精細化管理在寶安區(qū)河流水質(zhì)評估中的應(yīng)用

蘇媚，姚云峰，孫陽，莫瓊利

（1.深圳市生態(tài)環(huán)境局寶安管理局，廣東 深圳 518033；2.深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 深圳 518016；3.深圳安志生態(tài)環(huán)境有限公司，廣東 深圳 518063）

水環(huán)境監(jiān)測點位優(yōu)化，是指在經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的條件下，用最少的監(jiān)測點位，獲取具有代表性的水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)[1,2]。深圳市寶安區(qū)現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測點位通常設(shè)在河流下游斷面，自2017 年以來對市控斷面主要污染因子的監(jiān)測頻次為一周一次。市政污水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測仍處于空白。2020 年，深圳市水環(huán)境綜合整治基本完成，空港新城建設(shè)等工程也在進行中，流域水文、經(jīng)濟布局、管網(wǎng)分布、人口分布及污染源均發(fā)生了不同程度的變化。科學(xué)有效的監(jiān)測點位和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，是進行水環(huán)境管控和治理的基礎(chǔ)。在水生態(tài)環(huán)境管理工作中，深圳市寶安區(qū)先行先試，通過基于污染溯源、精細化管理的布點法對現(xiàn)有監(jiān)測點位進行優(yōu)化，構(gòu)建廠網(wǎng)河湖海一體化監(jiān)測體系，并運用大數(shù)據(jù)智慧分析系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)分析、挖掘，總結(jié)水質(zhì)時空變化規(guī)律，為水環(huán)境精細化管理、精準(zhǔn)執(zhí)法提供數(shù)據(jù)支撐。

1 寶安區(qū)河流水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀

目前寶安區(qū)納入考核監(jiān)測的河流共計64 條，包括茅洲河干流，10 條一級支流，13 條入庫支流，21 條入海河流，19 條二、三級支流。河流水質(zhì)監(jiān)測分為人工采樣監(jiān)測和自動在線監(jiān)測。其中，人工監(jiān)測斷面87 個，在線監(jiān)測站點88 個，包括1 個國控地表水在線監(jiān)測站、1 個省控地表水在線監(jiān)測站、20 個市控地表水在線監(jiān)測站和47 個視頻微站。

寶安區(qū)河流水質(zhì)人工監(jiān)測斷面87 個，通常位于河流下游河口或河流交匯口，監(jiān)測頻次為一周一次，監(jiān)測因子為流速、透明度、溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、氟化物、陰離子表面活性劑、氧化還原電位共9 項。月度監(jiān)測因子為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的24 項，以及流量、電導(dǎo)率、透明度、氧化還原電位、懸浮物。

目前寶安區(qū)地表水在線監(jiān)測站有22 個，主要分布在茅洲河干流、各大水庫、支流入河口。其中除國家站點——共和村在運行中外，其他站點均在建設(shè)中。地表水在線監(jiān)測站的監(jiān)測頻次為每4 小時一次，監(jiān)測因子為水溫、pH 值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、鹽度、化學(xué)需氧量、總有機碳、氨氮、總磷等共11 項。

為進一步鞏固治水效果，實現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)，寶安區(qū)通過建設(shè)在線視頻微站實現(xiàn)可視化監(jiān)控。已建設(shè)視頻微站47 個，分布于茅洲河一級支流入河口的有10 個，二、三級支流入河口的有13 個，入庫支流的有3 個，河流入?？诘挠?1 個。視頻微站的監(jiān)測頻次每10 分鐘一次，監(jiān)測因子為pH 值、氧化還原電位、溶解氧、氨氮濃度、濁度、視頻影像。

2 寶安區(qū)河流監(jiān)測點位優(yōu)化設(shè)置

2.1 監(jiān)測點位優(yōu)化原則

本文根據(jù)斷面布設(shè)的規(guī)范要求，綜合考量行政區(qū)劃和流域管理的一致性和完整性以及增強水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)的可操作性[3]，結(jié)合歷史水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理環(huán)境、河道情況、污染源分布、管網(wǎng)情況、入河排口分布等，以水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)為最終目標(biāo)導(dǎo)向，基于污染溯源、精細化管理的布點法開展監(jiān)測點位優(yōu)化工作。在寶安區(qū)市政污水處理設(shè)施進水口以及污水管網(wǎng)關(guān)鍵匯集點建設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測站，實現(xiàn)對管網(wǎng)水質(zhì)的全天候監(jiān)控，提升監(jiān)管能力。

