我國新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：水環(huán)境監(jiān)測(cè)是水環(huán)境管理的重要組成部分，水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水環(huán)境管理精準(zhǔn)決策的重要方式。本文初步分析水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展歷程，系統(tǒng)闡述傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，深入研究自動(dòng)監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)和三維熒光四種新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，旨在為新型監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用推廣提供理論參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境監(jiān)測(cè);自動(dòng)監(jiān)測(cè);生物監(jiān)測(cè);遙感監(jiān)測(cè);三維熒光

中圖分類號(hào)：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.087

Research on application of new water environment monitoring technology in China

Sun Kang

（Jiangsu Suli Environmental Technology Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210036，China）

Abstract：Water environment monitoring is an important part of water environment management，and water environment monitoring technology is an important way to achieve accurate decision-making in water environment management.Preliminarily discuss the development process of water environment monitoring，systematically explain the application status of traditional water environment monitoring technology，and in-depth study the characteristics and application scope of four new types of water environment monitoring technology：automatic monitoring，biological monitoring， remote sensing monitoring and three-dimensional fluorescence.The application and promotion of monitoring technology provides theoretical reference.

Key words：Water environment monitoring;Automatic monitoring;Biological monitoring;Remote sensing monitoring;Three-dimensional fluorescence

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是水環(huán)境管理的基礎(chǔ)性工作，通過監(jiān)測(cè)能夠全面客觀反映水環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)，科學(xué)評(píng)估水污染防治成效，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)水環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)日益嚴(yán)峻的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已無法滿足水環(huán)境管理業(yè)務(wù)需要，亟須研究開發(fā)新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。我國新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)尚處于發(fā)展階段，新型監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展不一、功能各異。本文旨在于系統(tǒng)研究我國現(xiàn)有新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，明確新型監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用范圍和技術(shù)特點(diǎn)，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供方法指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 我國水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展歷程

我國水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作起步于1973年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，到“十二五”末，已基本形成手工采樣、實(shí)驗(yàn)分析為主，自動(dòng)監(jiān)測(cè)為輔的流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系和涵蓋主要水污染管控指標(biāo)、覆蓋重要涉水固定源的污染源監(jiān)督監(jiān)測(cè)體系，能夠基本說清流域水環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)，區(qū)域主要涉水污染源排放情況和主要污染物總量變化趨勢(shì)，有力支撐了水環(huán)境管理和水污染防治工作。“十三五”以來，隨著水污染防治攻堅(jiān)的不斷深入，對(duì)監(jiān)測(cè)支撐要求越來越高。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)功能局限，無法快速定位污染來源，無法精準(zhǔn)評(píng)估環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，難以滿足新形勢(shì)下水環(huán)境管理的迫切需求。研究開發(fā)穩(wěn)定迅速、功能齊全、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的新型監(jiān)測(cè)技術(shù)，是未來我國水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的工作重點(diǎn)。

2 傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)以手工監(jiān)測(cè)方式為主，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為COD、氨氮、總磷等。采用手工監(jiān)測(cè)方式，采樣人員需要預(yù)先前往目標(biāo)點(diǎn)位進(jìn)行采樣，水樣采集完畢后送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水質(zhì)分析。手工監(jiān)測(cè)是當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最廣泛、方法最簡便的監(jiān)測(cè)方式，具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、監(jiān)測(cè)指標(biāo)齊全、適用范圍廣泛等特點(diǎn)。當(dāng)前水環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，新型污染物問題日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已無法滿足更加精細(xì)的水環(huán)境管理需求。當(dāng)發(fā)生突發(fā)性水污染事故時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)就表現(xiàn)出一定的局限性，往往不能第一時(shí)間反映事故發(fā)生當(dāng)時(shí)水質(zhì)的變化情況，具有相對(duì)滯后性，無法滿足水污染事故及時(shí)分析和應(yīng)急處理需求。在面對(duì)復(fù)雜嚴(yán)苛的取樣條件時(shí)，采樣人員無法及時(shí)前往取樣現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)采樣點(diǎn)位和分析指標(biāo)較多時(shí)，需要投入大量的人力物力，給監(jiān)測(cè)部門組織管理造成巨大壓力，不利于水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的長期穩(wěn)定發(fā)展。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，新型污染物不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在面對(duì)新型污染物時(shí)表現(xiàn)乏力，無法客觀反映當(dāng)前水環(huán)境質(zhì)量狀況。針對(duì)上述傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的不足，亟須研究開發(fā)新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，為水環(huán)境管理提供強(qiáng)力支撐。

3 新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

我國水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代初，隨著近40年的發(fā)展，水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)已成為我國水環(huán)境管理的重要工具，在水環(huán)境管理中取得顯著成效[1]。水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)水域水質(zhì)情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，方便管理部門的決策領(lǐng)導(dǎo)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)響應(yīng)不及時(shí)的缺陷。水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)警方面優(yōu)勢(shì)明顯，通過構(gòu)建水環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)平臺(tái)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為相關(guān)職能部門提供應(yīng)急處置措施依據(jù)，大大提升了水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力。當(dāng)前水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，也存在不同問題。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資、運(yùn)維成本較高，相關(guān)耗材價(jià)格昂貴;對(duì)相關(guān)技術(shù)人員要求高，技術(shù)人員需經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，具備運(yùn)行、維護(hù)、管理自動(dòng)站的能力;自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會(huì)影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行;自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性受多種因素影響，需要定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)校正。

