水质监测技术在中国水利的应用解决方案

摘要：
从水质监测在我国水利系统的现状和问题着眼，结合国家在水环境方面的远景规划和目标，提出了实现水环境水质监测的三条途径：实验室监测、应急移动监测和自动站监测的综合解决方案以及与此相关的先进监测技术，从系统层面到基础应用层面，论述了全方位解决我国水利领域目前所面临的水质监测问题。

关键词：水环境 水质监测 自动监测 移动监测 信息管理


一、21世纪中国水质监测的崭新内容

中国水利系统水质监测工作经历了几十年的发展，首先在水文部门内增设了水质监测机构，进而建立健全了各流域水质监测中心，现已建成了覆盖全国的水质监测网络体系，实现了对水质的有效监测，在水质监测项目上，也由从天然水化学监测发展延伸而来，具有了综合河流天然水化学特征与河流水污染特征的监测。

在水利系统的水质监测是与水文站相结合的，充分利用了采样上具备的便利的条件，可以实现代表性强的高频次监测，具有流域管理和水量，水质同时监测的优势，结合水功能区管理要求，掌握国家确定的重要江河、湖泊、跨省（自治区、直辖市）的江河、湖泊水体，省界水体、重要供水水源地、主要入河排污口的水质情况，有可能完成掌握突发性水污染事故以及洪水淹没、河流断流后的复流、污水闸坝调度与水库调度等重要过程的水质突变情况。

水利的水质监测过去侧重于地表水水质监测，而水功能区划，要求综合考量水功能区域内地表水/地下水/大气降水/水生态等水质的多个层面，水利系统要补充/调整/完善和建立新的水质检测网络。

《水法》的颁布实施，赋予了水利系统水行政管理主体的地位和权力，对水质监测工作也提出了明确的、更高的要求,水质监测不仅要掌握面上水资源质量状况，还要对用水和排污进行有效监控。水利部门的水质监测主要侧重于为水资源的开发、利用、管理与保护服务，与水资源管理、水工程调度相结合，监控入河排污状况及省际辖区水质状况，使水质监测具有服务于水行政执法的鲜明特征。

可以肯定地说，在21世纪中，中国水利的水质监测工作有着崭新的内容。

二、水质监测的重要意义

中国的水质监测工作不仅有新的内容还有非常重要的意义。

目前我国水资源紧缺，水污染严重，水质监测是水资源管理与保护的重要基础，水质监测提供的水质信息显得尤为重要。

从一般意义来讲，水质监测工作的整体水平提高，水质监测的能力建设进行全面实施后，水质监测系统的机动、快速反应能力和自动测报能力将大大提高，能实现水功能区内重点地区、重点水域和供水水源地的水质监测，提高水质监测信息数据传输和分析效率。在满足各级水行政主管部门及社会公众对水质信息需要的同时，提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力。

从中国特色意义：中国水资源分布的极度不平衡，水质型缺水问题严重，跨流域调水工程多，三峡工程建设、西部大开发、西藏“一江两河”开发，国际河流的开发利用与保护都对水质监测提出了更高的要求，也使水质监测具有了更加特使的意义，如水权交易，国家间的水事磋商等都离不开水质监测数据。

从更深层意义讲：加强水资源管理与保护工作需要水质监测有超前发展，通过水质监测的基础数据，分析水的承载力，按照水功能区的不同，确认水环境容量，建立水环境的评估与决策模型，分析和掌握污染物水体中稀释扩散和自净化过程与平衡关系，制定减量或禁止排放的规划与实施方案，指导水利工程，治理工程，使水环境与社会经济协调发展，水资源管理与保护工作为经济发展服务，水利成为社会经济持续发展的资源保障。


三、水质监测的现状与问题

水质监测工作是水资源管理与保护的一项重要的基础性工作。目前，水利系统已建成由水利部、流域、省及其地（市）水环境监测中心、分中心，共２５１个监测机构组成的四级水质监测体系；水质监测站点３２４０处，基本覆盖了全国主要江河湖库；专职人员２２１８人，技术力量较强，实现了对水质的有效监测。

当前，我国主要江河、湖泊水体的水质总体上呈恶化趋势，水质监测任务十分繁重。为了适应水资源管理与保护工作发展的需求，亟须提高水质监测技术的现代化和标准化以及管理制度化的水平。虽然水利系统的水质监测体系和能力已经有了一定的基础，但面对新时期水利发展的形势与要求，还存在着一些急待解决的问题。

