水环境监测及预警系统的研究概况

摘要：水环境与人类健康和社会发展息息相关，随着经济的快速发展水资源和水环境恶化的问题日益严峻，水环境质量监测及预警系统的研究和应用对于水生态环境保护具有重要意义。本文对水环境监测因子、水环境质量预警模型及预警体系的研究进行了概述，并对水环境质量监测和预警系统的发展进行了展望。

关键词：水环境;监测;预警

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.102

Abstract：The water environment is closely related to human health and social development. With the rapid development of the economy， the problems of water resources and water environment deterioration are becoming more and more serious. The research and application of water environment quality monitoring and early warning system is of great significance for water ecological environment protection. In this paper， the research on water environment monitoring factors， water environment quality early warning model and early warning system is summarized， and the development of water environment quality monitoring and early warning system is prospected.

Keywords：Eater environment;Monitoring; Early warning

水环境监测是指对水环境中的悬浮物、化学物质、水生态系统和底泥及水循环规律等进行定期或不定期的检验检测。当前，全球都面临着水资源短缺和水环境严重污染的严峻问题。在我国，长江流域面积达到 180万km2，占国土面积的18.8%，多年平均水资源量 9958亿m3，约占全国 35%，承载约占全国 32%的人口和约 34%的经济总量，是中华民族的生命河，中国经济的“金腰带”，覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11个省份，沿江地区密集布局高污染企业，长江流域废污水的排放总量非常高。长江水利委员会发布数据称，长江流域共核查出规模以上入河排污口 6092个。与 2015年相比，2016年长江流域废污水排放总量增加 6.5亿t，在2016年长江流域排放的 353.2亿t废污水中，工业废水占 55.1%。目前，流域整体保护不足，生态功能呈退化趋势，资源、生态利益协调机制尚未建立，部分支流水质较差，湖库富营养化未能有效控制。水环境保护事关人民群众的健康和利益，因此合理地保护水环境资源、控制和减少环境污染已成为我国经济发展和环保部门及相关机构急需解决的重要问题。政府相关部门对于水污染事故必须做到快速评估、快速预警、快速决策，只有这样才能最大限度地降低损失。因此，水环境监测和预警可以为水污染评价与预警决策提供有利支持，对突发性水环境污染物事故有更加强大的应急能力，对水环境保护有重要意义。

1 水环境监测预警体系的监测因子

起初我国地表水水质监测及污染源监控的在线监测体系主要是对污水处理厂的进口、出口以及对污水处理厂进行日常监督和管理，对重点企业也部署了在线自动监测系统，监测废水流量、COD、氨氮等主要污染物的浓度，防止发生偷排、超排的现象[1]。随着我国经济及农业生产的加速发展，水体氮磷含量不断升高，水华等环境问题日渐突出，总氮、总磷、叶绿素、藻类及藻类总数（种类及鉴定）的实时监测运用日渐成熟。同时也考虑了水文条件如流量、流速变化的影响，实现了水华的预警预报。2005年 11 月吉林省化工厂爆炸事故，引起甲苯、苯酚等化学物质泄漏，导致松花江及哈尔滨市饮用水受到严重污染，我国关于重金属、生物毒性、VOCs监管的重要程度逐渐提高。目前，监测因子已经涵盖了电导率、pH、溶解氧、浊度、温度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、TOC、叶绿素a、藻类、藻类总数、重金属、生物毒性和 VOCs 等 16项指标[2]。