3.2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用生物體對(duì)污染物或環(huán)境變化所產(chǎn)生的敏感性來判斷水體環(huán)境的污染程度，與理化監(jiān)測(cè)共同構(gòu)成水環(huán)境監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容[2]。隨著水環(huán)境保護(hù)工作的深入推進(jìn)，常規(guī)的理化監(jiān)測(cè)技術(shù)已無法全面、客觀地說明水環(huán)境質(zhì)量狀況，由水環(huán)境質(zhì)量變化引起的生物學(xué)變化過程則能直接反映出水環(huán)境質(zhì)量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有以下幾方面特點(diǎn)：可在一定區(qū)域內(nèi)反映水體長期受污染狀況;某些生物對(duì)特定污染物或微量污染物具有高度敏感性，克服了部分儀器檢測(cè)受限的問題;在生態(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈可將微量污染物質(zhì)進(jìn)行富集，當(dāng)達(dá)到食物鏈末端時(shí)，污染物濃度可提高至數(shù)萬倍;同一生物針對(duì)不同污染物類型具有不同的癥狀反應(yīng)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)相互配合，共同為水環(huán)境管理持續(xù)助力，但生物監(jiān)測(cè)耗時(shí)長、不同地域生物存在差異性、指示生物對(duì)毒物耐受性研究不深入等都說明生物監(jiān)測(cè)技術(shù)仍具有廣闊的發(fā)展空間。

3.3 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)是指在不直接接觸目標(biāo)地物的情況下，對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)、識(shí)別和獲取地物信息的過程[3]。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方式受自然條件和時(shí)空等因素影響，具有一定局限性，而遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有宏觀、綜合、動(dòng)態(tài)和快速等特點(diǎn)，在分析流域水質(zhì)變化趨勢(shì)方面優(yōu)勢(shì)突出。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要原理是被污染或含有某種物質(zhì)的水體具有獨(dú)特而區(qū)別于潔凈水體的光譜特征。諸如水中懸浮物、藻類、化學(xué)物質(zhì)、溶解性有機(jī)物等水體組分，因影響光的反射、吸收和后向散射而在遙感圖像上反映出來，從而根據(jù)其在圖像上的反映推斷出水體的水質(zhì)參數(shù)。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)常用于水體富營養(yǎng)化、泥沙污染、熱污染、廢水污染、石油污染等類型。相比于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)仍處于研究探索階段，未來主要向高光譜分辨率、水質(zhì)參數(shù)模型和水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目等方面進(jìn)行發(fā)展。

3.4 三維熒光監(jiān)測(cè)技術(shù)

三維熒光監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用熒光強(qiáng)度和波長進(jìn)行定量、定性檢測(cè)的分析方法。在環(huán)境水體中，微生物在降解有機(jī)物的過程中產(chǎn)生具有熒光活性化合物的酶、輔酶、色素、代謝產(chǎn)物等，在紫外光的激發(fā)下發(fā)出其特征熒光[4]。環(huán)境水體中存在各種離子和有機(jī)物，部分離子和有機(jī)物可能會(huì)在可溶性有機(jī)物（DOM）測(cè)定過程中發(fā)生熒光淬滅從而降低熒光物質(zhì)的強(qiáng)度。因此，DOM熒光物質(zhì)的強(qiáng)度不僅與其組分和濃度有關(guān)，還受溫度、pH和金屬離子的影響。當(dāng)前，三維熒光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于飲用水水源監(jiān)測(cè)、湖泊富營養(yǎng)化成因分析及廢水生物處理性能評(píng)價(jià)等方面，與平行因子分析法、主成分回歸和偏最小二乘回歸等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法結(jié)合共同成為復(fù)雜多組分體系三維熒光解析手段。三維熒光技術(shù)具有靈敏度高、操作簡便、檢測(cè)迅速、試劑消耗量少和不破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)，但在有毒有害物質(zhì)、農(nóng)藥殘留和熒光光譜技術(shù)模型等方面仍存在一些不足，有待進(jìn)一步研究優(yōu)化。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)已無法滿足日益復(fù)雜嚴(yán)峻的水污染問題，新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展為水環(huán)境管理及污染防治提供了有效支撐。新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)反應(yīng)不及時(shí)、監(jiān)測(cè)不穩(wěn)定、監(jiān)測(cè)指標(biāo)單一等問題，在預(yù)測(cè)預(yù)警、長期監(jiān)測(cè)、新型污染物防治等方面具有突出優(yōu)勢(shì)。由于新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)尚處于研究探索階段，在特定環(huán)境水體中應(yīng)用受限，諸多關(guān)鍵技術(shù)仍需進(jìn)一步攻克突破。新型水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)在未來必將成為我國水環(huán)境管理領(lǐng)域重要的決策工具，深入探索新技術(shù)的基本原理，不斷發(fā)展新技術(shù)的功能應(yīng)用，是今后我國水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]何志峰.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水環(huán)境中的技術(shù)應(yīng)用[J].節(jié)能，2019，38（07）：80-81.

[2]戴舒雅，余儉，丁波，等.生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].污染防治技術(shù)，2013，26（05）：62-65+71.

[3]喻文科，秦普豐，周俊宇，等.水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的遙感應(yīng)用探討[J].綠色科技，2013（04）：183-187.

[4]孔赟，朱亮，呂梅樂，等.三維熒光光譜技術(shù)在水環(huán)境修復(fù)和廢水處理中的應(yīng)用[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（09）：1647-1654.

收稿日期：2020-10-28

作者簡介：孫康（1981-），男，漢族，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。