我国水资源保护的历史及技术应用现状

汤荣生

摘 要：该文对近20年来的水资源保护及水污染防护相关的文献做了梳理，提出了中国水资源保护的几个历史阶段，分析了我国水污染问题防护从混乱到走向好转但禁而不止的原因，提出利用现代科技手段监测水环境，对生物监测技术、遥感技术、电化学法、分光光度法等常用水环境监测技术手段做了介绍，分析了这些手段的优缺点并对我国水环境监测站建设中存在的问题做了探讨。

关键词：水资源保护  水污染  水环境监测  监测站

中图分类号：TV213.4 文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

History and Technological Application of Water Resources Protection in China

TANG Rongsheng

（School of Information Technology， Taizhou Polytechnic College， Taizhou， Jiangsu Province， 225300 China）

Abstract： This paper reviews and sorts out the literature on water resources protection and water pollution protection in the past 20 years. It puts forward several historical stages of China's water resources protection， analyzes the reasons for the improvement of China's water pollution protection from chaos， puts forward the use of modern scientific and technological means to monitor the water environment， and introduces the common water environment monitoring technical means such as biological monitoring technology， remote sensing technology， electrochemical method and spectrophotometry， The advantages and disadvantages of these methods are analyzed， and the problems existing in the construction of water environment monitoring stations in China are discussed.

Key Words： Water resources protection; Water pollution; Water environment monitor; Monitoring station

1我国水环境保护的历史和现状

历史上，我国对水环境的管理工作主要是防止水患和漕运，集中体现在每年的黄河、长江的防汛工作及著名的“京杭大运河”。这一阶段落后的生产力不足以产生大规模的污染事件。真正意义上的水环境保护肇始于1972年的北京官厅水库的水污染事件。受此事件的影响，我国相继出台了环境保护的法律法规，建立了各种层级的环境保护机构。

水环境的管理和保护工作大致经历了以下几个阶段。

第一阶段大致从1973年到1995年。国家相继出台了《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》等法律法规。这一阶段重点防治工业污染，以点源治理为主，但由于重视不够，水环境污染日益严重，直至形成了“有河皆污，有水皆脏”的局面。

第二阶段大致从1995年到2005年。国家相继出台了《中华人民共和国海洋环境保护法》《中华人民共和国清洁生产促进法》《中华人民共和国环境影响评价法》等法律法规。试图将环境保护前置到项目规划阶段，强化了流域水环境管理的制度建设。然而，2004年以来接踵而至的淮河、沱江、松花江等诸多流域重大污染事故，给我国流域水环境管理敲响了警钟，不解决跨界污染问题，根本无法控制水污染的发生，更不用说水质的改善。

第三阶段大致从2006年到2014年。2006年国家环境保护总局正式成立五个区域环境保护督查中心，试图加强对跨界环境问题的处理力度，解决流域水环境跨界问题。这一阶段相继出台了《关于加强全国环保系统政务公开工作的意见》《环境行政复议办法》《规范环境行政处罚自由裁量权若干意见》等法律法规，加强了对环境保护行政主管部门的约束与规范。经过治理，全国地表水水质有所改善，全国I～Ⅲ类比例和劣V类比例呈稳中向好的趋势。

2015年以后为第四阶段，中央提出要建立系统完整的生态文明制度体系，明确了地方政府在防污、治污方面的责任，地方政府过度强调经济增长而弱化环境保护的冲动受到了应有的遏制。经过多年的治理，目前我国地表水I～Ⅲ类断面比例从27.4%上升到67.9%，劣V类断面比例从36.5%下降到8.3%。通过网络搜索引擎，我们可以发现，大范围的水质污染都发生在2018年之前，2018年之后只有小范围点状污染偶有发生。

2水污染原因解析

对于我国水污染问题屡禁不止的原因，很多学者给予了形形色色的解释。一般认为地方政府为了实现短期的经济增长，牺牲环境，以换取經济增长和职位晋升的机会[1];另外一方面，水资源配置博弈牵涉到政府、企业、公众三方的利益，由于制度的缺失，长期以来，公众在博弈格局中的弱势地位，强化了污染的发生[2];公众获取环境信息面临诸多法律障碍，实际无法有效参与环境保护活动，也加剧了污染发生[3]。利用现代科学技术，实时监测水环境中各类污染源，打破水环境信息孤岛，可以实现公民有效监督，将权利关进笼子，同时震慑不法厂商，对于进一步改善水环境具有深远的意义。

