我國水資源保護(hù)的歷史及技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

湯榮生

摘 要：該文對(duì)近20年來的水資源保護(hù)及水污染防護(hù)相關(guān)的文獻(xiàn)做了梳理，提出了中國水資源保護(hù)的幾個(gè)歷史階段，分析了我國水污染問題防護(hù)從混亂到走向好轉(zhuǎn)但禁而不止的原因，提出利用現(xiàn)代科技手段監(jiān)測水環(huán)境，對(duì)生物監(jiān)測技術(shù)、遙感技術(shù)、電化學(xué)法、分光光度法等常用水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)手段做了介紹，分析了這些手段的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)我國水環(huán)境監(jiān)測站建設(shè)中存在的問題做了探討。

關(guān)鍵詞：水資源保護(hù)? 水污染? 水環(huán)境監(jiān)測? 監(jiān)測站

中圖分類號(hào)：TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

History and Technological Application of Water Resources Protection in China

TANG Rongsheng

（School of Information Technology， Taizhou Polytechnic College， Taizhou， Jiangsu Province， 225300 China）

Abstract： This paper reviews and sorts out the literature on water resources protection and water pollution protection in the past 20 years. It puts forward several historical stages of China's water resources protection， analyzes the reasons for the improvement of China's water pollution protection from chaos， puts forward the use of modern scientific and technological means to monitor the water environment， and introduces the common water environment monitoring technical means such as biological monitoring technology， remote sensing technology， electrochemical method and spectrophotometry， The advantages and disadvantages of these methods are analyzed， and the problems existing in the construction of water environment monitoring stations in China are discussed.

Key Words： Water resources protection; Water pollution; Water environment monitor; Monitoring station

1我國水環(huán)境保護(hù)的歷史和現(xiàn)狀

歷史上，我國對(duì)水環(huán)境的管理工作主要是防止水患和漕運(yùn)，集中體現(xiàn)在每年的黃河、長江的防汛工作及著名的“京杭大運(yùn)河”。這一階段落后的生產(chǎn)力不足以產(chǎn)生大規(guī)模的污染事件。真正意義上的水環(huán)境保護(hù)肇始于1972年的北京官廳水庫的水污染事件。受此事件的影響，我國相繼出臺(tái)了環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，建立了各種層級(jí)的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)。

水環(huán)境的管理和保護(hù)工作大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。

第一階段大致從1973年到1995年。國家相繼出臺(tái)了《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國水污染防治法》等法律法規(guī)。這一階段重點(diǎn)防治工業(yè)污染，以點(diǎn)源治理為主，但由于重視不夠，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重，直至形成了“有河皆污，有水皆臟”的局面。

第二階段大致從1995年到2005年。國家相繼出臺(tái)了《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》《中華人民共和國環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》等法律法規(guī)。試圖將環(huán)境保護(hù)前置到項(xiàng)目規(guī)劃階段，強(qiáng)化了流域水環(huán)境管理的制度建設(shè)。然而，2004年以來接踵而至的淮河、沱江、松花江等諸多流域重大污染事故，給我國流域水環(huán)境管理敲響了警鐘，不解決跨界污染問題，根本無法控制水污染的發(fā)生，更不用說水質(zhì)的改善。

第三階段大致從2006年到2014年。2006年國家環(huán)境保護(hù)總局正式成立五個(gè)區(qū)域環(huán)境保護(hù)督查中心，試圖加強(qiáng)對(duì)跨界環(huán)境問題的處理力度，解決流域水環(huán)境跨界問題。這一階段相繼出臺(tái)了《關(guān)于加強(qiáng)全國環(huán)保系統(tǒng)政務(wù)公開工作的意見》《環(huán)境行政復(fù)議辦法》《規(guī)范環(huán)境行政處罰自由裁量權(quán)若干意見》等法律法規(guī)，加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境保護(hù)行政主管部門的約束與規(guī)范。經(jīng)過治理，全國地表水水質(zhì)有所改善，全國I～Ⅲ類比例和劣V類比例呈穩(wěn)中向好的趨勢。

2015年以后為第四階段，中央提出要建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系，明確了地方政府在防污、治污方面的責(zé)任，地方政府過度強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)增長而弱化環(huán)境保護(hù)的沖動(dòng)受到了應(yīng)有的遏制。經(jīng)過多年的治理，目前我國地表水I～Ⅲ類斷面比例從27.4%上升到67.9%，劣V類斷面比例從36.5%下降到8.3%。通過網(wǎng)絡(luò)搜索引擎，我們可以發(fā)現(xiàn)，大范圍的水質(zhì)污染都發(fā)生在2018年之前，2018年之后只有小范圍點(diǎn)狀污染偶有發(fā)生。

