地表水环境自动监测技术应用与发展探讨

谷辉宁，卢一杰，谢海星

（南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏 南京 210019）

自动监测技术是以自动化技术和设备为载体，对地表水环境进行动态监控，精准掌握影响地表水环境健康的污染物质，制定相应防控策略，协同各方力量共同保护地表水环境，防止水污染的蔓延，提高水资源利用率。从自动监测技术在地表水环境监测工作中的应用现状来看，建立健全自动监测系统，确保监测结果能够自动验收，完善数据审核流程是最为基本的要求，而实际上自动监测技术仍然存在一些缺陷问题需要解决，这给其未来发展指明了方向。加强自动监测技术的研究和创新，争取最大化彰显自动监测技术价值，增强水污染防控实效性，打造健康的地表水环境，保障社会公众的用水安全及社会生产的持续高效开展，社会经济的可持续发展将成为现实。

1 加强地表水环境监测的必要性

近些年来，我国环境保护工作持续开展，在地表水环境治理方面不断积累经验，尝试运用先进技术和设备创新监测方式，了解地表水污染的发生和发展情况，制定污染治理方案，尽可能从源头上防控地表水污染问题的发生，提高供水质量，满足社会生产及人们生活对水资源的旺盛需求，切实保障地表水环境安全。新时期加强地表水环境监测工作具有以下几点重要意义：

首先，地表水环境的健康程度不仅会直接决定水质，而且会对周围环境造成影响，需要持续动态地对地表水环境进行监测，收集完整信息，通过对信息的整合分析，把握地表水环境变化状况，以此为依据构建地表水环境治理机制，实现对地表水环境的科学治理。其次，开展地表水环境监测工作，在发现监测数据有异常时迅速查明污染源头和传播途径，启动应急管理机制，降低地表水污染引起的经济损失和恶劣影响，防止受到污染的水资源被应用到人们的生产生活中，确保生产生活用水质量达标[1]。最后，地表水环境监测数据的采集、分析和处理要依靠现代信息技术，互联网、大数据及自动监测技术的结合应用，构建信息化、自动化监测系统，可以在监测区域范围内全方位、全面性地对地表水环境进行监测，督促企业单位按照国家相应技术标准排放污水废水，积极改革生产工艺，节约水资源，提高水资源利用率，在全社会共同努力之下，地表水环境保护必将取得卓越成效。

2 自动监测与人工监测的对比分析

相比于长久以来广为应用的人工监测技术，自动监测技术可以说是信息时代的重要产物，将其应用到地表水环境监测工作中，彻底颠覆传统工作模式，对工作人员专业素质提出了更高要求。由于自动监测技术对自动监测仪器的依赖性极强，仪器性能对监测结果有着决定性影响，运行状态稳定，灵敏度高的自动监测仪器，会显著提高水质监测和分析效率，减少数据误差，水质监测结果在地表水环境保护工作中也能有效发挥作用。一般来说，地表水环境监测工作中采集的样本要在实验室内妥善保管，运用自动监测仪器对水质五参数、无机阴离子、有机污染物、金属、其他化合物等实施监测，通过对自动监测技术应用效果的分析不难发现，与人工监测相比，自动监测技术的改良要重点落实两个方面：

一方面，自动监测仪器的灵敏度有待提高，这是因为人工监测会提前运用萃取、稀释等方式对水质样本进行处理，调整待测物浓度，便于后续的数据分析，得到的监测结果参考价值较高。但是使用自动监测技术无法消除干扰物，导致测试结果受到干扰物的影响出现较大偏差，无法为地表水环境治理提供可靠支持；且自动监测仪器运行容易受到外界环境的影响，使用和维护成本高昂，限制了自动监测技术在地表水环境监测工作中的推广，说明自动监测仪器性能亟需加以优化。另一方面，自动监测方式的采样方式有待创新，人工监测可以随机在待测区域采集多个样本，运用自动监测技术，通常在河岸边设置单独的采水泵，会将采集样本直接输送至自动监测仪器，采集样本过于单一，采样方式不够灵活，水质样本不具有代表性，地表水环境监测结果备受质疑[2]。