2.2 基于污染溯源、精細化管理的布點法點位優(yōu)化設(shè)置

利用ArcGIS 構(gòu)建地理空間數(shù)據(jù)庫，將收集的水系分布、管網(wǎng)分布、監(jiān)測點位分布、污染源分布等信息的Kml 與Cad 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Esri-shp 格式數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，對相關(guān)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。從污染溯源、精細化管理角度出發(fā)進行優(yōu)化布點。

在寶安區(qū)6 個市政污水處理設(shè)施進水和管網(wǎng)關(guān)鍵匯集點安裝水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，共15 個固定監(jiān)測站點和3 個移動監(jiān)測站點。其中市政污水處理設(shè)施進水口水質(zhì)監(jiān)測站點6 個（WS1、WS8、WS9、WS10、WS11、WS12），管網(wǎng)污水關(guān)鍵匯集點12 個（WS2、WS3、WS4、WS5、WS6、WS7、WS13、WS14、WS15、WS16、WS17、WS18），另有3 個站點在拆遷重建中，再有3 個站點為移動監(jiān)測站。監(jiān)測頻次為每2 小時一次。結(jié)合各監(jiān)測站點受納的污水情況和水質(zhì)保障實際需要，設(shè)定監(jiān)測因子。管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測站點信息見表1。

表1 管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測站點信息

3 取得成效

3.1 寶安區(qū)河流水質(zhì)情況

根據(jù)2020 年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，寶安區(qū)已消除黑臭水體，整體水環(huán)境質(zhì)量得到顯著改善。根據(jù)2020 年1～12 月的月度考核數(shù)據(jù)，茅洲河國考、省考斷面水質(zhì)均得到顯著改善（見下圖），其中茅洲河共和村國考斷面氨氮濃度均值為1.73mg/L、總磷濃度均值為0.28mg/L，已達地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，與2019 年相比，氨氮濃度均值下降55.5%、總磷濃度均值同比降低48.0%；省考燕川斷面氨氮濃度均值為1.33mg/L、總磷濃度均值為0.25mg/L，已達地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與2019 年相比，氨氮濃度均值下降2.7%、總磷濃度均值降低23.7%；洋涌大橋（洋涌水閘）省考斷面氨氮濃度均值為1.45mg/L、總磷濃度均值為0.30mg/L，已達地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與2019 年相比，氨氮濃度均值下降49.8%、總磷濃度均值降低44.7%。

茅洲河國考、省考斷面的氨氮、總磷濃度環(huán)比變化趨勢

根據(jù)2020 年46 期“一周一測”監(jiān)測結(jié)果，以全年監(jiān)測數(shù)據(jù)達標(biāo)次數(shù)統(tǒng)計達標(biāo)率，得出以下結(jié)果：茅洲河10 條一級支流達標(biāo)率在60%以上的有9 條，占比90%；達標(biāo)率在60%以下的有1 條，為共和涌，主要超標(biāo)因子為氨氮、總磷。13 條入庫支流達標(biāo)率在60%以上的有11 條，占比85%；達標(biāo)率小于60%的有料坑水、牛城村水，其中，料坑水超標(biāo)22 次，達標(biāo)率為52%，主要超標(biāo)因子為氨氮和COD，牛城村水超標(biāo)28 次，達標(biāo)率為39%，主要超標(biāo)因子為總磷和COD。21 條入海河流達標(biāo)率在60%以上的有15 條，占比71%；達標(biāo)率小于60%的河流有6 條，分別為塘尾涌、福永河、下涌、坳頸涌、西鄉(xiāng)大道分流渠和沙福河，主要超標(biāo)因子為氨氮、總磷和COD。

3.2 管網(wǎng)水質(zhì)情況

根據(jù)2020 年3 月1 日至2021 年2 月28 日的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可知，寶安區(qū)市政污水管網(wǎng)水體主要超標(biāo)因子為氨氮、總磷和pH 值，未發(fā)現(xiàn)重金屬超標(biāo)。其中，市政污水處理設(shè)施進水口氨氮超標(biāo)主要集中在22 時至次日0 時，總磷超標(biāo)主要集中在20 時至次日0 時，但WS1 站點總磷超標(biāo)時段集中在6 時至14 時，在同一時段，WS1 站點pH 值也出現(xiàn)超標(biāo)情況。

