监测方法在城市水环境监测预警中的应用

◎ 北京水务信息管理中心 王昉 刘 梅

水是生命之源、生产之要、生态之基。近年来随着工业化、城镇化深入发展，全球气候变化影响加大，我国水资源供需矛盾已成为可持续发展的主要瓶颈。2011年中央一号文明确提出要加大水利投入，着力实行最严格的水资源管理制度，并将其作为推进经济结构调整和发展方式转变的一个重要抓手，水资源管理将纳入各级政府评估考核体系。

目前由住房和城乡建设部科技发展促进中心牵头，北京水务信息管理中心、上海市水务信息中心、同济大学等6家单位参加，开展了国家水体污染控制与治理科技重大专项中“城市水环境系统设施的监控和预警研究”课题（课题编号2009ZX07318-002-02）的研究工作，本文主要是从水环境监控技术的角度，对水环境监测分析方法进行了梳理、分析和对比，并阐述了水环境监测方法在城市重要水源地水质监控预警方面的典型应用。

1.开展水环境监测工作的必要性

一是水资源保护监督管理最重要的基础工作。实行最严格水资源管理制度，重点在于落实水资源管理的用水总量控制、用水效率和入河污染物限排总量控制“三条红线”。一方面从总“量”的角度确保有水可用，另一方面是从“质”的角度确保有安全的水、生态的水，从而促进经济社会的可持续发展。水资源管理中的水资源保护规划、水功能区划分、入河排污口管理等一系列业务管理工作离不开水环境监测工作。

二是为水污染治理提供基础依据。通过水环境监测可以及时掌握水环境的变化状况，有效监管重点污染源、排水户的排放情况，为各级政府行业监管部门和公众提供监管工具，为水污染治理提供基础依据和管理手段，从而推动水污染治理的高效发展。

三是为应对突发性水污染事故提供有效的技术手段。突发性水环境污染事故不同于一般的环境污染，它没有固定的排放方式和排放途径，具有发生突然、危害严重等特点。近年来，各地的环境污染日趋加剧，突发性水环境污染事故也随之增多，威胁着人类健康，破坏生态环境。如2005年11月13日中石油吉林省硝基苯大量泄漏，造成了松花江流域重大水污染事件，致使哈尔滨市市政供水停水四天；2007年夏天的太湖蓝藻暴发事件等，都造成了严重的危害。通过水环境监测可第一时间掌握水污染情况，及时发出预警信号，为有效应对突发水污染事故提供技术支持。

2.水环境监测方法分析

随着科学技术的进步，水环境监测技术迅速发展，仪器分析、计算机控制等现代化手段在水环境监测中得到了广泛应用。分析方法从分光光度法、电位法发展到原子吸收法、原子荧光光谱法、气相色谱法和液相色谱法等；手动和半自动实验方法及仪器也正逐步被由计算机控制的自动监测、遥感遥测装置所代替。

目前，各级政府在全国范围内开展了大量的水环境监测工作，水质监测站网建设初具规模。概括来说，目前水环境监测方法主要包括实验室监测、自动监测、移动监测和遥感监测四种，逐步形成了“常规监测与专项监测相结合、定点监测与机动巡测相结合、定时监测与实时监测相结合”的多元化、立体化的监测模式。

实验室监测就是定时定点在河流的某些断面取瞬时水样，带回实验室分析，是日常水质分析工作的基本单位。监测参量以常规监测参数为主，无机、有机、生物监测仪器为辅。监测数据具有可比性、规范性和统一性。但存在取样间隔长、检测时间耗时、难以获得不断变化的水质动态数据等缺点。

自动监测就是以在线自动分析仪器为核心，运用现代自动监控技术、计算机技术及相关专用分析软件进行水质参量在线、自动监测。它的主要作用就是实现水质实时、连续监测和远程监控，从而达到及时掌握重点水体断面的水质状况、预警预报水质污染事件、监督总量控制制度落实情况和排放达标情况等。主要监测参量为（1）常规五项，即温度、PH、溶解氧、浊度、氧化还原电位；（2）表征有机污染程度的参数，如COD、BOD、TOC等；（3）表征氮源污染程度的参数，如氨氮、总氮等；（4）表征磷污染程度的参数，如总磷、正磷等。近年来随着水污染事件的不断发生，针对水源地及供水工程还开展了重金属污染、石油类污染和综合毒性监测。自动监测的特点是快速、实时，使水质监测工作由被动监测变为主动监测。