1．水利系统的水质监测站点多以掌握地表水水资源质量功能为主，缺乏对地下水的监测，大气降水水质监测，供水水源地水质监测，排污水质监控，水生态环境监测等全面反映水功能区内的全面水质状况，来评价水功能区的水质是否达到水域使用功能对水质的要求。

2．水质监测站的总数少于水功能区的数量，不能反映全部水功能区的水质状况，而且还存在地域分布不均衡，水质监测站布局不合理的状况，不适应经济发展和水资源保护工作的需要，都急需进行补充、调整、完善或建立。

3．各级水质监测中心的采样能力不足，监测频率低，水质监测实验室的监测仪器设备老化，大型分析仪器配备不平衡，于水质监测管理的要求不适应。

4．机动监测能力不足，移动水质分析监测实验室配备数量太少，现场监测能力低，无法及时掌握突发性水污染事故以及洪水淹没、河流断流后的复流、污水闸坝调度与水库调度等重要水利过程的水质突变情况。

5．自动水质监测站数量太少，缺乏自动测报能力，无法获得对重点水功能区主要水质监测的实时数据，更没有对突发性污染事故的预测/预报能力。

6．水质监测信息处理及时性，针对性差，监测数据的处理仍然以手工为主，各级中心建立的监测数据库结构不统一，标准化程度低，信息处理的软硬件落后，不能实现按流域，按功能区的水量/水质综合分析评价体系，不能满足新时期水资源管理与保护，水行政管理的要求。

四、水质监测的规划目标

《水法》的颁布实施为水资源管理与保护提供了法律依据，也对水行政主管部门的水质监测工作提出了明确的、更高的要求。

按照水利部水文局编制的全国水质监测规划，有以下几个目标：

1．近期目标（２０１０年）：水质站点应达到与国家水文站相结合、满足水功能区水质监测要求，实现站点优化布局。加强能力建设，强化以流域和省（自治区、直辖市）级水环境监测中心为骨干、省（自治区、直辖市）水环境监测分中心为基础的水质监测体系。在完善常规水质监测的基础上，大力提高水质监测系统的机动、快速反应能力和自动测报能力，实现重点地区、重点水域和供水水源地的水质自动监测。对全国水质监测评价信息进行系统的分析、合理的分类和组合，建立统一的信息存储交换标准，构建各种专业应用系统，提高数据传输和分析效率。

2．远期目标（２０２０年）：通过进一步优化水质监测站点布局，加强水质监测能力建设，逐步开展水生态环境监测、遥测等。采用先进的计算机手段，通过规范化的信息管理，实现全国水质监测数据的共享和传输，满足各级水行政主管部门及社会公众对水质信息的需要。提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力，判断发展趋势及成因分析。对重要决策及常规管理提供信息支持，为管理部门提供多方位、多侧面准确、快捷的信息服务。

3．量化目标（列表）

地表水站 国际河流站 自动站 地下水站 降水站
2005 5612 - 185 2004 441
2010 - - 341 2474 686
2020 7216 78 346 2689 752

２１世纪的水质监测工作，不仅仅要掌握全国江河湖库水资源质量的基本情况，还要根据当前水功能区管理的需要，在现有的基础上，提高水质监测系统的机动能力、快速反应能力和自动测报能力，监测的对象包括地表水，地下水，大气降水，生态水，还涵盖了供水水源地，排污点源面源，水土保持等所有涉及水功能区内区域水环境的全部信息，以提升水质监测工作的整体水平为目标，能实现重点地区、重点水域和供水水源地的水质自动监测，也将提高监测信息数据传输和分析效率。在满足各级水行政主管部门及社会公众对水质信息的需要的同时，提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力。

五、水质监测的关键是水质监测分析

1．先进的水质监测技术是实现水质监测目标的关键

随着全国水质监测规划的实施，要实现水质监测的规划目标，就必须采用先进的水质监测技术作保障，对水质站网进行优化配置和合理布局，构建选用先进的水质监测仪器设备和技术装备的水质监测实验室/移动水质监测实验室/自动水质监测站。在进行水质监测实施过程中，应该充分考虑我国的国情，从实际出发，实事求是，建立既能满足当前水质监测工作要求，又留有超前发展冗余的水质监测系统结构。因此，我们必须学习和借鉴西方发达国家的历史和经验，创建一条有中国特色的，跨越式发展的水质监测之路