2 水环境质量预警模型研究

水环境质量预警的定量分析一般需要结合模型来完成，模型的建立基于数学、统计学、逻辑学等学科理论，比较常用的有系统动力学（SD）预警模型、环境流体力学代码（EFDC）模型、WASP模型等，近年来随着预警模型研究的深入逐步推动预警系统的发展。马涵玉等[3]运用系统动力学（SD）模型，建立了成都市水生态-经济-人口-水资源-水环境的耦合系统，模拟了四种情景模式即现状延续型、节约用水型、污染防治型和综合协调型。模拟结果指出，现状延续型和污染防治型不能有效降低水生态承载限制系数，水生态问题将进一步加剧;节约用水型和综合防治型都可以降低水生态承载限制系数，但节约用水型不能显著降低该系数，只有通过节约用水和综合污染防治相结合的模式，才能显著减低该系数。杜欢欢等[4]综合考虑了水资源需求、水污染程度和水资源供给等影响因素，运用SD模型模拟了“十三五”期间清远市需水总量和污染物排放总量的发展趋势，并进一步得出一个经济和环境协调发展的最优方案。孟祥仪[5]通过WASP 水质模拟软件建立了清水河水质模型，通过模型校正与验证，确定了模型参数;另外，基于WASP 水质模型还进行了清水河沿岸污染源对河水水质贡献率的模拟分析。基于污染源贡献率的分析结果，进行了清水河污染物预警与控制模拟，发现三营断面污染较为严重，常年处于橙色警情中。张赢月[6]采用最小累积阻力模型计算了不同时空尺度下吉林省辽河流域生态安全警情演变趋势，并计算出不同调控情景下警情的演变结果;通过设置水质调控情景、土地生态安全调控情景以及生物多样性保护调控情景对吉林省辽河流域生態安全调控问题进行了模拟。林秀珠等[7]根据韦伯—费希纳模型基本原理，以表征水库水环境的溶解氧，化学需氧量，总磷，氨氮，总氮等参数作为评价指标，利用水环境综合指数评价了水库水环境质量和预警等级。

3 水质监测预警系统的发展

2013年，徐亚峰等研发了一种基于 Zig Bee 无线传感网与 GPRS 技术的远程水质监测系统。利用该系统用户可通过 PC 远程监控或发送手机短信的方式查询终端数据，该系统具有稳定性高、可靠性强、成本合理等优点。张静等基于物联网的数据感知、数据传输和数据处理的标准体系架构，通过采用即插即用的智能化高性能传感器、多种无线通信协议接入方式、海量数据处理技术，建立了河流湖泊水质监测和预警系统。利用该系统可实现对水质的智能化监测和预警，有效提升水质监测质量和效率。白云飞等将互联网、大数据、云计算、web GIS 技术和水质预测模型结合起来，构建了清潩河流域水环境预测预警系统。利用该系统可实现该流域水质预警信息的空间展示、可视化表达、动态趋势推演及实时发布，能够有效保障清潩河流域水质安全。

4 展望

近几年，国家对生态环境保护的重视程度逐年提高，政府对环境监测信息化建设投入也在加大，无人化自动水质监测预警站点已在全国得到广泛应用。但是目前我国水环境风险评价预警能力还有待提高，技术手段有时无法支撑水环境风险管理的需求。存在的问题主要表现在：现有的大量数据、评价预警预测模拟的速度和准确度无法满足业务需求;还未实现风险评价预警的平台化和全流程化，难以适应和满足新时期政府对生态环境保护工作的需求。为了准确快速地处理大量的气象天文资料和水环境监测数据，可以构建大数据平台计算资源，在传统算法模型基础上通过计算机进行模型训练，达到对水环境的预测和预警，这将是一种新的水环境质量综合预警方法。

参考文献

[1]李晶，周浩，王凤鹭.水环境质量监测预警体系研究进展[J].科技创新与应用，2017（1）：184.

[2]宋明生.基于数值模拟的流域水环境综合信息管理理论与方法研究[D].武汉：武汉大学，2016.

[3]马涵玉，黄川友，殷彤等.系統动力学模型在成都市水生态承载力评估方面的应用[J].南水北调与水利科技，2017，15（4）：101-110.

[4]杜欢欢，邱静，李传刚等.清远市水资源承载力系统动力学模拟[J].广东水利水电，2017（12）：9-13.

收稿日期：2019-01-16

作者简介：王悦静（1987-），女，汉族，硕士研究生，助理工程师，研究方向为水污染治理。