移动监测是实验室监测和自动监测之外的一种应急监测形式，从不同的时空角度及时发现污染问题，弥补实验室常规监测与自动监测的时空不足，具有对突发性污染事件的快速相应能力。移动监测主要是以移动监测车为基本监测单元，以便携水质实验室和现场水质多参数分析仪为分析手段，以GPS全球卫星定位系统和GPRS/GSM无线数据通讯装置为信息载体，有效地解决了偏远地区以及突发性污染事件的水质监测的困难。主要监测参量有温度、PH、溶解氧、浊度、氧化还原电位、COD、BOD、氨氮、总氮、氰化物、硝酸盐、挥发酚以及有机氯农药、苯系物、氯苯类等。移动监测的特点是机动性强，监测速度相对较快，受时间空间的限制较小，监测结果也相对准确可靠。

遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测，是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息，对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段。近年来，国内外逐步开展了利用卫星遥感信息进行水体境监测的研究，并形成一种新的水质监测方法。与常规水质监测方法相比，遥感监测将工作平台从地面上升到高空，具有监测范围广、成本相对较低、便于长期动态监测等的优势，同时还能够发现一些常规人工调查和采样方法难以发现的污染物排放源、迁移扩散方向以及影响范围等特征，具有整体性和宏观性。目前遥感监测内容主要包括水华、泥沙含量、水生植被等指标的定性监测以及叶绿素a、悬浮物浓度指标的定量反演。

3.水环境监测预警的典型应用

随着社会的发展，水源污染事件不断增多。突发性水环境污染事故不同于一般的环境污染，它没有固定的排放方式和排放途径，具有发生突然，危害严重、污染影响长远且难于完全消除等特点。从国内外已发生的突发水污染事故来分析，突发水污染主要有以下几方面：(1) 人为投毒，即恐怖分子投毒和对社会不满分子投毒；(2) 事故污染，即储存、运输危险品出现事故和农药或其它毒药投放时无意中污染水源；(3) 微生物爆发污染水体，即藻类爆发和其它微生物爆发；(4) 自然灾害引起水质突变。

监测方式 优点缺点实验室监测 监测参数全面；监测数据准确，具有可比性、规范性和统一性。需要现场取样，采样间隔长，劳动强度大，监测时间长。无法获得连续、动态的数据。自动监测能实时、连续的反映所监测水域的水质情况；对水体水质的变化趋势提供连续、完整的数据；节省人力，不用人工采集水样化验；一般应用于对水体水质的趋势性监测。监测参量有限；投资规模较大，运行费用较高；对运行、维护人员的技术水平要求较高；系统稳定性稳定性较差；数据准确性一般。移动监测适用于突发性水污染事件；水质设备方便携带，可现场操作；检测速度较实验室快，数据准确性高。一般需要专业的移动监测车来配合完成。遥感监测是对传统监测方式的补充；从宏观角度对城市水环境进行监测和评价,着重于水体水质的中短期的分析预测。遥感监测技术还不成熟，多处于研究阶段。只适用于大江大河的水质监测；监测参量少，监测受遥感卫星重返周期及天气的影响；监测数据准确性不高。

北京市作为一个水资源严重短缺的特大型城市，保护首都城市水源，保障供水安全具有重要的现实意义和战略意义。奥运期间，北京水务局为了应对重要水源水污染突发事件，建立了覆盖城市重要水源的水质监测预警系统。该系统通过自动监测、移动监测、实验室检测相结合的三级监测方式，构筑了御污染于水源地之外、御污染于取水口之外的两道预警防线，为北京重要水源地突发水污染事件的快速检测、准确分析、早期预警提供了有效地手段。

3.1 监测站点选择

监测站点的合理选择直接影响到城市水源水质监控系统动态监控的有效性。这一监控体系应是一个动态的、连续的、追踪的完整体系。从北京的情况来分析，供城市用水的水源主要是两类，地表水源和地下水源。地表水源主要是密云水库、官厅水库、怀柔水库。

在密云、怀柔水库周边和上游由于多年的治理保护，已经没有化工企业，容易造成突发污染事故的因素主要是上游河北境内的一些铁矿和金矿，这些矿场由于设备简陋，发生过氰化物泄露、洗矿废水泄露事故。密云水库上游河道主要是白河和潮河，来水量占90%以上，进入北京境内后一直到入库河道一侧紧邻山地公路，容易发生翻车事故，所以选择张家坟、下会控制入库河道的突发污染事故。在库区因为水面非常大，所以选择九松山取水口和白河主坝两个出水口最为控制点。

下游输水河道京密引水渠的“跃进桥站”、“埝头站”和“温泉站”、“龙背山站”和“团城湖站”是京引渠上与多条高速公路相交的关键点，因此选择这几个站作为此次建设的站点。

