蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站(蘇州市環(huán)境監(jiān)控中心) 王莉婕
隨著我國人口數(shù)量的持續(xù)增長及工業(yè)化發(fā)展的不斷革新,水資源逐漸成為我國發(fā)展中的稀缺物資,與此同時(shí),受污染的水資源所占的比例越來越高。只有通過更先進(jìn)的治理方式和理論,對(duì)有限的水資源進(jìn)行精細(xì)管理,才能有效配置水資源,避免不必要的資源浪費(fèi)和污染,進(jìn)而保障我國居民和行業(yè)的用水需求。目前,政府部門對(duì)水資源的控制越來越嚴(yán)格,并逐步向高密度監(jiān)測(cè)發(fā)展,以確保我國水資源的安全,而水資源監(jiān)測(cè)治理的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)緩解我國水資源短缺具有重要意義。
水資源監(jiān)測(cè)是近兩年來隨著水資源管理的逐步深入和水文學(xué)在廣度和深度上的發(fā)展而產(chǎn)生的一個(gè)新的術(shù)語和概念。水資源監(jiān)測(cè)是指直接為水資源的管理、保護(hù)、調(diào)度和配置服務(wù)的水量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)。水資源監(jiān)測(cè)有廣義和狹義之分:廣義水資源監(jiān)測(cè)是水文監(jiān)測(cè);狹義的水資源監(jiān)測(cè)直接是指對(duì)當(dāng)前或未來的水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)的綜合性資源管理服務(wù)。為了區(qū)別于傳統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè),突出其重要性,廣義的水資源監(jiān)測(cè)是指狹義的水資源監(jiān)測(cè)概念[1]。
傳統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè)工作是以天然河流等天然水體為主要對(duì)象,收集系統(tǒng)、連續(xù)的水資源數(shù)據(jù),是水文水資源分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水利設(shè)施越來越多,大部分河流的自然運(yùn)行方式發(fā)生變化,人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響越來越明顯。河流中測(cè)得的水資源數(shù)據(jù)往往失去自然徑流的代表性,同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置,水利工程的規(guī)劃和運(yùn)行必須以準(zhǔn)確、及時(shí)的水監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)。在這種情況下,水資源監(jiān)測(cè)具有重要意義。水資源監(jiān)測(cè)既是水文監(jiān)測(cè)的重要組成部分,也是水文監(jiān)測(cè)的繼續(xù)和拓展。然而,水資源監(jiān)測(cè)直接關(guān)系到水資源的管理和保護(hù),與常規(guī)水文監(jiān)測(cè)相比,它有著特殊的要求。
社會(huì)大眾在日常生活中離不開水,無論是喝水、進(jìn)行必要的清潔、工業(yè)活動(dòng)還是需要水。水是一種液體,更是生命之源,可以溶解多種礦物質(zhì)和微生物,但部分礦物質(zhì)和微生物會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一定影響,如果不能及時(shí)區(qū)分,將造成嚴(yán)重后果。例如:工業(yè)在生產(chǎn)和制造過程中需要水,現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備大多運(yùn)行良好,如果工業(yè)用水中存在對(duì)設(shè)備有害的成分,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí),我國人均水資源占有率位居世界前列,由于各種因素,我國水資源管理水平長期以來沒有得到有效提高[2]。
此外,雖然中國幅員遼闊,但人均用水量非常有限,面臨的問題仍然日益嚴(yán)重。在干旱時(shí)期,我國許多地方的水資源越來越緊缺,甚至水資源對(duì)人類生存的影響也越來越嚴(yán)重。近年來,隨著公民環(huán)保意識(shí)的提高和國家的重視,水污染狀況得到一定程度的緩解。然而,與中國長期發(fā)展目標(biāo)仍有很大差距,需要共同努力。需有效解決水污染問題,促進(jìn)水資源的節(jié)約利用。國家有關(guān)部門現(xiàn)階段對(duì)水資源進(jìn)行了全面調(diào)查分析,加大了對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的投入,利用先進(jìn)技術(shù)制定了合理的水資源保護(hù)方案,為我國水環(huán)境綜合治理提供了依據(jù),以進(jìn)一步促進(jìn)我國水資源保護(hù)。加強(qiáng)水資源監(jiān)測(cè)是保障我國水資源安全的基礎(chǔ),需全面開展水資源監(jiān)測(cè),確保社會(huì)生產(chǎn)生活用水安全。
