地表水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展探討

谷輝寧，盧一杰，謝海星

（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210019）

自動監(jiān)測技術(shù)是以自動化技術(shù)和設(shè)備為載體，對地表水環(huán)境進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，精準(zhǔn)掌握影響地表水環(huán)境健康的污染物質(zhì)，制定相應(yīng)防控策略，協(xié)同各方力量共同保護(hù)地表水環(huán)境，防止水污染的蔓延，提高水資源利用率。從自動監(jiān)測技術(shù)在地表水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，建立健全自動監(jiān)測系統(tǒng)，確保監(jiān)測結(jié)果能夠自動驗(yàn)收，完善數(shù)據(jù)審核流程是最為基本的要求，而實(shí)際上自動監(jiān)測技術(shù)仍然存在一些缺陷問題需要解決，這給其未來發(fā)展指明了方向。加強(qiáng)自動監(jiān)測技術(shù)的研究和創(chuàng)新，爭取最大化彰顯自動監(jiān)測技術(shù)價(jià)值，增強(qiáng)水污染防控實(shí)效性，打造健康的地表水環(huán)境，保障社會公眾的用水安全及社會生產(chǎn)的持續(xù)高效開展，社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展將成為現(xiàn)實(shí)。

1 加強(qiáng)地表水環(huán)境監(jiān)測的必要性

近些年來，我國環(huán)境保護(hù)工作持續(xù)開展，在地表水環(huán)境治理方面不斷積累經(jīng)驗(yàn)，嘗試運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備創(chuàng)新監(jiān)測方式，了解地表水污染的發(fā)生和發(fā)展情況，制定污染治理方案，盡可能從源頭上防控地表水污染問題的發(fā)生，提高供水質(zhì)量，滿足社會生產(chǎn)及人們生活對水資源的旺盛需求，切實(shí)保障地表水環(huán)境安全。新時(shí)期加強(qiáng)地表水環(huán)境監(jiān)測工作具有以下幾點(diǎn)重要意義：

首先，地表水環(huán)境的健康程度不僅會直接決定水質(zhì)，而且會對周圍環(huán)境造成影響，需要持續(xù)動態(tài)地對地表水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，收集完整信息，通過對信息的整合分析，把握地表水環(huán)境變化狀況，以此為依據(jù)構(gòu)建地表水環(huán)境治理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對地表水環(huán)境的科學(xué)治理。其次，開展地表水環(huán)境監(jiān)測工作，在發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)有異常時(shí)迅速查明污染源頭和傳播途徑，啟動應(yīng)急管理機(jī)制，降低地表水污染引起的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣影響，防止受到污染的水資源被應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中，確保生產(chǎn)生活用水質(zhì)量達(dá)標(biāo)[1]。最后，地表水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、分析和處理要依靠現(xiàn)代信息技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及自動監(jiān)測技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，構(gòu)建信息化、自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可以在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)全方位、全面性地對地表水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，督促企業(yè)單位按照國家相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)排放污水廢水，積極改革生產(chǎn)工藝，節(jié)約水資源，提高水資源利用率，在全社會共同努力之下，地表水環(huán)境保護(hù)必將取得卓越成效。

2 自動監(jiān)測與人工監(jiān)測的對比分析

相比于長久以來廣為應(yīng)用的人工監(jiān)測技術(shù)，自動監(jiān)測技術(shù)可以說是信息時(shí)代的重要產(chǎn)物，將其應(yīng)用到地表水環(huán)境監(jiān)測工作中，徹底顛覆傳統(tǒng)工作模式，對工作人員專業(yè)素質(zhì)提出了更高要求。由于自動監(jiān)測技術(shù)對自動監(jiān)測儀器的依賴性極強(qiáng)，儀器性能對監(jiān)測結(jié)果有著決定性影響，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，靈敏度高的自動監(jiān)測儀器，會顯著提高水質(zhì)監(jiān)測和分析效率，減少數(shù)據(jù)誤差，水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果在地表水環(huán)境保護(hù)工作中也能有效發(fā)揮作用。一般來說，地表水環(huán)境監(jiān)測工作中采集的樣本要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)妥善保管，運(yùn)用自動監(jiān)測儀器對水質(zhì)五參數(shù)、無機(jī)陰離子、有機(jī)污染物、金屬、其他化合物等實(shí)施監(jiān)測，通過對自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用效果的分析不難發(fā)現(xiàn)，與人工監(jiān)測相比，自動監(jiān)測技術(shù)的改良要重點(diǎn)落實(shí)兩個(gè)方面：