3 水环境监测技术应用现状

为了实现十九大“鱼翔浅底”的美好愿景，迫切需要建立以流域水生态环境功能分区为基础的空间管控体系，督促地方政府建立资源环境承载监测预警的调控机制，依法落实企业治污主体责任，积极引入现代科技成果，实现对水环境的有效监测，将污染事故消灭在萌芽状态。国内外在环境监测方面进行了若干有益的探索，目前主要有以下方法：（1）利用某些生物对水质比较敏感的特点监测水环境;（2）采用水污染遥感监测技术等;（3）电化学法重金属离子监测方法;（4）分光光度法水质监测方法。

3.1 生物监测技术在水环境监测中的应用

生物监测技术利用某一特定生物或某一特定生物种群对于水质变化较为敏感的特点对水环境进行监测的技术。实践中有以下这些做法：利用藻类等水生物种群监测水质;利用细菌等异养生物在废水出口下游大量增加的特点，监控水质;利用浮游生物对毒性比较敏感这一特点来监测水质。与常规的手段相比，生物监测技术比较容易根据生物的形状分析水质的污染情况和毒性，并提前给出预警信息。生物监测技术分为指示生物监测技术、群落生物监测技术、细胞凝胶电泳技术、底栖和两栖监测技术、生物传感器监测技术等。这一技术目前立足于现场采样和实验室分析，无法实时监测水质变化，更无法应对突发性污染事件，无法可靠测量污染物的种类和实际浓度，灵敏度和专一性不及理化监测[4]。

3.2 遥感技术在水环境监测上的应用

水体跟植物、土壤相比，具有对可见光吸收少、反射率低、透射率高，在近红外波段则几乎吸收全部入射光，透射率高的特点。遥感技术利用这一特点，可以有效监测叶绿素、悬浮物浓度以及黄色物质等水质参数，尤其适合大面积区域的水质监测[5]。遥感技术从载体上可以分为卫星遥感和航空遥感;按照电磁谱段可分为可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、高光谱遥感、超高光谱遥感、紫外遥感和微波遥感。遥感技术具有探测范围大;受地形限制少;资料获取速度快、周期短等特点。

卫星遥感技术的监测时效性取决卫星遥感数据源的时间分辨率。目前能够获得的时间分辨率有小时级、日/周级和旬/月级。随着无人机遥感技术的兴起，遥感的时间分辨率在需要时可以大幅度提高。

目前我国已经实现了每周对太湖、巢湖、滇池蓝藻水华和富营养化的遥感动态监测，开展了全国36个重点城市黑臭水体、80多个良好湖库、300多个饮用水源地、近岸海域赤潮和溢油等遥感监测[6]。

遥感技术目前对水环境的监测还局限在水华、富营养化、黑臭水体等的监测，受气候影响比较大，还缺乏对重金属污染的监测的有效手段。

3.3 电化学法在水环境监测中的应用

电化学法在水质重金属污染测定方面具有重要的地位。在实践中可以分为阳极溶出伏安法和阴极溶出伏安法。其中阳极溶出伏安法使用更加广泛。

阳极溶出伏安法首先在浸入样品的电极上施加负电压，此时，样品中的金属离子会富集到阳极表面，然后使外加电压向正电压方向扫描变化，富集在阳极上的金属离子会析出，在阳极和阴极间形成电流，电流出现的峰值所对应的电压值和金属离子的种类有关，电流峰值则和样品中金属离子的浓度有关。

电化学法监测系统由取样系统、电压扫描系统、电压电流采集系统及显示系统组成。

电化学法由于废液问题，可能存在二次污染，目前不适合作为在线监测系统使用。

3.4 分光光度法技术在水环境监测中的应用

分光光度法利用被测物质在特定波长处会出现光吸收峰这一现象，实现对物质的定性或定量分析。分光光度法具有灵敏度高，最低下限可达4%～10%;准确度高，相对误差不高于5%;操作简单;应用广泛，几乎所有的无机离子和有机化合物都可以直接或间接用分光光度法测定[7]。