在監(jiān)測(cè)灌溉渠和排水渠的水位時(shí),應(yīng)使用壓力表。通過測(cè)量水壓可以相對(duì)準(zhǔn)確地獲得水位數(shù)據(jù)。自動(dòng)控制設(shè)備上應(yīng)安裝高精度氣壓計(jì),這樣就可以實(shí)現(xiàn)大氣補(bǔ)償,保證實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。大部分灌溉用地位于農(nóng)田,網(wǎng)絡(luò)廣闊,供電相對(duì)困難。因此,自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能方便安裝和使用普通電池和太陽能電源。關(guān)于灌溉渠道的水位數(shù)據(jù)傳輸,如果這些問題可以通過傳統(tǒng)的水位觀測(cè)得到妥善解決,應(yīng)盡可能建立路線,以便根據(jù)實(shí)際地理?xiàng)l件,對(duì)觀測(cè)站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸,在建立監(jiān)測(cè)水文緊急情況和水資源管理的能力方面可發(fā)揮重要作用[3]。
雖然現(xiàn)今在水質(zhì)管制方面采用諸多先進(jìn)治理方式,但傳統(tǒng)的水質(zhì)管制方法仍然是應(yīng)用最廣泛的方法,主要原因是傳統(tǒng)水質(zhì)控制方法有完善的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)專業(yè)人員,對(duì)傳統(tǒng)水質(zhì)控制方法的選擇與分析過程和階段了如指掌。但不可否認(rèn),采用傳統(tǒng)水質(zhì)控制方法對(duì)氟化物和氯化離子進(jìn)行硝酸銀滴定時(shí),相關(guān)設(shè)備過于粗糙,檢測(cè)結(jié)果容易被氰化物、溴和氟檢測(cè);在移動(dòng)注射法測(cè)定硝酸氮時(shí),由于存在鹵素元素,所得結(jié)果可能產(chǎn)生多種誤差。此外,在用鉻酸鋇測(cè)定硫酸鹽時(shí),光測(cè)碳酸鹽會(huì)干擾沉降物的吸收,導(dǎo)致硫酸鹽濃度顯著偏差。這些缺陷存在于傳統(tǒng)的水質(zhì)控制方法中,必須通過精心設(shè)計(jì)的應(yīng)用措施,將其對(duì)最終結(jié)果的影響降到最低。
在河段水位監(jiān)測(cè)過程中,河流的侵蝕和沉積物或坡度的存在影響人工觀測(cè),影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,降低觀測(cè)精度。因此,在監(jiān)測(cè)河流水位時(shí),應(yīng)充分考慮河流本身的狀況和使用的檢測(cè)儀器。設(shè)備的工作能量應(yīng)盡可能由太陽能提供,以避免因雷雨天氣可能產(chǎn)生的波浪而降低控制設(shè)備的準(zhǔn)確性,甚至損壞控制設(shè)備。河段水位監(jiān)測(cè)的主要方式是自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè),這樣既能解決傳統(tǒng)的河段水位監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)的問題,又能滿足水位監(jiān)測(cè)的需要,應(yīng)急監(jiān)測(cè)功能更能有效地促進(jìn)環(huán)境保護(hù)[4]。
SPR主要指通過等離子波閃爍波共振和光纖敏感層表面的極化光來檢測(cè)物體的物理光學(xué)現(xiàn)象。SPR光纖器件采用光纖,在每根光纖內(nèi)部暴露,同時(shí)還含有敏感層和金屬薄膜。光在光纖中的傳播與全內(nèi)反射原理有關(guān)。在全內(nèi)反射過程中,一些光波通過纖維芯間的界面,進(jìn)入外殼,其徑向輻射強(qiáng)度呈指數(shù)級(jí)下降,這部分光線閃爍。溶液pH值的變化會(huì)改變指示器,影響敏感層的閃爍波強(qiáng)度,減弱光纖中的光強(qiáng)度。采用光纖的透明度來確定pH值,相對(duì)安全,操作方便。
水資源監(jiān)測(cè)需要精確的降雨監(jiān)測(cè)。大部分河流資源依賴雨水,雨水在水資源監(jiān)測(cè)中起著重要作用。降水和水位監(jiān)測(cè)一般需要自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、精確降水傳感器和信息檢索,以保證降水和水位監(jiān)測(cè)有序發(fā)展。此外,在監(jiān)測(cè)降雨和水資源時(shí),必須注意設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)、增加現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間、準(zhǔn)確計(jì)算降雨、測(cè)量高度和消除微小誤差。只有這樣,才能為提高水資源監(jiān)測(cè)質(zhì)量提供充分的保障[5]。