3 地表水环境自动监测技术应用中需注意的问题

3.1 保障自动监测系统的完整性

自动监测仪器及相应配套设备是开展地表水环境自动监测工作的重要基础，利用这些仪器设备构建完整的自动监测系统，加强系统运行状态的监控，开展日常性检查和维护工作，提高工作人员专业素质，致力于为提高监测结果准确性提供各项保证。在地表水环境监测过程中倘若自动监测仪器没有提前清洗、消毒、检修，极有可能出现运行不良，引发二次污染问题，因此工作人员需要对自动监测系统的各个组成仪器设备进行精细化管理，将日常性养护和定期检查相结合，防范自动监测仪器故障影响地表水环境监测的正常开展。鉴于工作人员在自动监测仪器检查维护及监测数据分析方面起到的关键性作用，加强对工作人员的教育培训，增加工作人员对自动监测技术的了解，提高其职业能力和职业道德水平，确保将岗位职责落到实处，地表水环境自动监测系统即可持续稳定运行，系统功能将不断优化，更加适用于新时代地表水环境自动化监测工作要求。

3.2 保障能够自动验收监测结果

我国法律法规中关于地表水环境自动监测系统的验收考核有着详细论述，明确指出水质监测站要依托于相关法规开展自动监测系统验收工作，根据验收成果了解自动监测系统性能缺陷，细化地表水环境监测指标，确保监测结果准确度和精度符合规定标准，在地表水环境污染治理工作中发挥有益导向[3]。随着自动监测系统的不断完善，以往所建立的验收考核制度滞后性会愈发明显，并不能适用于当前地表水环境监测结果自动验收需求，验收流程不严密，监控指标有疏漏，不利于对地表水环境的整体全面把握，水污染治理和水环境保护工作效果遭受重大挑战。建立健全规章制度和指标体系，促使水质监测站清晰认识到自动监测系统建设、运行及完善等各个环节的工作重点，按部就班完成各项工作任务，保证地表水环境监测结果准确可信，缩小监测数据误差，持续提升系统自动化、智能化水平，为环境污染治理工作贡献一份力量。

4 地表水环境自动监测技术的发展路径

尽管我国现已构建了比较完善的地表水环境自动监测系统，自动监测技术在实践工作中的应用取得了丰硕成果，积累了大量经验，然而自动监测技术在地表水环境监测工作中的应用仍然存在一些不足亟待改善，具体包括：一是采集样本数量少，对地表水环境质量评价缺乏足够信息，现有自动化技术手段无法测定优质水体，给水资源保护和利用制造了难题。二是自动监测技术与人工监测未能实现有机结合，所得监测数据在使用上缺少完整制度和标准，监测数据应用范围狭窄，发挥作用有限，给自动监测技术发展造成了不小的阻碍。三是运用自动监测技术获取地表水环境信息，系统平均检测频率为6次/d，运行成本高达22万元，超过人工监测费用4倍有余，所得监测结果不足人工监测的1/3，自动监测系统建设成本约180万元，自动监测仪器使用8年后就要报废，不得不更新仪器设备，可见高成本、低回报同样会制约自动监测技术的发展步伐[4]。

信息时代背景下，地表水环境的自动化监测成为大势所趋，自动监测技术的应用将打开地表水环境监测工作的全新篇章，将工作人员彻底从繁琐枯燥的样本采集、设备操作和数据分析等工作中解放出来，凭借真实客观的监测结果提升地表水环境保护与污染治理水平，具有划时代的意义。经过上文对自动监测技术应用现状的分析，现提出几点自动监测技术发展可行路径。

4.1 有选择性地增加监测因子

造成地表水污染的因素多种多样，凭借目前构建的自动监测系统无法全面有效地测定污染因子，导致污染治理工作过于盲目，耗费大量人力物力资源却没有取得预期效果，自动监测技术在地表水环境监测中的应用受到巨大争议。以生物污染为例，这在地表水环境自动化监测工作中比较典型，因微生物超标引起了严重的水污染问题，微生物在水体中大肆繁殖，河流湖泊的流动将微生物带入附近水体，污染问题进一步蔓延，人体健康深受其害。可是自动监测技术无法检测出具体哪种微生物是污染地表水环境的罪魁祸首，水质监测结果仅仅反映了水质不达标，缺少工作方向。为了促进自动监测技术的发展，要增加监测因子，提高自动监测仪器的灵敏度，满足监控敏感区域、重点区域水质状况的需求，确保不同气候环境下自动监测系统稳定运行，监测结果精度较高，对优良水体水质予以准确评价，自动监测技术在地表水环境监测工作中的应用将给水污染治理和水资源利用带来积极影响。