分光光度法测量系统由光源、吸收池、分光系统、CCD检测系统和显示系统组成。光源一般采用6～12 V低压钨丝灯，光源发出连续频谱光波照射到吸收池中的样品上后，部分波长的光被样品吸收，出射光线进入分光系统，散射为单色光，再由CCD采集后送CPU处理，计算出样品中的成分及含量，由显示系统显示或经网络上传到数据中心。

分光光度法为了去除某些干扰，需要使用剧毒氰化物做遮蔽剂，因此目前也不适合在线监测。

4水环境监测成效及存在的问题

利用上文说提及的各项技术，我国已经在全国范围内建立起各类水质监测站，对水位、水温、浊度、氨氮含量、生物毒性、重金属含量以及COD等项目进行监测，并通过互联网将相关数据上传到数据中心，使管理部门能够及时了解水质的变化，并针对性地采取措施，防止重大污染事件的发生。

我国最早的水质监测站建成于1973年，1998年在天津建成第一个水质连续监测自动监测站，2009年国家地表水水质自动监测实时数据发布系统向公众实时发布数据。目前已形成了包括地表水环境质量自动监测网、地表水环境质量监测网、饮用水源地环境质量监测网、水污染防治专项规划水体环境质量监测网、地下水环境质量监测网和锰三角地区水环境质量监测网等6个子网在内的国家水环境质量监测网[8]。除了固定的监测站点，各地相继建成了各类移动监测装置，如监测车、监测船等用于应急监测。

监测项目从最初的几种上升到现在的几十种。水质自动监测站一般具有自动监测、数据发布和查询、水质预警功能。一般用于排污口污水、地表水和水库水质的实时监测。

目前我国水环境监测上存在诸多问题。一是水质监测站点缺乏统一规划，部分站点交叉重叠，站点的代表性、覆盖率存在一定问题;二是站网密度和监测频次还有待提高。图1是江苏省环境数据公众服务平台的截图，从图1可以看到，部分区域站点密度很高，而大量地区几乎是空白;三是信息共享程度低，部门之间缺乏信息有效交流的机制，公众也难以及时获知水环境现状;四是重水质监测，缺少水环境生态监测的有效手段[9];五是大量的测量、测试仪器依赖进口，数据的安全性方面存在隐患。六是由于金属离子测量的特殊性，目前还不能做到实时在线监测重金属离子。

要解决上述问题，有必要全面规划、建设水质监测站;应用云计算、大数据及物联网技术对现有的仪器设备进行改造，进一步打破水环境监测的信息孤岛，实现相关部门信息的互联互通，同时提高水质数据向公众发布的频率，强化公众监督。相信不久的将来，我国的水质污染事件将会进一步减少，“绿水青山”的优美自然风光必将重现。

参 考 文 献

[1] 郑周胜.中国式财政分权下环境污染问题研究[D].兰州：兰州大学，2012.

[2] 韩超.城市水环境治理中的公众参与研究[D].南京：南京大学，2019.

[3] 陆雷成.腐败视角下环境管制的污染治理效应研究[D].杭州：浙江财经大学，2019.

[4] 祝淑芳.生物监测技术在水环境监测中的应用研究进展[J].中国资源综合利用，2021，39（7）：117-119.

[5] 曲伟，庞治国，雷添杰，等.中小河流治理及监测监管中的遥感技术应用综述[J].水利水电技术（中英文），2021，52（7）：23-32.

[6] 高吉喜，赵少华，侯鵬.中国生态环境遥感四十年[J]. 地球信息科学学报，2020，22（4）：705-719.

[7]吕宝阔.连续流动分析法在地表水化学需氧量检测中的应用优势分析[J].水利技术监督，2021（12）：15-16，24.

[8]嵇晓燕，刘廷良，孙宗光，等.国家水环境质量监测网络发展历程与展望[J].环境监测管理与技术， 2014，26（6）：1-4，8.

[9] 徐剑秋，卞俊杰.加强水环境监测 为长江大保护提供技术支撑[J].水利水电快报，2016，37（11）：1-2.