2．国外现代化水质监测体系的发展现状和趋势
国外早期河流水系的水质监测方法是定时定点在河流的某些断面取瞬时水样，带回实验室分析。但这种人工抽查式的监测方法不能及时、准确地获得水质不断变化的动态数据。为了尽早发现水质的异常变化，迅速作出下游水质污染预报，及时追踪污染源，研究水的稀释、自净规律，国外在完善实验室监测的同时，陆续发展了水质移动监测系统和自动监测系统。
水质移动监测系统以移动监测车为基本监测单元，以便携水质实验室和现场水质多参数分析仪为分析手段，以GPS全球卫星定位系统和GPRS/GSM无线数据通讯装置为信息载体，有效地解决了偏远地区、水域水质监测的困难。
水质自动监测系统WQMS（Water Quality Monitoring System）以监测水质污染综合指标及其某些特定项目为基础，通过在一个水系或一个地区设置若干个有连续自动监测仪器的监测站，由一个中心站控制若干个子站，随时对该区的水质污染状况进行连续自动监测，形成一个连续自动监测系统。
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、荷兰等国已有相当规模的广泛应用，并被纳入至网络化的“环境评价体系”和“自然灾害防御体系”。一则可为综合评价水功能区的水环境质量提供基础性数据，二则可迅速发现突发性水质污染事故或天灾，将水域异常水质情况、污染传播源及影响规模通过系统的通讯网络传至控制中心，为决策部门把握灾害的性质状态，从而制定灾害的防治对策提供依据。

3．先进的监测技术要与先进的信息管理技术相结合
随着科学技术的进步，水质监测技术迅速发展，仪器分析、计算机控制等现代化手段在水质监测中得到了广泛应用。分析方法从分光光度法、电位法发展到原子吸收法、原子荧光光谱法、气相色谱法和液相色谱法等；手动和半自动实验方法、仪器也正逐步被由计算机控制的自动监测、遥测装置所代替。
然而，正如前文所述，21世纪的水利水质监测任务是以流域或区域水环境为主要研究对象的系统化工程，水质监测技术仅仅是系统工程中的基础组成部分，更为繁重的工作是将这些监测数据进行必要的信息化，构筑全国性的水质站网和监测信息中心，将各级监测中心的数据进行统计、分类和组合，建立水体分析模型综合分析预测，为水资源的开发利用、优化调度和水环境的保护管理提供决策性的依据。

4．中国的水质监测体系可以走跨越式发展之路
中国改革开发，WTO的加入，综合国力的提高，以及由水利部领导的国家水利系统多年来陆续建立和完善的四级监测体系，使中国具备了跨越式发展的可能。中国的水质监测体系完全可以针对国情，学习和借鉴西方发达国家的历史和经验，创建一条有中国特色的，跨越式发展的水质监测之路。

六、水利系统的水质监测综合应用解决方案

从国家未来水资源开发、利用、保护和管理的长期政策来看，综合应用解决方案既要能实现重点地区、重点水域和供水水源地的水质自动监测，提高监测信息数据传输和分析效率，又要能提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力，实现应急移动监测，并结合基础实验室监测网站的监测数据为国家大型水利建设工程提供技术可行性依据。
综合应用解决方案是集成方案，涉及到软件系统的构架和硬件系统的建设两个方面。

1．监测系统的软件构架————水资源质量评价系统
在诸多的水环境状况的要素中，首先就要客观、科学、公正地监测、评价水资源质量这个首要表征，同时做到水质水量同步监测、资料配套，水文部门要为国家政府、水行政主管部门及时、快速、准确地提供水质动态信息，提出保护和改善的建设意见，其次，根据社会需要，采用多样方式面向社会展开全方位服务。
水利水质监测数据历史长久、样本代表性典型、系统完整、水量水质配套、数据准确可靠、资料可比的水环境监测信息体系，为国家、水行政主管部门依法行政、实施监督管理、做好水资源保护提供科学依据和技术支撑。如何将现有条件下的水环境水质监测系统得到的实时、巨量的监测数据及时、有效地采集、存储、分析、报告、预测、公布，真正使之成为为国家、水行政主管部门决策的考量、执法的依据、管理的标准，这就成为了水文部门的当务之急。
安恒公司提出以水环境质量评价标准为核心，应用当今最先进的Internet技术、ＧＩＳ技术，基于Microsoft的XML 语言，在Microsoft .net的服务平台上，以ＷＥＢＧＩＳ为应用，将地理信息系统的空间图形与水环境评价属性数据有机结合，对各层空间信息、属性数据进行自动采集、实时传输、分类存储、更新显示、分析评价、有效管理、报告和发布，并形成可视化的生动表达形式和调度显示系统的全国水环境管理信息系统，这一管理信息系统主要针对各流域的水环境信息进行管理，具有覆盖面广、运行费用低、安全、稳定、可扩充性强、业务操作简捷、日常运行维护简便、上传数据及时、通讯设备无需投资、报告、发布电信化、分析评价自动化、可视化、管理正规、科学、有序。