2水污染原因解析

對(duì)于我國水污染問題屢禁不止的原因，很多學(xué)者給予了形形色色的解釋。一般認(rèn)為地方政府為了實(shí)現(xiàn)短期的經(jīng)濟(jì)增長，犧牲環(huán)境，以換取經(jīng)濟(jì)增長和職位晉升的機(jī)會(huì)[1];另外一方面，水資源配置博弈牽涉到政府、企業(yè)、公眾三方的利益，由于制度的缺失，長期以來，公眾在博弈格局中的弱勢地位，強(qiáng)化了污染的發(fā)生[2];公眾獲取環(huán)境信息面臨諸多法律障礙，實(shí)際無法有效參與環(huán)境保護(hù)活動(dòng)，也加劇了污染發(fā)生[3]。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測水環(huán)境中各類污染源，打破水環(huán)境信息孤島，可以實(shí)現(xiàn)公民有效監(jiān)督，將權(quán)利關(guān)進(jìn)籠子，同時(shí)震懾不法廠商，對(duì)于進(jìn)一步改善水環(huán)境具有深遠(yuǎn)的意義。

3 水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

為了實(shí)現(xiàn)十九大“魚翔淺底”的美好愿景，迫切需要建立以流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)為基礎(chǔ)的空間管控體系，督促地方政府建立資源環(huán)境承載監(jiān)測預(yù)警的調(diào)控機(jī)制，依法落實(shí)企業(yè)治污主體責(zé)任，積極引入現(xiàn)代科技成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的有效監(jiān)測，將污染事故消滅在萌芽狀態(tài)。國內(nèi)外在環(huán)境監(jiān)測方面進(jìn)行了若干有益的探索，目前主要有以下方法：（1）利用某些生物對(duì)水質(zhì)比較敏感的特點(diǎn)監(jiān)測水環(huán)境;（2）采用水污染遙感監(jiān)測技術(shù)等;（3）電化學(xué)法重金屬離子監(jiān)測方法;（4）分光光度法水質(zhì)監(jiān)測方法。

3.1 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

生物監(jiān)測技術(shù)利用某一特定生物或某一特定生物種群對(duì)于水質(zhì)變化較為敏感的特點(diǎn)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)。實(shí)踐中有以下這些做法：利用藻類等水生物種群監(jiān)測水質(zhì);利用細(xì)菌等異養(yǎng)生物在廢水出口下游大量增加的特點(diǎn)，監(jiān)控水質(zhì);利用浮游生物對(duì)毒性比較敏感這一特點(diǎn)來監(jiān)測水質(zhì)。與常規(guī)的手段相比，生物監(jiān)測技術(shù)比較容易根據(jù)生物的形狀分析水質(zhì)的污染情況和毒性，并提前給出預(yù)警信息。生物監(jiān)測技術(shù)分為指示生物監(jiān)測技術(shù)、群落生物監(jiān)測技術(shù)、細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)、底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)、生物傳感器監(jiān)測技術(shù)等。這一技術(shù)目前立足于現(xiàn)場采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)變化，更無法應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染事件，無法可靠測量污染物的種類和實(shí)際濃度，靈敏度和專一性不及理化監(jiān)測[4]。

3.2 遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測上的應(yīng)用

水體跟植物、土壤相比，具有對(duì)可見光吸收少、反射率低、透射率高，在近紅外波段則幾乎吸收全部入射光，透射率高的特點(diǎn)。遙感技術(shù)利用這一特點(diǎn)，可以有效監(jiān)測葉綠素、懸浮物濃度以及黃色物質(zhì)等水質(zhì)參數(shù)，尤其適合大面積區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測[5]。遙感技術(shù)從載體上可以分為衛(wèi)星遙感和航空遙感;按照電磁譜段可分為可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、高光譜遙感、超高光譜遙感、紫外遙感和微波遙感。遙感技術(shù)具有探測范圍大;受地形限制少;資料獲取速度快、周期短等特點(diǎn)。

衛(wèi)星遙感技術(shù)的監(jiān)測時(shí)效性取決衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源的時(shí)間分辨率。目前能夠獲得的時(shí)間分辨率有小時(shí)級(jí)、日/周級(jí)和旬/月級(jí)。隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的興起，遙感的時(shí)間分辨率在需要時(shí)可以大幅度提高。

目前我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每周對(duì)太湖、巢湖、滇池藍(lán)藻水華和富營養(yǎng)化的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測，開展了全國36個(gè)重點(diǎn)城市黑臭水體、80多個(gè)良好湖庫、300多個(gè)飲用水源地、近岸海域赤潮和溢油等遙感監(jiān)測[6]。

遙感技術(shù)目前對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測還局限在水華、富營養(yǎng)化、黑臭水體等的監(jiān)測，受氣候影響比較大，還缺乏對(duì)重金屬污染的監(jiān)測的有效手段。

