水質(zhì)自動(dòng)站在汛期水質(zhì)預(yù)警中的應(yīng)用與思考
——以宿遷市為例

樊冬玲 司堯迪 張超 尹若燕

（1. 江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇宿遷 223800；2. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局宿遷分局，江蘇宿遷 223800）

1 引言

汛期是指江河中由于流域內(nèi)季節(jié)性降水、融冰、化雪，引起定時(shí)性水位上漲的時(shí)期。宿遷市汛期主要是由于夏季暴雨和秋季連綿陰雨造成的。與非汛期相比，汛期具有降水強(qiáng)度大、降水頻次高等特點(diǎn)。降水沖刷，水泥污俱下，攜帶大量農(nóng)業(yè)面源污染物進(jìn)入毛渠、斗渠、支渠、干渠，城市道路污水、未徹底雨污分流的城市生活污水進(jìn)入雨水管道，最終匯入河湖水體，使汛期地表水質(zhì)狀況惡化。在大暴雨、特大暴雨時(shí)，洪水甚至?xí)_毀村鎮(zhèn)、農(nóng)田，進(jìn)而危及人民群眾飲水安全與生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996 年8 月洪水期間，石家莊上游山區(qū)共來水92.2 億m3，其中，超過地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的水高達(dá)89.1 億m3，占來水量的90%［1］。汛期水質(zhì)預(yù)警的重要性不言而喻。

宿遷市用約2 年時(shí)間建成50 多座水質(zhì)自動(dòng)站，實(shí)現(xiàn)全市“主動(dòng)脈”、重要“毛細(xì)管”基本全監(jiān)控。本文簡(jiǎn)述了汛期以來監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中遇到的問題，介紹了特殊情況的警情分析排除和警情報(bào)告，并提出后續(xù)預(yù)警工作改善建議。

2 水質(zhì)自動(dòng)站預(yù)警現(xiàn)狀及存在問題

2.1 基于自動(dòng)站水質(zhì)預(yù)警，缺少水量監(jiān)測(cè)，不能直觀體現(xiàn)水動(dòng)態(tài)變化

生態(tài)環(huán)境部門汛期水質(zhì)預(yù)警立足于本部門建設(shè)的水質(zhì)自動(dòng)站，從監(jiān)控水質(zhì)異常的角度出發(fā)，很少配備水位、水量、流向監(jiān)測(cè)模塊；水質(zhì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)僅僅體現(xiàn)水質(zhì)是否惡化，至于是上游來水差的影響，還是下游頂托倒流水差的影響，或者是局部的水質(zhì)惡化，很難直觀體現(xiàn)，尚需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘確定，嚴(yán)重制約警情判斷時(shí)效性。

2.2 監(jiān)管水質(zhì)自動(dòng)站數(shù)量多，但無水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，自動(dòng)化水平亟待提高

宿遷市現(xiàn)有50 多座水質(zhì)自動(dòng)站，尚未建成統(tǒng)一的水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)。宿遷市有14 座水質(zhì)自動(dòng)站在國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)綜合監(jiān)管平臺(tái)監(jiān)管，有40 座水質(zhì)自動(dòng)站在省級(jí)地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)管平臺(tái)監(jiān)管（其中14 座同時(shí)在國(guó)家級(jí)平臺(tái)），有25 座水質(zhì)自動(dòng)站在市級(jí)河湖水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)管（其中14 座同時(shí)在省級(jí)平臺(tái)）。全市所有水質(zhì)自動(dòng)站分散在不同的監(jiān)管平臺(tái)，尚無統(tǒng)一的可識(shí)別符合預(yù)警條件的預(yù)警監(jiān)管平臺(tái)，由人工盯看原始數(shù)據(jù)，甄別出符合預(yù)警條件的并發(fā)出預(yù)警報(bào)告，自動(dòng)化水平低。

2.3 自動(dòng)站加密監(jiān)測(cè)，但水質(zhì)數(shù)據(jù)上傳時(shí)間滯后，時(shí)效性仍需提升

飲用水水源地與跨省界水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警是預(yù)警的重中之重。進(jìn)入汛期以后，這2 類水質(zhì)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)頻次由非汛期4 h 監(jiān)測(cè)1 次加密為2 h 監(jiān)測(cè)1 次，但自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳基本發(fā)生在下一次采樣監(jiān)測(cè)后，上傳時(shí)效性較差，尤其是在降雨、行洪等特殊情況時(shí)，非常不利于及時(shí)了解水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化、報(bào)出警情報(bào)告。