這項(xiàng)治理方式的主要監(jiān)測(cè)對(duì)象是一種可導(dǎo)致水熒光熄滅或改善的物質(zhì),可用于目前的水質(zhì)分析。因此,微熒光傳感器或其衍生物是敏感載體。測(cè)量技術(shù)和設(shè)備通常用于測(cè)量金屬離子、硫化物、氮氧化物和pH值,水中的氧氣導(dǎo)致某些熒光物質(zhì)熒光,從而降低熒光強(qiáng)度,縮短熒光持續(xù)時(shí)間。設(shè)備和技術(shù)在很大程度上能提高基于熒光強(qiáng)度、使用壽命和氧氣體積比的監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
地下水水平監(jiān)測(cè)是水資源監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)工作之一,地下水水平本身的監(jiān)測(cè)十分困難。因此,為了加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè),必須確保所使用的監(jiān)測(cè)儀器具有良好的防水性能,不會(huì)因長時(shí)間的水浸和水中作業(yè)而受到破壞。在實(shí)際監(jiān)測(cè)地下水水位過程中,應(yīng)積極利用地理信息技術(shù),使地理信息與監(jiān)測(cè)設(shè)備更好地融合。通過改進(jìn)的傳感器可以獲得地理位置、溫度和水位,然后將所得數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)環(huán)境中,并通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行總結(jié)和排序,以便于以后應(yīng)用。
地表水一般應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄,視實(shí)際面積、流量等而定??蛇x用安培計(jì)法、水結(jié)構(gòu)測(cè)定法、聲學(xué)法、時(shí)間變化法、電磁法、指標(biāo)稀釋法等檢測(cè)方法。當(dāng)流量控制能夠在水位之間建立穩(wěn)定可靠的關(guān)系時(shí),應(yīng)采用推送方法。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,水資源短缺和水資源污染已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。為了加強(qiáng)水資源管理和保護(hù),全國水資源工作會(huì)議上明確提出應(yīng)當(dāng)實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度,劃出水資源管理紅線。(1)注重水資源的配置、節(jié)約和保護(hù),明確利用紅線開發(fā)水資源,嚴(yán)格用水管理(2)劃定水功能區(qū)紅線,限制排污量,嚴(yán)格控制進(jìn)水總流量。(3)明確控制紅線的用水效率,堅(jiān)決打擊浪費(fèi)。國家水資源管理局負(fù)責(zé)人會(huì)議明確提出應(yīng)建立全面、嚴(yán)格的水資源管理制度,并提出要緊急建立水資源管理指標(biāo)體系,限制污染物在其作業(yè)區(qū)內(nèi)的可接受性,并監(jiān)測(cè)水的使用效率,以確保迅速、可核查、可計(jì)量和可懲罰[6]。
地球的水資源主要包括兩部分:地下水和地表水。水環(huán)境監(jiān)測(cè)需要采用不同的監(jiān)測(cè)方法。水質(zhì)監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)和確定水體中污染物的種類、各種污染物的濃度及其變化趨勢(shì),評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況,探索和研究水環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律。水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法大致可分為三類:常規(guī)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)。(1)常規(guī)監(jiān)測(cè)是指各級(jí)專業(yè)監(jiān)測(cè)站在一些能反映當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀況的代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)某些特定的污染指標(biāo)進(jìn)行長期、連續(xù)或定期的測(cè)量。