一方面，自動監(jiān)測儀器的靈敏度有待提高，這是因?yàn)槿斯けO(jiān)測會提前運(yùn)用萃取、稀釋等方式對水質(zhì)樣本進(jìn)行處理，調(diào)整待測物濃度，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析，得到的監(jiān)測結(jié)果參考價(jià)值較高。但是使用自動監(jiān)測技術(shù)無法消除干擾物，導(dǎo)致測試結(jié)果受到干擾物的影響出現(xiàn)較大偏差，無法為地表水環(huán)境治理提供可靠支持；且自動監(jiān)測儀器運(yùn)行容易受到外界環(huán)境的影響，使用和維護(hù)成本高昂，限制了自動監(jiān)測技術(shù)在地表水環(huán)境監(jiān)測工作中的推廣，說明自動監(jiān)測儀器性能亟需加以優(yōu)化。另一方面，自動監(jiān)測方式的采樣方式有待創(chuàng)新，人工監(jiān)測可以隨機(jī)在待測區(qū)域采集多個(gè)樣本，運(yùn)用自動監(jiān)測技術(shù)，通常在河岸邊設(shè)置單獨(dú)的采水泵，會將采集樣本直接輸送至自動監(jiān)測儀器，采集樣本過于單一，采樣方式不夠靈活，水質(zhì)樣本不具有代表性，地表水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果備受質(zhì)疑[2]。

3 地表水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中需注意的問題

3.1 保障自動監(jiān)測系統(tǒng)的完整性

自動監(jiān)測儀器及相應(yīng)配套設(shè)備是開展地表水環(huán)境自動監(jiān)測工作的重要基礎(chǔ)，利用這些儀器設(shè)備構(gòu)建完整的自動監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，開展日常性檢查和維護(hù)工作，提高工作人員專業(yè)素質(zhì)，致力于為提高監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性提供各項(xiàng)保證。在地表水環(huán)境監(jiān)測過程中倘若自動監(jiān)測儀器沒有提前清洗、消毒、檢修，極有可能出現(xiàn)運(yùn)行不良，引發(fā)二次污染問題，因此工作人員需要對自動監(jiān)測系統(tǒng)的各個(gè)組成儀器設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化管理，將日常性養(yǎng)護(hù)和定期檢查相結(jié)合，防范自動監(jiān)測儀器故障影響地表水環(huán)境監(jiān)測的正常開展。鑒于工作人員在自動監(jiān)測儀器檢查維護(hù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方面起到的關(guān)鍵性作用，加強(qiáng)對工作人員的教育培訓(xùn)，增加工作人員對自動監(jiān)測技術(shù)的了解，提高其職業(yè)能力和職業(yè)道德水平，確保將崗位職責(zé)落到實(shí)處，地表水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)即可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)功能將不斷優(yōu)化，更加適用于新時(shí)代地表水環(huán)境自動化監(jiān)測工作要求。

3.2 保障能夠自動驗(yàn)收監(jiān)測結(jié)果

我國法律法規(guī)中關(guān)于地表水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的驗(yàn)收考核有著詳細(xì)論述，明確指出水質(zhì)監(jiān)測站要依托于相關(guān)法規(guī)開展自動監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收工作，根據(jù)驗(yàn)收成果了解自動監(jiān)測系統(tǒng)性能缺陷，細(xì)化地表水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)，確保監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確度和精度符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在地表水環(huán)境污染治理工作中發(fā)揮有益導(dǎo)向[3]。隨著自動監(jiān)測系統(tǒng)的不斷完善，以往所建立的驗(yàn)收考核制度滯后性會愈發(fā)明顯，并不能適用于當(dāng)前地表水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果自動驗(yàn)收需求，驗(yàn)收流程不嚴(yán)密，監(jiān)控指標(biāo)有疏漏，不利于對地表水環(huán)境的整體全面把握，水污染治理和水環(huán)境保護(hù)工作效果遭受重大挑戰(zhàn)。建立健全規(guī)章制度和指標(biāo)體系，促使水質(zhì)監(jiān)測站清晰認(rèn)識到自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行及完善等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作重點(diǎn)，按部就班完成各項(xiàng)工作任務(wù)，保證地表水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可信，縮小監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差，持續(xù)提升系統(tǒng)自動化、智能化水平，為環(huán)境污染治理工作貢獻(xiàn)一份力量。

