南水北调中线水源地水质自动监测站网优化研究

王树磊，李　建

(1.南水北调中线干线工程建设管理局，北京　100038；2.长江水资源保护科学研究所，武汉　430051)

地表水质自动监测系统是20世纪70年代发展起来的，在美国、英国、日本、荷兰等国家已有相当规模的应用，并被纳入网络化的“环境评价体系”和“自然灾害防御体系”[1-2]。地表水质自动监测系统在为综合评价水功能区水环境质量提供基础性数据的同时，也为迅速发现突发性水质污染事故、及时制订污染防治对策提供依据[3-4]。我国在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面正在逐渐走向成熟。自20世纪90年代以来，我国已先后在七大流域建成100多个国家地表水水质自动监测站，各地方根据水环境管理需要，也陆续建立了400多个地方级地表水水质自动监测站，实现了水质自动监测周报[5-6]。

自动监测站网是对常规监测站监测能力的补充和增强，对常规监测站网中比较重要的监测断面增加在线自动连续监测设备[7-8]。自动监测站具备实时、连续监测功能，可提供主要监测项目的实时水质信息，弥补常规监测站网时效性的不足，实现对丹江口库区重点水域开展连续、在线监测和实时监控，并对水质预警预报起着非常重要的作用。

1　区域概况

丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地，是我国重要的战略淡水资源库。丹江口库区水质自动监测站网，通过自动监测实时掌握水库水质状况，在保障调水水质安全方面发挥着极其重要的作用。按照相关规划，丹江口库区新建5座水质自动监测站，如图1所示。

图1　丹江口库区规划水质自动监测站分布图（优化调整前）Fig.1　The location of planning water quality automatic monitoring station in Danjiangkou Reservoir

新建的5座水质自动监测站，分别监测青山-安阳断面、龙口-浪河断面、坝前断面、仓房-香花断面和盛湾-黄庄断面。在监测站网建设推进过程中，丹江口水库的水质监测形势发生了新的变化。

随着南水北调中线工程建成通水和丹江口水库饮用水水源保护区完成划分，丹江口库区水质监测站网规划已不能适应新划定的饮用水水源保护区水质监控需求，迫切需要根据实际情况对丹江口库区水质监测站网进行适当优化。

2　监测站网优化原则和方法

丹江口库区水质自动监测站网的优化，应充分考虑饮用水水源保护区水质监控需求和向陶岔取水口汇水的路径控制，优化原则和依据如下：

（1）充分考虑水系特点。丹江口水库分为汉库和丹库两个部分，水质监测站网的布设优化，应充分考虑两条汇水路径的水质控制需求。

（2）与饮用水水源保护区区界相结合。丹江口库区水质自动监测站网规划制订时，尚未划分库区的饮用水水源保护区，水质监测站网优化应以湖北省和河南省在丹江口库区饮用水水源地划分成果为依据，充分结合一、二级饮用水水源保护区区界的水质监测需求。

（3）水质监测指标符合规划要求。例如，将固定式水质自动监测站变更为浮动式水质自动监测站后，除了重金属和综合毒性等经济或技术上较为困难的自动指标外，其他指标尽可能地接近原规划的监测指标数量。

此外，在满足监测功能前提下经费预算尽量不突破规划概算，以使优化方案具有其经济可行性。

3　优化结果

仓房—香花固定式监测站变更为浮标站。考虑河南省划分的二级保护区与准保护区区界断面的水质监控需求，将该处固定式监测站变更为浮标站，放置于区界断面中间位置，其监测结果更能代表保护区区界断面和丹库库心水质。

龙口—浪河固定式监测站变更为浮标站。根据现场实地勘察，该处地形条件较为复杂，将该处固定式监测变更为浮动式自动监测，更便于监控从汉江进入汉库的水质质量。

坝前固定式监测站变更为浮标站。放置于湖北省划分的二级保护区与准保护区区界断面（蔡湾上游1 km）的中间位置，可更好地掌控保护区区界的水质状况。

在陶岔引水闸闸前调整建设1处固定式监测站。鉴于陶岔渠首水质监控的重要性，在渠首闸前新增建设1处固定式水质监测站。具体位置位于陶岔引水闸闸前左岸小张冲，离渠首闸约1.2 km。监测指标与原规划的坝前固定式水质自动监测站相同，仍然为水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、叶绿素、总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数、重金属和综合毒性，监测方式为固定式水质自动监测。同时，在该站建设1套气象自动观测系统。

在陶岔附近保护区区界调整建设1处浮动式水质监测站。在陶岔附近水域一级与二级饮用水水源保护区区界断面的中间位置调整建设1处浮动式水质自动监测站，对保护区区界处的水质进行实时监控。

青山—安阳固定式水质自动监测站和盛湾—黄庄固定式水质自动监测站的监测方式和指标不变，新增1套气象自动观测系统。

优化后的水质自动监测方案概括为由5个固定站变更为3个固定站和4个浮动站。按照陶岔取水口的两条汇水路径进行布设，一条是汉库汇入陶岔取水口的监控线路，即青山—安阳固定站→龙口—浪河浮标站→坝前浮动站→陶岔水源保护区区界浮动站→陶岔固定站；另外一条是丹库汇入陶岔取水口的监控路线，即盛湾—黄庄固定站→仓房—香花浮动站→陶岔水源保护区区界浮动站→陶岔固定站（图2）。

图2　丹江口库区水质自动监测站网优化图Fig.2　The location of water quality automatic monitoring station after optimization in Danjiangkou Reservoir

4　结论与讨论

本研究将规划中5个固定式水质自动监测站优化调整为3个固定式水质自动监测站和4个浮动式水质自动监测站。优化调整后，监测指标、功能和总投资维持不变，监测站点数量增加。优化后的水质自动监测站网可更好地适应丹江口水库饮用水水源地保护的水质监控需求，以及南水北调中线通水后的新形势。

南水北调中线一期工程正式通水后，丹江口水库水质监测站网运行管理与水质应急监测需求十分迫切，以优化后的固定式和浮动式水质自动监测站为基础，进行水质自动监测站网平台建设是实现丹江口水库水质实时监控和突发污染事故快速预警的重要手段。因此，建议进一步研究建立丹江口库区水质自动监测站网信息化管理平台，以便使各站点形成联动组网监测，实时掌握水质状况和污染走向，更好地发挥各站点的监测优势和更高效地应对突发性水污染事故。

[1]武万峰，徐立中，徐鸿.水质自动监测技术综述[J].水利水文自动化，2004，1（1）：14-18.

[2]刘京，周密，陈鑫，等.国家地表水水质自动监测网建设与运行管理的探索与思考[J].环境监控与预警，2014，6（1）：10-13.

[3]张苒，周纯.水质自动监测理念更新的探讨[C]//中国环境科学学会.环境监测科技新进展：第十次全国环境监测学术论文集，北京：化学工业出版社，2011：893-896.

[4]王英才，王树磊，胡文，等.生物综合毒性监测技术进展与多源生物预警体系[J].人民长江，2017，48（11）：21-26.

[5]李荣芬.我国水质在线监测系统的发展与展望[J].河北企业，2014（5）：127-128.

[6]王银川.我国水质监测技术的发展与应用概况[J].城市建设理论研究，2012（6）：1-3.

[7]李国刚.水质自动监测技术与在线自动监测仪器的发展现状[C]//中国环境保护产业协会.2001中国国际环保展专题报告会论文集，北京：[出版地址不详]，2001：1.

[8]刘允，刘延良，宫正宇.水质自动监测系统的质量保证与质量控制[J].现代仪器，2010（3）：60-62.