官厅水库上游的张家口地区目前还有一些比较大的工矿企业，也发生过化学品泄露和酒糟泄露事故。另外上游河道两侧紧邻公路，经常有运输化学物质的车辆通过，经常发生翻车事故。所以选择洋河与桑干河汇流点的永定河“八号桥站”；库区为出库站；城区取水口为“三家店站”。

在张坊应急供水系统中，由于其上游来水主要在河北境内上游也有一些厂矿，所以选择在入境的八渡设置控制点，同时选择应急水源调节池入口处下寺站作为控制点，对八渡至输水管道的水质进行控制。

从北京以往地下水污染事故分析，造成地下水源突发污染事故的主要是油库或加油站的泄露事故。所以在供水量大的八厂水源地、三厂水源地、平谷水源地、怀柔应急水源地选择点位进行监测。

通过上述站点的选择，构筑了御污染于水源地之外、御污染于取水口之外的两道预警防线。

3.2 监测参量的选择

根据北京水务局长期水质自动监测的实践经验以及国外先进的预警思想，该系统监测以常规多参数（PH、电导率、溶解氧、浑浊度、氨氮、总磷等）为主，并根据站点性质的不同，有针对性的选择特征污染物进行监测，如有机污染监测、重金属污染监测、石油类污染监测和综合毒性监测。

其中常规多参数是综合性指标，可以提供水质基本状况，很多水污染事件能引起这些指标中的一个或多个变化，另一方面常规多参数可以排除部分生物毒性误报。根据实践经验，当水体受到生活污染时，溶解氧、浑浊度、氨氮会有明显变化；当水体受到藻类及水华污染时，PH值和溶解氧会发生明显变化；当水中有金属污染时，也会导致水体的电导率有明显的波动。这些常规污染监测指标能帮助我们快速识别污染类别，同时结合在线专有监测设备，达到快速确定污染目标的目的。

利用特征污染物检测来应对大部分突发污染，对藻类、石油类、常见有机物等重要特征污染物进行检测，能够包含污染事件的绝大部分，可以预警70%以上的污染事件；以生物毒性作为补偿和印证，增加预警系统覆盖面，保证预警系统的宽检测面。

通过上述监测参量的选择，形成了常规多参数监测为主，特征污染监测为辅的监测指标体系。

3.3 监测方式的应用

城市重要水源地水质监测预警系统建立了自动监测、移动监测以及实验室三种监测方式相结合的立体化监测模式。

该系统通过新建和改建站点共建设了19个自动监测站。其中密云、官厅水库库区上游的河道、入库口和京密引水渠道等地表水源地共设站9个，在地下水源地共设站点4个，在水厂取水口共设6个站点。自动监测站监测所用的测试方法以快速为主要特点，在线监测设备在15分钟内，能够初步判定水体受到了污染，重点监测常规五项（PH、水温、溶解氧、浊度、电导率）、氨氮、石油类、有机物、蓝绿藻、叶绿素、综合毒性等水质参数，这类检测方法不要求马上检测出污染物是什么，但能确定是否有致命污染物。

通过自动监测一旦确定有水污染事件发生，则立即派出最近的水质移动监测车进行移动监测。移动监测的方法能够比较快、比较可靠的确定污染物的结果，一般在3小时内确定污染物，并测出污染物浓度范围，管理部门将根据结果及时启动应急预案。

最后进行实验室监测，通过实验室检测能够给出最可靠的确定污染物的结果。若利用最近的实验室进行分析，在6小时内就能够确定准确的污染物浓度，管理部门将根据实验结果进一步开展决策支持。

三级监测方式既可为突发水质污染事件的早期预警、及时处置提供必要的技术手段，也可以为水源水质的日常监控、在线分析水质变化规律和趋势预测提供基础信息。通过立体化监控模式的搭建，可全面有效的解决北京可持续发展过程中所面临的水环境问题，提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力。

4.结束语

水环境监测是以流域或区域水环境为主要研究对象的系统化工程，水环境监测技术仅仅是系统工程中最基础的组成部分，如何将这些监测数据进行统计分析，如何通过建立水质模型来进行综合分析、风险预测、应急处置则是城市管理部门面临的一大难题。通过“城市水环境系统设施的监控和预警研究”课题的研究，将从管理、技术方法和数据三方面建立相关体系，通过搭建国家、省、市三级城市水环境系统设施监控预警管理信息平台，最终将实现城市水环境系统设施信息的数据采集与分析、预警、应急响应和决策支持。