江口水庫飲用水水源地保護的水質監(jiān)控需求，以及南水北調中線通水后的新形勢。

南水北調中線一期工程正式通水后，丹江口水庫水質監(jiān)測站網運行管理與水質應急監(jiān)測需求十分迫切，以優(yōu)化后的固定式和浮動式水質自動監(jiān)測站為基礎，進行水質自動監(jiān)測站網平臺建設是實現(xiàn)丹江口水庫水質實時監(jiān)控和突發(fā)污染事故快速預警的重要手段。因此，建議進一步研究建立丹江口庫區(qū)水質自動監(jiān)測站網信息化管理平臺，以便使各站點形成聯(lián)動組網監(jiān)測，實時掌握水質狀況和污染走向，更好地發(fā)揮各站點的監(jiān)測優(yōu)勢和更高效地應對突發(fā)性水污染事故。

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