這些污染指標(biāo)也稱為常規(guī)分析指標(biāo),在環(huán)境監(jiān)測(cè)中不可或缺,是掌握環(huán)境質(zhì)量和污染源狀況、評(píng)價(jià)控制措施效果、積累環(huán)境背景和污染狀況長期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要手段。(2)自動(dòng)監(jiān)測(cè)是利用現(xiàn)代技術(shù)和國家認(rèn)可的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種方法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。(3)應(yīng)急監(jiān)測(cè)是基于水質(zhì)特殊問題產(chǎn)生的應(yīng)急手段。同時(shí),它也是一種可以監(jiān)控的手段。在實(shí)施過程中,應(yīng)當(dāng)符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
(1)加強(qiáng)需求研究,并在不同的水資源管理單位和服務(wù)單位之間保持密切聯(lián)系,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)與最嚴(yán)格的水資源管理有關(guān)的新需求。同時(shí),要盡快掌握全區(qū)河流狀況、監(jiān)測(cè)和污染情況。(2)根據(jù)水資源監(jiān)測(cè)目標(biāo)規(guī)劃水資源監(jiān)測(cè)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò),全面完善監(jiān)測(cè)臺(tái)站結(jié)構(gòu),加強(qiáng)和增強(qiáng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)能力和應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力建設(shè),以及“12-5”水文建設(shè)規(guī)劃。(3)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r,加強(qiáng)控制,有系統(tǒng)地逐步擴(kuò)大水資源監(jiān)測(cè)范圍。在設(shè)備齊全的水文站進(jìn)行監(jiān)測(cè),以達(dá)到盡可能嚴(yán)格的水資源管理要求。(4)水文系統(tǒng)合理化,目前水文機(jī)構(gòu)主要是以防洪為主、以水系統(tǒng)水利工程為主。水資源管理主要在省、市、縣的行政區(qū)域進(jìn)行。因此,水文部門要積極推進(jìn)雙管齊下機(jī)構(gòu)建設(shè),盡快完善和建立地區(qū)、市、縣水文機(jī)構(gòu)。(5)為不同來源的水資源監(jiān)測(cè)籌措資金,并將水資源監(jiān)測(cè)和分析等業(yè)務(wù)活動(dòng)納入各級(jí)預(yù)算。同時(shí),各級(jí)水資源管理部門應(yīng)通過撥出水費(fèi)等專項(xiàng)資金,撥出一定比例或資金用于水資源監(jiān)測(cè),使水資源監(jiān)測(cè)工作能夠正常運(yùn)行,從而將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向水文工作[7]。
水質(zhì)采樣是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一個(gè)基本而重要的環(huán)節(jié),在綜合分析研究結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)監(jiān)測(cè)剖面進(jìn)行配置應(yīng)具有代表性。選擇合適的樣品監(jiān)測(cè)方法和方法,取決于監(jiān)測(cè)對(duì)象的性質(zhì)、內(nèi)容、測(cè)量要求等。采樣操作會(huì)直接影響水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果,因此,必須按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采樣操作。目前,中國的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站都是機(jī)器檢測(cè),這樣可以有效避免人工失誤現(xiàn)象的頻繁發(fā)生。
在水資源監(jiān)測(cè)過程中存在諸多要點(diǎn),這些要點(diǎn)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)結(jié)果造成直接影響,若想從根本落實(shí)水資源的全方位監(jiān)測(cè),應(yīng)當(dāng)在監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)著重注意以下要點(diǎn):
1.綠水