4 地表水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展路徑

盡管我國現(xiàn)已構(gòu)建了比較完善的地表水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，自動監(jiān)測技術(shù)在實(shí)踐工作中的應(yīng)用取得了豐碩成果，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，然而自動監(jiān)測技術(shù)在地表水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用仍然存在一些不足亟待改善，具體包括：一是采集樣本數(shù)量少，對地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)缺乏足夠信息，現(xiàn)有自動化技術(shù)手段無法測定優(yōu)質(zhì)水體，給水資源保護(hù)和利用制造了難題。二是自動監(jiān)測技術(shù)與人工監(jiān)測未能實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，所得監(jiān)測數(shù)據(jù)在使用上缺少完整制度和標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍狹窄，發(fā)揮作用有限，給自動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展造成了不小的阻礙。三是運(yùn)用自動監(jiān)測技術(shù)獲取地表水環(huán)境信息，系統(tǒng)平均檢測頻率為6次/d，運(yùn)行成本高達(dá)22萬元，超過人工監(jiān)測費(fèi)用4倍有余，所得監(jiān)測結(jié)果不足人工監(jiān)測的1/3，自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)成本約180萬元，自動監(jiān)測儀器使用8年后就要報(bào)廢，不得不更新儀器設(shè)備，可見高成本、低回報(bào)同樣會制約自動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展步伐[4]。

信息時(shí)代背景下，地表水環(huán)境的自動化監(jiān)測成為大勢所趨，自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用將打開地表水環(huán)境監(jiān)測工作的全新篇章，將工作人員徹底從繁瑣枯燥的樣本采集、設(shè)備操作和數(shù)據(jù)分析等工作中解放出來，憑借真實(shí)客觀的監(jiān)測結(jié)果提升地表水環(huán)境保護(hù)與污染治理水平，具有劃時(shí)代的意義。經(jīng)過上文對自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，現(xiàn)提出幾點(diǎn)自動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展可行路徑。

4.1 有選擇性地增加監(jiān)測因子

造成地表水污染的因素多種多樣，憑借目前構(gòu)建的自動監(jiān)測系統(tǒng)無法全面有效地測定污染因子，導(dǎo)致污染治理工作過于盲目，耗費(fèi)大量人力物力資源卻沒有取得預(yù)期效果，自動監(jiān)測技術(shù)在地表水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用受到巨大爭議。以生物污染為例，這在地表水環(huán)境自動化監(jiān)測工作中比較典型，因微生物超標(biāo)引起了嚴(yán)重的水污染問題，微生物在水體中大肆繁殖，河流湖泊的流動將微生物帶入附近水體，污染問題進(jìn)一步蔓延，人體健康深受其害?？墒亲詣颖O(jiān)測技術(shù)無法檢測出具體哪種微生物是污染地表水環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)祝|(zhì)監(jiān)測結(jié)果僅僅反映了水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，缺少工作方向。為了促進(jìn)自動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，要增加監(jiān)測因子，提高自動監(jiān)測儀器的靈敏度，滿足監(jiān)控敏感區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域水質(zhì)狀況的需求，確保不同氣候環(huán)境下自動監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，監(jiān)測結(jié)果精度較高，對優(yōu)良水體水質(zhì)予以準(zhǔn)確評價(jià)，自動監(jiān)測技術(shù)在地表水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用將給水污染治理和水資源利用帶來積極影響。

4.2 提升自動監(jiān)測系統(tǒng)集成化水平

現(xiàn)階段，自動監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為水質(zhì)監(jiān)測站的重要組成部分，受到資金和資源的制約，有些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠完善，適用范圍狹窄，自動監(jiān)測技術(shù)并未被水質(zhì)監(jiān)測站領(lǐng)導(dǎo)和基層員工所認(rèn)知，系統(tǒng)維護(hù)管理工作難于落實(shí)，地表水環(huán)境自動監(jiān)測流于形式。加大自動監(jiān)測技術(shù)宣傳力度，向水質(zhì)監(jiān)測站全體成員普及自動監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢，采用分級建設(shè)模式，將微型站或簡易站應(yīng)用于無法進(jìn)行站房建設(shè)的點(diǎn)位，將太陽能浮標(biāo)應(yīng)用于取水難度較大的地方，如入海河口、湖泊等，對于必須準(zhǔn)確測定的斷面采用定量分析的儀器，對于水質(zhì)預(yù)警與變化趨勢監(jiān)控?cái)嗝娌捎霉庾V分析儀，以提高自動監(jiān)測精度，節(jié)約成本投入，給自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用提供硬件支持。軟件建設(shè)上也不能落后，加強(qiáng)軟件開發(fā)和升級，與其他系統(tǒng)平臺進(jìn)行對接，促進(jìn)數(shù)據(jù)信息在不同平臺上的流通，提高數(shù)據(jù)信息利用率。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫，收集數(shù)據(jù)后及時(shí)審核，確定無誤后才能入庫，從根本上避免采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致的地表水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果誤差[5]。

