水环境保护中水质自动监测技术的运用讨论

郑 建

（龙岩市上杭生态环境局，福建 龙岩 364200）

在水环境保护工作中，由于不同区域的水污染情况往往都存在着明显差异，即便是在同一区域，水体污染程度、污染源、污染影响等也会处于持续变化的状态，要想实现对水环境的有效保护，就必须加强对水环境的水质监测，明确不同区域、不同时期的水环境水质情况，而将水质自动监测技术运用到水环境保护工作中，自然具有十分现实的意义。

1 县域水环境保护现状

水环境保护作为面向水环境破坏、污染等环境问题所展开的环保工作，其涉及范围非常广，而当前县域水环境保护的实际情况，也需要在多个方面得到体现。

首先，从水资源利用的角度来看，上杭县多年平均水资源量为28.48亿立方米，水资源总量位居龙岩市前列，但在庞大人口基数、工农业迅速发展等多方面因素的影响下，水资源短缺问题仍然比较严重，即便近年来水资源保护工作取得了一定成效，各行业领域的水资源利用率均有明显提升。2019年水资源量达35.29亿立方米，人均水资源量达9 435立方米，也同样很难实现对水资源供需矛盾的有效协调。主要原因：一是水资源地域分配不均，处于汀江、黄潭河和旧县河两边乡镇水资源丰富，海拔高的区域水资源有限；二是据调查，2019年地下水资源量为8.35亿立方米，由于地下水较深开采难度大，这不仅会使县域经济发展及人们的日常生活生产受到直接影响，同时也意味着未来水环境保护工作仍将面临很大挑战。

其次，在水污染治理方面，面对各种各样的水污染问题，有关治理工作虽然在全县逐步展开，同时也取得了较为理想的工作成果，但由于部分地区的水环境污染仍然突出，而水污染治理工作的开展时间又比较短，因此从整体上来看，水污染问题仍然未能够从根本上得到解决。2020年我县受气候影响，汀江流域径流量大幅减少，同时夏季高温，日照增强，水温抬升，发生汀江河段（金山电站库区）藻类大量繁殖，并危及县城横滩饮用水源安全。这说明汀江流域的水环境污染问题仍然未能得到根本解决，给水环境保护工作带来了不少困难。

最后，我县水环境保护工作思路与国内沿海发达地区相比仍然还有差距，虽然引入了外省先进的水环境保护理念与技术设备，但未能从根本上解决近年来汀江流域藻类频繁发生的现象。例如2020年和2021年我县聘请无锡东方船研水环境科技有限公司分别对汀江河段金山电站库区和下都汀江河段采用水式藻类抽取泵方案+藻类围隔引流导流+藻类打捞及处理方案，取得了一定的成效。但水环境治理成本大、周期长且见效慢，主要还是采取生态调水措施强化水体交换或者人工降雨来减缓藻类繁殖速度。因此在区域生态系统恢复速度较慢的情况下，水环境保护效果也会受到很大限制，所以在流域水污染、水资源利用率不高等问题的影响下，出现水环境再次恶化、水资源总量波动等现象。

2 水质自动监测技术在水环境保护中的作用

2.1 提高水质监测效率

水质监测作为水环境保护工作中的重要组成部分，其常规工作流程往往比较复杂，需要经过采样点选择、水样采集、运输、预处理、化验等多个流程，才能够得到最终的水质检测结果，将水体水质情况明确下来，整个过程不仅工作量较大，工作效率也并不高，如果存在工作人员专业素质、经验不足或缺少专业技术人员等情况，其工作效率还会进一步降低。而水质自动监测技术的应用，则能够改变以人工为主的水质监测工作模式，依托各类传感器设备与有关自动监测系统，自动完成取样以及水样处理、化验等工作，由于水质监测全流程几乎无需人工干预，不会受到工作人员数量、素质、经验等因素的影响，且省略了工作人员前往实地采样、水样运输等环节，因此与原有工作模式下的水质监测工作相比，其工作效率能够得到显著提升[1]。

2.2 避免安全事故发生

在以人工为主的水质监测工作模式下，水质采样工作往往具有一定的危险性，如果采样过程中的有关操作不够规范，那么采样人员的身体健康乃至生命安全就很可能会面临威胁。例如在煤矿泄水巷等排污口区域进行水质采样检测时，如果采样人员未能按规定采取相应的防护措施，长期处于气体超限缺氧环境中，或是直接接触到含有毒害物质的废水、污水、气体，那么就可能会出现缺氧窒息、摄入有害物质等问题，这对于身体健康与生命安全的威胁都是非常大的。而对于水质自动监测技术的运用，则能够改变水质采样的工作方式，取消人工采样工作环节，避免有关工作人员进入排污口等存在一定安全隐患的特殊环境，从而实现对各类安全事故的有效规避。