2．监测系统的硬件构架——立体化监测解决方案
立体化的监测解决方案由实验室、移动和自动监测三部分组成。
（1）实验室监测解决方案
实验室是四级监测体系中进行日常水质分析工作的基本单位，由于长期以来各地域经济发展水平不平衡，标准不统一。因此，实验室的建设规模和发展程度也很不平衡，为使监测数据具有可比性、规范性和统一性，有必要根据国家和水利行业的有关标准，建立和不断完善应用技术相当的标准化实验室，配备以常规监测参数为主，如：Hach公司出品的pH、COD、BOD、氨氮、总磷和微生物等实验室快速自动分析仪，并结合地方水质特点辅以特殊的监测仪器，如：砷、硒、汞、挥发酚等分析设备。通过标准化的“水环境监测样品管理和质量控制系统”，进行日常的水质参数分析。典型应用有由中国妇女发展基金会主持的“大地之爱 母亲水窖”工程的配套项目——水质卫生安全监测体系。

（2）应急移动监测解决方案
今年以来，黄河流域陆续发生了兰州油污染和黄河潼关段水质异常事件，为应对和预防重大流域的突发性水污染事故和灾害，建立起相应的移动监测系统。系统由现代化的移动监测车、便携水质分析仪、自动采样器、图像采集和移动通讯设备等构成。利用便携方便的水质分析仪器现场迅速监测基本污染物质，采录污染现场，并通过GPRS/GSM移动通讯设备及时将第一手资料回传至上级部门和信息管理中心。同时自动采集样品，进行恒温贮藏，以备在实验室进行进一步分析之用。在首次5000万吨晋水东调进京的水质监测过程中，便携式水质监测仪器Hydrolab Datasonde 4a初步显示了移动监测的优越性，在晋水进京沿途的五个监测点进行了连续监测，现场数据及时反馈回北京的监测中心，为缓解首都的水危机提供了安全保障。

（3）自动站监测解决方案
自动水质监测站连续或间歇地实时监控河流、江河口、湖泊、沿海、地下水监测井、排污口水质状况，为水质监控提供完整的自动在线解决方案。整套系统由水质采样装置、预处理装置、自动监测仪器、辅助装置、控制系统、数据采集和传输系统组成。采用先进的Windows操作软件，监控记录水质的物理、化学、生物的变量参数，并通过网关将信息实时反馈到水利部水质监测中心，监测中心也可通过公众电话网络/PSTN专线、GSM/GPRS无线通讯网采集数据和实现系统的远程控制。

七．结论
现代化、信息化、系统化的水质监测体系日益提上议事日程，笔者认为在现有的四级水质监测体系下，以提高水质监测技术的现代化、标准化以及管理制度化的水平为目标，逐步建立起实验室、移动监测和自动监测相结合的立体化监测模式，并统一于水利部水质监测中心之下，可以有效全面的解决我国可持续发展过程中所面临的水质监测问题。

作者：
万众华 北京安恒测试技术有限公司总经理，长期致力于水环境监测的系统方案解决和本地化增值服务
武云志 北京安恒测试技术有限公司总工程师，环境工程硕士

参考文献：
1 李怡庭．全国水质监测规划概述．中国水利．2003.7.B
2 万众华．水资源评价建议书．水利水电市场．2002.7
3 万众华，李越．野外现场水质监测的重要手段．水利水电市场．2002.9
4 吴灿帮，费龙．现代环境监测技术[M] ．北京：中国环境科学出版社，1999




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