3.3 電化學(xué)法在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

電化學(xué)法在水質(zhì)重金屬污染測定方面具有重要的地位。在實(shí)踐中可以分為陽極溶出伏安法和陰極溶出伏安法。其中陽極溶出伏安法使用更加廣泛。

陽極溶出伏安法首先在浸入樣品的電極上施加負(fù)電壓，此時(shí)，樣品中的金屬離子會(huì)富集到陽極表面，然后使外加電壓向正電壓方向掃描變化，富集在陽極上的金屬離子會(huì)析出，在陽極和陰極間形成電流，電流出現(xiàn)的峰值所對(duì)應(yīng)的電壓值和金屬離子的種類有關(guān)，電流峰值則和樣品中金屬離子的濃度有關(guān)。

電化學(xué)法監(jiān)測系統(tǒng)由取樣系統(tǒng)、電壓掃描系統(tǒng)、電壓電流采集系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)組成。

電化學(xué)法由于廢液問題，可能存在二次污染，目前不適合作為在線監(jiān)測系統(tǒng)使用。

3.4 分光光度法技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

分光光度法利用被測物質(zhì)在特定波長處會(huì)出現(xiàn)光吸收峰這一現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的定性或定量分析。分光光度法具有靈敏度高，最低下限可達(dá)4%～10%;準(zhǔn)確度高，相對(duì)誤差不高于5%;操作簡單;應(yīng)用廣泛，幾乎所有的無機(jī)離子和有機(jī)化合物都可以直接或間接用分光光度法測定[7]。

分光光度法測量系統(tǒng)由光源、吸收池、分光系統(tǒng)、CCD檢測系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成。光源一般采用6～12 V低壓鎢絲燈，光源發(fā)出連續(xù)頻譜光波照射到吸收池中的樣品上后，部分波長的光被樣品吸收，出射光線進(jìn)入分光系統(tǒng)，散射為單色光，再由CCD采集后送CPU處理，計(jì)算出樣品中的成分及含量，由顯示系統(tǒng)顯示或經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)中心。

分光光度法為了去除某些干擾，需要使用劇毒氰化物做遮蔽劑，因此目前也不適合在線監(jiān)測。

4水環(huán)境監(jiān)測成效及存在的問題

利用上文說提及的各項(xiàng)技術(shù)，我國已經(jīng)在全國范圍內(nèi)建立起各類水質(zhì)監(jiān)測站，對(duì)水位、水溫、濁度、氨氮含量、生物毒性、重金屬含量以及COD等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測，并通過互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，使管理部門能夠及時(shí)了解水質(zhì)的變化，并針對(duì)性地采取措施，防止重大污染事件的發(fā)生。

我國最早的水質(zhì)監(jiān)測站建成于1973年，1998年在天津建成第一個(gè)水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測自動(dòng)監(jiān)測站，2009年國家地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)向公眾實(shí)時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)。目前已形成了包括地表水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)、地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)、飲用水源地環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)、水污染防治專項(xiàng)規(guī)劃水體環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)、地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)和錳三角地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)等6個(gè)子網(wǎng)在內(nèi)的國家水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)[8]。除了固定的監(jiān)測站點(diǎn)，各地相繼建成了各類移動(dòng)監(jiān)測裝置，如監(jiān)測車、監(jiān)測船等用于應(yīng)急監(jiān)測。

監(jiān)測項(xiàng)目從最初的幾種上升到現(xiàn)在的幾十種。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站一般具有自動(dòng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)發(fā)布和查詢、水質(zhì)預(yù)警功能。一般用于排污口污水、地表水和水庫水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

目前我國水環(huán)境監(jiān)測上存在諸多問題。一是水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，部分站點(diǎn)交叉重疊，站點(diǎn)的代表性、覆蓋率存在一定問題;二是站網(wǎng)密度和監(jiān)測頻次還有待提高。圖1是江蘇省環(huán)境數(shù)據(jù)公眾服務(wù)平臺(tái)的截圖，從圖1可以看到，部分區(qū)域站點(diǎn)密度很高，而大量地區(qū)幾乎是空白;三是信息共享程度低，部門之間缺乏信息有效交流的機(jī)制，公眾也難以及時(shí)獲知水環(huán)境現(xiàn)狀;四是重水質(zhì)監(jiān)測，缺少水環(huán)境生態(tài)監(jiān)測的有效手段[9];五是大量的測量、測試儀器依賴進(jìn)口，數(shù)據(jù)的安全性方面存在隱患。六是由于金屬離子測量的特殊性，目前還不能做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測重金屬離子。

要解決上述問題，有必要全面規(guī)劃、建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測站;應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行改造，進(jìn)一步打破水環(huán)境監(jiān)測的信息孤島，實(shí)現(xiàn)相關(guān)部門信息的互聯(lián)互通，同時(shí)提高水質(zhì)數(shù)據(jù)向公眾發(fā)布的頻率，強(qiáng)化公眾監(jiān)督。相信不久的將來，我國的水質(zhì)污染事件將會(huì)進(jìn)一步減少，“綠水青山”的優(yōu)美自然風(fēng)光必將重現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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