“綠水”是一種水資源,其來源是土壤中儲(chǔ)存的沉積物和由于植被蒸發(fā)而消耗的沉積物。從水文循環(huán)的角度來看,全世界有65%的降水是通過森林、草原、濕地和雨水場(chǎng)的灌溉蒸發(fā)的,一旦回到大氣中就會(huì)變成綠色,只有35%的降水儲(chǔ)存在河流、湖泊和含水層中,變成藍(lán)水。需研究水和植被蒸發(fā)需求,積極開展綠水監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目。此外,還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水的控制,特別是對(duì)生態(tài)脆弱地區(qū)、海水入侵地區(qū)和其他特殊類型地區(qū)的控制;加強(qiáng)土壤水分監(jiān)測(cè),應(yīng)研究土壤水分分析,探討地下水、土壤水分與植被的關(guān)系;積極推進(jìn)水文監(jiān)測(cè),加強(qiáng)水文和伴隨生物定性形態(tài)學(xué)分析,包括監(jiān)測(cè)湖泊高度、湖泊深度和寬度、河床和底部結(jié)構(gòu)、海岸帶結(jié)構(gòu)等的運(yùn)動(dòng)和變化。
2.藻類
按照地區(qū)環(huán)境要求,在定期水質(zhì)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,增加剖面監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。因此,有必要繼續(xù)開展監(jiān)測(cè)藻類的實(shí)驗(yàn)工作,擴(kuò)大其含量,逐步監(jiān)測(cè)浮游植物和底棲無脊椎動(dòng)物的組成和數(shù)量。根據(jù)前兩年藻類監(jiān)測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn),不斷完善監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并組織《水資源藻類圖集》。由于藻類監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)施不足,長江流域監(jiān)測(cè)中心受命開展更多的藻類監(jiān)測(cè)技術(shù)培訓(xùn)班。此外,試驗(yàn)小組應(yīng)增加接觸有關(guān)專業(yè)人士及培訓(xùn)的機(jī)會(huì),積極尋求監(jiān)察藻類的資金,爭取納入財(cái)政預(yù)算,購置所需的監(jiān)察及分析設(shè)備,不斷提高監(jiān)察能力[8]。
監(jiān)測(cè)方案的制定是一項(xiàng)極其復(fù)雜和嚴(yán)格的工作,要求監(jiān)控人員具有很高的技術(shù)水平,在工作過程中認(rèn)真負(fù)責(zé),不能容忍任何錯(cuò)誤和粗心大意。嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,確保參數(shù)變化控制在最大范圍內(nèi),防止參數(shù)變化造成不良后果。因此,在實(shí)施水質(zhì)監(jiān)測(cè)之前,要做好準(zhǔn)備,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)狀,制定科學(xué)合理的方案,確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。(1)監(jiān)測(cè)人員應(yīng)在監(jiān)測(cè)工作前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,充分了解監(jiān)測(cè)區(qū)域的生態(tài)狀況,并制定預(yù)防措施。(2)監(jiān)測(cè)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段,選擇合適的監(jiān)測(cè)方法,提高監(jiān)測(cè)工作效率。(3)監(jiān)測(cè)人員應(yīng)在開展工作之前分析監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法,以判斷其是否可行。
總而言之,自社會(huì)主義發(fā)展得到有效落實(shí)后,公眾對(duì)水資源保護(hù)的重視程度有所提高,我國有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水資源的控制和研究。目前需要嚴(yán)格按照國家環(huán)境保護(hù)規(guī)范對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè),并應(yīng)用相關(guān)技術(shù)保證水資源質(zhì)量的控制。在充分應(yīng)用先進(jìn)科技成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合傳統(tǒng)檢測(cè)方法,全面準(zhǔn)確地總結(jié)水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),大幅提高水資源監(jiān)測(cè)質(zhì)量,使我國水資源管理措施更加有的放矢。