市政污水管網(wǎng)關(guān)鍵匯集點氨氮超標(biāo)時段較為分散，總磷超標(biāo)主要集中在20 時至次日0 時，總鎳、總鉻、總氰化物、總銅偶有超標(biāo)。其中，WS4 站點總鎳超標(biāo)率為0.68%，超標(biāo)時段集中在18 時至次日8 時（占總超標(biāo)次數(shù)的88%）；總鉻超標(biāo)率為0.49%，出現(xiàn)在4 時至18 時，超標(biāo)時段較為分散；總氰化物超標(biāo)率為1.6%，集中在2 時至8 時（占總超標(biāo)次數(shù)的44%）；總銅偶有超標(biāo)，超標(biāo)率低于0.1%。

3.3 相關(guān)性分析

根據(jù)2020 年4 月22 日的WS1 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)智慧統(tǒng)計分析結(jié)果可知，pH 值與總磷、總銅濃度呈顯著負相關(guān)；總鎳與CODCr濃度呈顯著正相關(guān)，與總磷、總銅濃度呈顯著負相關(guān)。WS1 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析見表2。

表2 WS1 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析

2020 年4 月22 日的WS4 在線監(jiān)測結(jié)果表明，pH值與氨氮濃度呈顯著負相關(guān)；氨氮與總磷濃度呈顯著正相關(guān)；總鎳與總鉻濃度呈顯著負相關(guān)。WS4 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析見表3。

表3 WS4 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析

2020 年4 月22 日的WS2 在線監(jiān)測結(jié)果表明，pH值與總鎳濃度呈顯著負相關(guān)；總鎳與總磷濃度呈顯著正相關(guān)。WS2 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析見表4。

表4 WS2 站點水質(zhì)參數(shù)Pearson 相關(guān)性分析

3.4 典型案例

（1）通過廠網(wǎng)河湖海一體化監(jiān)測體系和大數(shù)據(jù)智慧分析系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)市政污水處理設(shè)施進水口主要超標(biāo)因子為氨氮、總磷和pH 值，主要集中在22 時至次日0 時，pH 值與總磷呈顯著負相關(guān)；市政污水管網(wǎng)關(guān)鍵匯集點總鎳、總鉻、總氰化物、總銅偶有超標(biāo)，主要集中在江碧片區(qū)。通過超標(biāo)預(yù)警、上下聯(lián)動、視頻監(jiān)控、管線排查檢測等手段，對涉嫌違法排污的區(qū)域開展集中執(zhí)法行動，共同打擊偷排、直排和超標(biāo)排污等違法行為，共檢查企業(yè)16 家，限期整改9 家。

（2）2021 年1 月15 日12 時20 分，通過視頻微站球機監(jiān)控，第一時間發(fā)現(xiàn)蝦山涌水閘前排放口有乳白色液體溢流，河流水體顏色異常，結(jié)合水體污染特征體系和AI 識別技術(shù)，快速圈定嫌疑污染源。于當(dāng)日16 時查明，某精密機械企業(yè)在搬遷廠房時將線切割機內(nèi)的乳化液偷排入雨水井流入蝦山涌，造成蝦山涌水體污染。

4 結(jié)語

精細化管理體系在寶安區(qū)河流水質(zhì)達標(biāo)評估中的創(chuàng)新應(yīng)用，可及時發(fā)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)偷排漏排或超標(biāo)排放行為，實現(xiàn)精準(zhǔn)執(zhí)法。2020 年寶安區(qū)水質(zhì)整體呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的態(tài)勢。

后期工作中將進一步完善水質(zhì)特征體系，加快水環(huán)境智慧化管控建設(shè)。采用云計算、區(qū)塊鏈、AI、GM碼等技術(shù)，構(gòu)建智慧化水環(huán)境監(jiān)測的“天眼地網(wǎng)”，搭建水質(zhì)評估智慧化管控SaaS 平臺。打通水環(huán)境監(jiān)測與執(zhí)法溯源“快捷道”，讓環(huán)境執(zhí)法由“大海撈針”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬苤强亍保瑢崿F(xiàn)水環(huán)境精細化管理，為持續(xù)改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供支持。