2.3 降低水质监测成本

传统工作模式下的水质监测工作不仅工作量大，其工作成本往往也会比较高，无论是对各种仪器设备的采购、维护，还是水质采样、化验等岗位的专业技术人员聘请，都需要以较高的资金投入作为基础支撑，水环境保护工作的整体成本也会因此变得比较高。而对于水质自动监测技术的运用，则能够大大降低水质监测工作对人工的依赖性，有效减轻人工投入对经费资金的消耗，除基本的软件升级、系统维护、硬件设备维修保养费用外，基本无需更多的成本支出。虽然在建立水质自动监测系统的前期，如设备仪器采购、软件开发等方面的资金投入同样会比较高，但从长期视角来看，其降低水质监测成本的效果仍然是十分显著的。

2.4 优化水环境管理决策

在水质自动监测技术的支持下，有关部门可以建立水质自动监测系统，并依靠系统对各区域水体的水质情况进行自动分析，由于整个水质监测过程无需人工参与，能够有效避免因工作人员工作疏忽、操作失误所导致的人为误差，因此水质监测数据的准确性会得到很大提升，而在参考水质监测数据的情况下，水环境管理决策的合理性自然也能够得到保障[2]。另外，水环境保护是一项长期性工作，在将有关水环境保护措施落实到位后，往往还需要根据水环境的后续变化，继续开展水污染治理、水资源循环利用等工作，如果单纯依靠人工进行水质监测，未能及时发现水环境变化，那么后续的水环境管理决策就可能会出现偏差，而对于水质自动监测技术的运用，则能够实现对水体水质情况的长期持续监测，借助有关信息系统将水质监测的实时数据自动呈现出来，帮助有关部门及时了解水环境变化，进而使后续水环境管理决策的合理性得到保证。例如我县三潭水质自动监测站2020年7月17日至24日的监测数据显示，pH值和叶绿素分别处于8.5至9.5、9.6至16.6毫克/升之间，7月25日至28日pH值和叶绿素日均值已达9.81和21.17毫克/升。7月24日在县级横滩生活饮用水源取水口旁采样监测数据显示水温为31摄氏度左右、pH值为9.86、叶绿素为20毫克/升左右。根据以上两座水质自动监测站提供的pH值和叶绿素有渐渐升高的趋势，县级生态部门立即向县政府报告，而后开展汀江藻类防控工作，切实保护了县级饮用水源地水质安全。水质自动监测站充分发挥了预警、预报的作用并为县政府决策提供了科学数据依据。

3 水质自动监测技术在水环境保护中的具体运用

3.1 合理选择监测断面

在水环境保护工作中，要想实现对水质自动监测技术的有效运用，首先应根据监测区域的地质条件、水文条件、地貌特征等实际情况，选择合适的监测断面位置，为后续的采样仪器布设提供明确依据。从宏观上来看，监测断面的布设应以反映水系或所在区域水环境质量状况为核心目的，确保断面所处水环境的水质情况具有代表性，能够准确反映出整个区域水环境的污染特征。同时，还要充分考虑到水质采样的可行性与便捷性，尽量将监测断面布设在河床稳定、水流平稳、水面宽阔的区域，避开弯曲河段、急流处、浅滩、死水区、汇水区等区域，并在全面考虑水体中污染物分布情况、变化规律的基础上，尽可能减少监测断面数量[3]。而从微观上来看，则需要根据水质监测目的的不同，选择不同类型的监测断面（主要包括背景断面、对照断面、消减断面、管理断面、控制断面几种），同时根据监测断面的具体类型来选择断面布设位置。例如背景断面通常应设置在水系源头或上游，并远离人类活动频繁且污染严重的工业区、城市居民区等区域；对照断面需要设置在排污区的上游区域，以免受到排污区污水排放的影响，且每个河段只能设置一个对照断面；而控制断面则需要设置在排污口的下游区域，并与排污口保持一定距离，确保断面处河水能够与污染物充分混合。