2.4 暴雨或行洪時(shí)站房、棧橋、取水口等出現(xiàn)問題，基建外圍保障水平需要提高

在暴雨以上級(jí)別降水發(fā)生時(shí)，自動(dòng)站板皮房容易出現(xiàn)漏雨、斷電、斷網(wǎng)等現(xiàn)象，上游泄洪時(shí)易出現(xiàn)人工棧橋被淹、被沖垮現(xiàn)象，甚至取水頭被洪水沖走，基建外圍保障水平需要提高。

3 汛期特殊情況的警情分析排除、警情報(bào)告

3.1 溶解氧低于預(yù)警值的特殊情況分析排除

以宿遷市SHQ 水質(zhì)自動(dòng)站出現(xiàn)連續(xù)8 h 溶解氧低于汛期水質(zhì)目標(biāo)值，達(dá)到預(yù)警條件為例（見圖1）。SHQ 水質(zhì)自動(dòng)站為跨省界斷面水質(zhì)自動(dòng)站，設(shè)置目的為監(jiān)控上游安徽省來水水質(zhì)。分析該斷面每日溶解氧變化規(guī)律后發(fā)現(xiàn)，每日18：00 后溶解氧開始逐步降低，直至次日8：00 開始大幅升高，10：00 基本可以達(dá)到地表水Ⅳ類3 mg/L 標(biāo)準(zhǔn)限值。

圖1 宿遷市SHQ 水質(zhì)自動(dòng)站溶解氧變化曲線

現(xiàn)場(chǎng)了解到該斷面附近水草茂盛，溶解氧變化規(guī)律與水草光合作用、呼吸作用有關(guān)。每日18：00 后水草光合作用減弱，產(chǎn)氧量減少至無，日落入夜后僅發(fā)生呼吸作用，水體氧逐漸被消耗；次日8：00 后光照增加，水草光合作用增加，溶解氧含量隨之增加。綜合考慮后，判定為非預(yù)警情況。

以宿遷市SQ 水源地水質(zhì)自動(dòng)站出現(xiàn)溶解氧低于地表水Ⅲ類5 mg/L 目標(biāo)值為例（見圖2）。進(jìn)入汛期前，SQ 水源地出現(xiàn)溶解氧值低于地表水Ⅲ類5 mg/L 標(biāo)準(zhǔn)限值。經(jīng)與自動(dòng)站運(yùn)維方聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)考察后發(fā)現(xiàn)，一方面，進(jìn)入5 月溫度升高，水體中溶解氧濃度降低；另一方面，SQ 水源地采水頭至溶解氧分析儀器之間輸水管線很長(zhǎng)，管道中滋生的微生物代謝活動(dòng)消耗溶解氧，導(dǎo)致溶解氧降低。為避免汛期水質(zhì)誤報(bào)，在汛期到來前，采取截短輸水管線措施。

圖2 宿遷市SQ 水源地水質(zhì)自動(dòng)站溶解氧變化曲線

3.2 高錳酸鹽指數(shù)高于預(yù)警值的特殊情況分析排除

以宿遷市THDQ 水質(zhì)自動(dòng)站出現(xiàn)連續(xù)8 h 高錳酸鹽指數(shù)超汛期水質(zhì)目標(biāo)，達(dá)到預(yù)警條件為例（見圖3）。THDQ 水質(zhì)自動(dòng)站為跨省界斷面水質(zhì)自動(dòng)站，設(shè)置目的為監(jiān)控上游安徽省來水水質(zhì)。高錳酸鹽指數(shù)雖然達(dá)到預(yù)警條件，但經(jīng)向宿遷市水文部門了解，2020 年宿遷市駱馬湖飲用水水源地水位持續(xù)下降，為保障宿遷市市民生活用水，正通過該河匯入的河流徐洪河，從洪澤湖向駱馬湖調(diào)水，徐洪河河水逆流，THDQ 所在河流無法順流流入宿遷市徐洪河，形成回水區(qū)，水質(zhì)變差。雖然達(dá)到預(yù)警條件，但并非為上游來水水質(zhì)低于目標(biāo)值，綜合考慮后判定為非預(yù)警情況。