4.2 提升自动监测系统集成化水平

现阶段，自动监测系统已经成为水质监测站的重要组成部分，受到资金和资源的制约，有些系统结构不够完善，适用范围狭窄，自动监测技术并未被水质监测站领导和基层员工所认知，系统维护管理工作难于落实，地表水环境自动监测流于形式。加大自动监测技术宣传力度，向水质监测站全体成员普及自动监测系统优势，采用分级建设模式，将微型站或简易站应用于无法进行站房建设的点位，将太阳能浮标应用于取水难度较大的地方，如入海河口、湖泊等，对于必须准确测定的断面采用定量分析的仪器，对于水质预警与变化趋势监控断面采用光谱分析仪，以提高自动监测精度，节约成本投入，给自动监测技术应用提供硬件支持。软件建设上也不能落后，加强软件开发和升级，与其他系统平台进行对接，促进数据信息在不同平台上的流通，提高数据信息利用率。建设标准化数据库，收集数据后及时审核，确定无误后才能入库，从根本上避免采集数据不准确导致的地表水环境监测结果误差[5]。

4.3 做好水质自动监测的质控工作

自动监测系统是自动监测技术的载体，保证地表水环境自动监测数据的准确可靠性，是提高地表水污染治理工作效率，降低污染治理成本，促进自动监测技术发展的重要举措。加强监测数据的质量控制，需要工作人员能够做好自动监测系统的运维管理工作，防止系统运行期间发生故障，提高监测数据准确度。系统中设置有分析仪器，在获得地表水环境监测数据后迅速传递给分析仪器，会自动判断相应数据价值，不符合条件的数据自动筛除出去，以免成为干扰信息，影响监测数据的分析结果。通过定期比对自动监测系统的监测结果与地表水环境的实际水质，及时纠正系统偏差，优化系统功能，维持系统安全运行。对工作人员的审核责任予以划分，明确数据信息的入库程序，提高监测数据质量。在自动监测系统的有力支撑下，地表水环境自动监测工作得以长远开展，自动监测技术也能被更多大众所熟知，获得广阔的发展空间。

4.4 加强对监测数据的分析及应用

众所周知，地表水环境监测工作需要长期、持续开展，在自动监测技术的应用过程中不断积累实践经验，了解地表水污染形成原因和发生规律，采取多种措施治理污染问题，地表水污染治理工作降本增效目标才可顺利实现。自动监测系统运行期间会自动采集地表水环境数据，有些数据价值较低，要提前筛除，剩余数据必然是具有一定关联性、价值较高的，经过综合分析，挖掘数据之间联系及对地表水环境产生的影响。提高监测数据的利用率，可从以下几个方面重点进行探索和研究：进一步研究自动监测结果与手工监测结果的可比性和等效性，研究自动监测模式用于地表水环境质量评价的技术规范与方法。开发适用于自动监测的新的监测分析方法，研制适合不同水质和不同水体的自动监测仪器设备，研究保障自动监测数据质量的质控措施与评价方法，完善水质自动监测技术体系[6]。

4.5 构建地表水环境预警机制

在地表水环境保护工作中坚持预防为主、防治结合的原则，巩固现有工作成果，在发现污染问题的第一时间发出预警，控制地表水污染的滋生和蔓延，持续改善地表水环境，提高水质质量。自动监测技术给相关工作开展提供了新的思路，自动监测技术中融入预警机制极为关键。将河流水质与流速、流量、污染源排放量等因素相结合，构建三维立体模型，导入监测数据，找寻不同污染物浓度变化之间的相互联系，探究其中的原因，确立水质可能出现变化的阈值点，实现水站对地表水环境水质预警预测的功能。开发监测数据综合分析工具和预警表征发布平台是自动监测技术未来发展的一个方向，运用现代信息技术实现自动监测系统预测预警模拟分析的可视化表达，直观展现污染物浓度变化，便于工作人员迅速得到准确结论，制定科学严谨的地表水污染治理方案。

5 结语

新形势下，地表水环境保护及地表水污染治理的协同开展要依赖于自动监测技术，利用自动监测仪器及配套设备构建完善的自动监测系统，保证能够自动验收监测结果，发挥系统应用价值。工作人员要对自动监测系统的运行原理、主要构成、维护方式等予以全面掌握，以便能够规范实施设备运维管理工作，确保监测数据的真实完整性及监测结果的准确可靠性。未来，自动监测技术有着无限广阔的发展空间，应增加监测因子，提升自动监测系统集成化水平，严格控制数据质量，提高监测数据利用率，构建地表水环境预警机制，推动地表水环境监测工作的自动化、规范化发展。