3.2 构建水质监测系统

由于水质自动监测技术的运用，通常都需要借助专门的信息系统来实现，因此在水环境保护工作中，同样还需要根据区域水环境情况及实际工作需求，将水质自动监测系统建立起来。从目前来看，不同水质自动监测系统虽然在设计上存在一定差异，但总体上都是由信息采集子系统、水质监控中心、计算机监控网络系统以及大屏幕显示系统几部分构成。其中信息采集子系统主要用于对监测区域内的水体水质监测实时数据进行采集，建设过程中需要根据水面宽度、污染带位置等情况，在预设监测断面位置设置一定数量的采样垂线与采样点，之后将信息采集设备布设在确定的采样点处，用于采集水量、水位、流速、流向以及水体的水温、pH值、电导率、浊度、溶解氧含量、生物毒性、重金属含量、氰化物含量等水质数据。水质监控中心主要负责对各采样点设备上传的数据信息进行汇总、整合，并按照预设程序自动完成水质分析运算、远程监控、决策支持等工作，并将整合处理后的实时水质数据与相关图像信息自动上报给有关部门，使其能够轻松了解到实时水质情况。计算机监控网络系统的建设属于网络建设工作，通常需要利用各种无线通信技术来建立完整的监控网络，实现对水质监测区域的全覆盖，使各采样点的信息采集设备能够直接将采集到的水质数据传输至监控中心[4]。如水质监测区域覆盖范围较大，也可以建立多个自动监测站，依靠无线通信实现自动监测站与信息采集设备间的网络连接，之后再通过光缆点对点连接等方式，将自动监测站与水质监控中心间的网络连接构建起来。而大屏幕显示系统则主要用于对经过处理的水质监控实时数据信息进行显示，屏幕上显示的内容通常应包括视频监控图像、各采样点水质数据图表等，

3.3 设计水质预警软件

在水质自动监测技术的运用中，由于水质自动监测系统能够对多种水质数据进行全面采集，监测区域内设置的采样点通常也比较多，因此即便监控中心工作人员能够时刻关注大屏幕上显示的监测数据信息，也同样很容易出现忽略部分水质数据变化的情况，使水质恶化等问题无法被及时发现，这对于水环境保护工作显然是非常不利的。为避免此类情况的发生，还需在建设水质自动监测系统的同时，对专门的水质预警软件进行开发，并将预警软件直接应用于水质自动监测系统，用于实时监控水质数据的重大变化，一旦某项或多项水质数据出现异常，既可以立即发出预警，提醒监控中心工作人员查看，以实现对水质恶化等问题的及时发现与准确判断[5]。一般来说，水质预警软件应以预测功能为核心，面向水资源不足、水污染加剧、突发性水污染等各类事故构建专门的模型，确定事故发生前水位、水量、水温、浊度、重金属含量等数据的变化规律及特征，之后再根据监测区域内水环境的实际情况，计算出各项参数的事故预警标准，以保证突发性水污染等各类事故预警的准确性。

3.4 加强监测设备管理

在水环境工作中，各类监测设备作为采集实时水质数据的关键，不仅关系着水质自动监测系统能否正常运行，同时还会对水质监测数据的准确性以及水环境管理决策的合理性产生直接影响。因此对环保部门来说，要想实现对水质自动监测技术的有效应用，同样还需加强对水质监测设备的管理，确保监测设备质量性能符合要求，且能够始终保持正常运行[6]。例如在水质自动监测系统投入运行前，应对设备性能、当前状态进行确认，明确设备品牌、型号、使用寿命、购买年限、故障历史、历史维护记录的信息，同时仔细检查验收合格报告、监测数据与手动分析数据历史对照表等文件。而在水质自动监测系统投入使用后，则需要加强与设备生产厂家间的沟通，尽量建立长期合作关系，确保其能够为设备日常维护保养、故障维修提供技术支持与零配件支持，如需提升监测设备的性能，或是产生新的设备功能需求，则需要向生产厂家进行咨询，获取监测设备的升级改造、更新建议，以实现对水质监测成本的有效控制。

3.5 建立分析检测实验室

在水质自动监测系统投入运行后，有关监测设备虽然能够自动完成水质采样、样品处理、实验分析等工作，并得到准确的水质数据，但由于监测设备运行、校准时仍需要利用到各种试剂、标准溶液，而药剂、溶液的浓度与纯度，又会直接影响到设备运行的稳定性及数据采集的准确性，因此要想实现对水质自动监测技术的有效运用，同样还需建立专门的分析检测实验室，为监测设备的正常运行提供药剂准备、标准溶液配制、校准等服务。在实验室的建设过程中，一方面需要引入专业技术人员，负责手动分析测试监测设备运行所需试剂的选择与检测、设备校准所需标准溶液配制等工作，准确判断有关试剂、溶液是否符合要求，并将监测设备调试到最佳状态，避免其出现水质数据采集方面的偏差。而在另一方面，则需要根据监测设备的性能特点与运行情况，建立完善的实验室质量管理体系，将药剂准备、溶液配制等各项工作的操作标准明确下来，以保证分析检测实验室运行的规范性。

4 结语

总而言之，在当前我县水环境保护工作仍面临巨大挑战的情况下，水质自动监测技术虽然为水环境保护工作的有效展开提供了支持，在提高水质监测效率、降低水质监测成本等方面发挥出重要作用，但对于生态环境部门来说，要想在水环境保护工作实践中，实现对水质自动监测技术的有效运用，仍然需要从监测断面选择、水质自动监测系统建设、水质预警软件设计开发、水质监测设备管理以及分析检测实验室建设等方面入手，采取合适的水环境保护工作策略，