圖3 宿遷市THDQ 水質(zhì)自動(dòng)站高錳酸鹽指數(shù)變化曲線

以宿遷市ZZDK 水質(zhì)自動(dòng)站出現(xiàn)連續(xù)8 h 高錳酸鹽指數(shù)超汛期水質(zhì)目標(biāo)，達(dá)到預(yù)警條件為例（見圖4）。ZZDK 水質(zhì)自動(dòng)站為跨省界斷面水質(zhì)自動(dòng)站，設(shè)置目的為監(jiān)控上游安徽省來水水質(zhì)。經(jīng)向宿遷市水文部門了解，ZZDK 下游的雙溝大橋水文站未監(jiān)測(cè)到流量；現(xiàn)場(chǎng)勘查ZZDK 水質(zhì)自動(dòng)站附近發(fā)現(xiàn)，水體不流動(dòng)，采集水樣呈濃綠色且渾濁，水中藻類較多，初判為水體局部水質(zhì)惡化，并非上游來水水質(zhì)差，綜合考慮后判定為非預(yù)警情況。

圖4 宿遷市ZZDK 水質(zhì)自動(dòng)站高錳酸鹽指數(shù)變化曲線

3.3 未達(dá)到預(yù)警條件的特殊情況專報(bào)

以宿遷市新濉河DQ 跨省界斷面水質(zhì)自動(dòng)站為例，該斷面任一項(xiàng)指標(biāo)均沒有達(dá)到連續(xù)8 h 超水質(zhì)目標(biāo)值現(xiàn)象，僅氨氮連續(xù)4 h 3 組數(shù)據(jù)超過地表水Ⅴ類2 mg/L 限值（見圖5）。經(jīng)了解，上游安徽省正通過新濉河泄洪，判斷上游來水水質(zhì)較差導(dǎo)致DQ 斷面水質(zhì)惡化，雖沒有達(dá)到連續(xù)8 h 5 組數(shù)據(jù)超標(biāo)的預(yù)警條件，但在氨氮第2 次出現(xiàn)高值時(shí)即編制該斷面水質(zhì)異常波動(dòng)的專題報(bào)告。

圖5 宿遷市DQ 水質(zhì)自動(dòng)站氨氮指數(shù)變化曲線

4 汛期水質(zhì)自動(dòng)站預(yù)警建議

4.1 環(huán)保水利同址共建水質(zhì)水文站，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量雙預(yù)警

從生態(tài)環(huán)境部與水利部層面推動(dòng)統(tǒng)籌同址共建水文水質(zhì)站，可避免重復(fù)報(bào)批用地、洪評(píng)等相關(guān)手續(xù)，亦可避免重復(fù)建設(shè)站房，還可提升站房等外圍基建質(zhì)量，節(jié)省時(shí)間、用地，更高效地實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量雙預(yù)警。

4.2 建設(shè)統(tǒng)一水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)

從省級(jí)層面整合優(yōu)化現(xiàn)有監(jiān)管平臺(tái)，將國(guó)家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)水質(zhì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)全部接入平臺(tái)，升級(jí)平臺(tái)預(yù)警功能，按水源地、國(guó)省考、跨省界斷面等不同類型站點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警篩選條件，甄選出符合預(yù)警條件的水質(zhì)自動(dòng)站、生成預(yù)警報(bào)告，并與省級(jí)大數(shù)據(jù)平臺(tái)契合，直接向須知曉并處理警情的相關(guān)方發(fā)出預(yù)警報(bào)告。

4.3 提升水質(zhì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性

在建設(shè)水質(zhì)自動(dòng)站時(shí)或是汛期到來前，設(shè)定自動(dòng)站數(shù)據(jù)上傳時(shí)間，在數(shù)采儀獲取數(shù)據(jù)后，各個(gè)自動(dòng)站點(diǎn)盡快將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)管平臺(tái)，便于迅速掌握當(dāng)時(shí)水質(zhì)狀況，提升預(yù)警的時(shí)效性。

4.4 加強(qiáng)與同一地區(qū)、上下游地區(qū)的水利等相關(guān)部門聯(lián)合

推進(jìn)信息交流與互享，加強(qiáng)與地方環(huán)保、水利、水文、氣象等部門的溝通，積極與上下游進(jìn)行環(huán)保、水利、水文信息交互，及時(shí)或提前了解降雨預(yù)報(bào)、即時(shí)水文變化、閘壩開關(guān)等信息，確保預(yù)警準(zhǔn)確及時(shí)。