4.3 做好水質(zhì)自動監(jiān)測的質(zhì)控工作

自動監(jiān)測系統(tǒng)是自動監(jiān)測技術(shù)的載體，保證地表水環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性，是提高地表水污染治理工作效率，降低污染治理成本，促進(jìn)自動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的重要舉措。加強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，需要工作人員能夠做好自動監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)維管理工作，防止系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生故障，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。系統(tǒng)中設(shè)置有分析儀器，在獲得地表水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)后迅速傳遞給分析儀器，會自動判斷相應(yīng)數(shù)據(jù)價(jià)值，不符合條件的數(shù)據(jù)自動篩除出去，以免成為干擾信息，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。通過定期比對自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果與地表水環(huán)境的實(shí)際水質(zhì)，及時(shí)糾正系統(tǒng)偏差，優(yōu)化系統(tǒng)功能，維持系統(tǒng)安全運(yùn)行。對工作人員的審核責(zé)任予以劃分，明確數(shù)據(jù)信息的入庫程序，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量。在自動監(jiān)測系統(tǒng)的有力支撐下，地表水環(huán)境自動監(jiān)測工作得以長遠(yuǎn)開展，自動監(jiān)測技術(shù)也能被更多大眾所熟知，獲得廣闊的發(fā)展空間。

4.4 加強(qiáng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用

眾所周知，地表水環(huán)境監(jiān)測工作需要長期、持續(xù)開展，在自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用過程中不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，了解地表水污染形成原因和發(fā)生規(guī)律，采取多種措施治理污染問題，地表水污染治理工作降本增效目標(biāo)才可順利實(shí)現(xiàn)。自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行期間會自動采集地表水環(huán)境數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)價(jià)值較低，要提前篩除，剩余數(shù)據(jù)必然是具有一定關(guān)聯(lián)性、價(jià)值較高的，經(jīng)過綜合分析，挖掘數(shù)據(jù)之間聯(lián)系及對地表水環(huán)境產(chǎn)生的影響。提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用率，可從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)進(jìn)行探索和研究：進(jìn)一步研究自動監(jiān)測結(jié)果與手工監(jiān)測結(jié)果的可比性和等效性，研究自動監(jiān)測模式用于地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的技術(shù)規(guī)范與方法。開發(fā)適用于自動監(jiān)測的新的監(jiān)測分析方法，研制適合不同水質(zhì)和不同水體的自動監(jiān)測儀器設(shè)備，研究保障自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的質(zhì)控措施與評價(jià)方法，完善水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)體系[6]。

4.5 構(gòu)建地表水環(huán)境預(yù)警機(jī)制

在地表水環(huán)境保護(hù)工作中堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則，鞏固現(xiàn)有工作成果，在發(fā)現(xiàn)污染問題的第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警，控制地表水污染的滋生和蔓延，持續(xù)改善地表水環(huán)境，提高水質(zhì)質(zhì)量。自動監(jiān)測技術(shù)給相關(guān)工作開展提供了新的思路，自動監(jiān)測技術(shù)中融入預(yù)警機(jī)制極為關(guān)鍵。將河流水質(zhì)與流速、流量、污染源排放量等因素相結(jié)合，構(gòu)建三維立體模型，導(dǎo)入監(jiān)測數(shù)據(jù)，找尋不同污染物濃度變化之間的相互聯(lián)系，探究其中的原因，確立水質(zhì)可能出現(xiàn)變化的閾值點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水站對地表水環(huán)境水質(zhì)預(yù)警預(yù)測的功能。開發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析工具和預(yù)警表征發(fā)布平臺是自動監(jiān)測技術(shù)未來發(fā)展的一個(gè)方向，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)測預(yù)警模擬分析的可視化表達(dá)，直觀展現(xiàn)污染物濃度變化，便于工作人員迅速得到準(zhǔn)確結(jié)論，制定科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡乇硭廴局卫矸桨浮?/p>

5 結(jié)語

新形勢下，地表水環(huán)境保護(hù)及地表水污染治理的協(xié)同開展要依賴于自動監(jiān)測技術(shù)，利用自動監(jiān)測儀器及配套設(shè)備構(gòu)建完善的自動監(jiān)測系統(tǒng)，保證能夠自動驗(yàn)收監(jiān)測結(jié)果，發(fā)揮系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值。工作人員要對自動監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行原理、主要構(gòu)成、維護(hù)方式等予以全面掌握，以便能夠規(guī)范實(shí)施設(shè)備運(yùn)維管理工作，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)完整性及監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。未來，自動監(jiān)測技術(shù)有著無限廣闊的發(fā)展空間，應(yīng)增加監(jiān)測因子，提升自動監(jiān)測系統(tǒng)集成化水平，嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)利用率，構(gòu)建地表水環(huán)境預(yù)警機(jī)制，推動地表水環(huán)境監(jiān)測工作的自動化、規(guī)范化發(fā)展。