時(shí)美

【摘? 要】基于水質(zhì)傳感器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，選出具有智能、檢測(cè)快速簡(jiǎn)便特點(diǎn)的監(jiān)測(cè)參數(shù)，在研究區(qū)域內(nèi)不同位置布點(diǎn)實(shí)施水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，為水體突發(fā)事故的預(yù)警和處理提供及時(shí)有效的信息預(yù)報(bào)和決策支持。通過(guò)對(duì)一年的數(shù)據(jù)跟蹤，論文發(fā)現(xiàn)在有限的農(nóng)村河道中，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)一類污染物，從而推測(cè)出其他污染物的變化趨勢(shì)。基于對(duì)水質(zhì)參數(shù)的趨勢(shì)分析，論文可以推測(cè)長(zhǎng)江咸潮發(fā)生的時(shí)間。

【Abstract】Based on the on-line monitoring technology of water quality sensor， the monitoring parameters with the characteristics of intelligence， fast and simple detection are selected， we set up points at different locations in the study area to implement on-line monitoring of water quality， so as to provide timely and effective information prediction and decision support for the early warning and treatment of water emergencies. Through one year's data tracking， the paper found that in the limited rivers? in rural areas， one kind of pollutants can be monitored， so as to predict the change trend of other pollutants. Based on the trend analysis of water quality parameters， the paper can predict the occurrence time of the saltwater of the Yangtze River.

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村河道;水質(zhì)在線監(jiān)測(cè);水質(zhì)傳感器;預(yù)警

【Keywords】rivers in rural areas; on-line monitoring of water quality; water quality sensor; early warning

【中圖分類號(hào)】X832? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0123-03

1 引言

“綠水青山就是金山銀山”，在水污染防治工作中，水環(huán)境監(jiān)測(cè)是重中之重。而河道常規(guī)的監(jiān)測(cè)主要依靠人工取樣和實(shí)驗(yàn)室分析，這種常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法通常響應(yīng)速度延遲、實(shí)時(shí)性不高、成本高且有二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前，河道監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)是及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地獲取河道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映河道質(zhì)量狀況和變化趨勢(shì)，及時(shí)跟蹤污染源變化狀況，準(zhǔn)確預(yù)警各類潛在的環(huán)境問(wèn)題和響應(yīng)突發(fā)環(huán)境事件。因此，實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備是其中重要的一環(huán)。然而，當(dāng)前水體中的污染物種類數(shù)量相當(dāng)龐大，用于在線監(jiān)測(cè)的設(shè)備總體來(lái)說(shuō)可以分為兩類：一類監(jiān)測(cè)設(shè)備可以識(shí)別和測(cè)量確定污染物或者同類污染物，如在線監(jiān)測(cè)總氮、總磷、氨氮、重金屬、COD等各類污染物的設(shè)備，這類在線監(jiān)測(cè)設(shè)備大部分都有耗時(shí)長(zhǎng)、體積大、制造維護(hù)成本高、產(chǎn)生二次污染等缺陷;另一類監(jiān)測(cè)設(shè)備則與前者不同，其不是用來(lái)監(jiān)測(cè)特定污染物的，監(jiān)測(cè)如溫度、pH、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧、氧化還原電位等各種水質(zhì)參數(shù)，這類傳感器在智慧水務(wù)項(xiàng)目中被稱為智能簡(jiǎn)約型水質(zhì)傳感器。

智能簡(jiǎn)約型水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備由于其成本低、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，且其數(shù)值與各類特定的水質(zhì)污染物參數(shù)具有一定關(guān)系，結(jié)合其數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也可以很好地表達(dá)污染能力，被國(guó)內(nèi)各種智慧水務(wù)項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用。

本文結(jié)合智慧水務(wù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在智慧河道監(jiān)測(cè)過(guò)程中選擇布設(shè)智能簡(jiǎn)約型傳感器中的在線浮標(biāo)設(shè)備，并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)河道水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

上海的農(nóng)村水域?qū)儆诮系湫退?，河道縱橫交錯(cuò)，村鎮(zhèn)級(jí)河道較多，村鎮(zhèn)級(jí)河道又與骨干河道緊密相連，所以該地地表水水質(zhì)與長(zhǎng)江河流水質(zhì)和村鎮(zhèn)級(jí)河道水質(zhì)密切相關(guān)[1]。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)時(shí)需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)的水系分布和周邊環(huán)境情況進(jìn)行合理布點(diǎn)。

一般河道水環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的理想目的是了解河流沿程每一個(gè)橫斷面的水質(zhì)，即水質(zhì)沿程濃度變化實(shí)況全圖，而造成沿程負(fù)荷的原因主要有：河床來(lái)源、底質(zhì)來(lái)源、大氣來(lái)源、雜亂排放、小集中負(fù)荷、自生污染等[2]。

因此，對(duì)本區(qū)域內(nèi)河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)按照如下原則進(jìn)行：

①監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)的目的為研究一條河流水質(zhì)總體概況變化曲線;

②關(guān)注重要河流斷面，如市縣級(jí)河道斷面;

③有機(jī)污染物在水體中行為較為復(fù)雜，是水環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo);

④由于農(nóng)村河道中的污染通常為分散性集中負(fù)荷，一般多量小點(diǎn)源，視具體情況將其轉(zhuǎn)化為等效集中或者沿程負(fù)荷，并在等效集中負(fù)荷點(diǎn)前后設(shè)置斷面觀測(cè)點(diǎn)取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù);

⑤在全域內(nèi)進(jìn)行均勻、有代表意義、能測(cè)出等效濃度的位置進(jìn)行布點(diǎn)。

根據(jù)上述監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的原則，本次研究區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖1所示。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率

每年的11月到次年的4月是長(zhǎng)江的枯水期，每年5月到10月是長(zhǎng)江的豐水期。本次研究區(qū)域受到農(nóng)業(yè)和海水倒灌的影響較大，工業(yè)排污等對(duì)區(qū)域內(nèi)的影響較小。在枯水期，磷酸類化肥的污染為其主要污染成分，豐水期則是鉀離子為主要污染成分[3]。因此，基于區(qū)域現(xiàn)狀和現(xiàn)有的地表水標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合簡(jiǎn)約型智能傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和頻率如表1所示。

4 水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)

本次研究區(qū)域的智慧水務(wù)建設(shè)，需要全天候、全方位感知當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的威脅態(tài)勢(shì)、實(shí)時(shí)洞悉當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的健康狀態(tài)。利用生態(tài)算法模型實(shí)現(xiàn)完整的污染源溯源分析與威脅預(yù)測(cè)分析，初步形成“實(shí)時(shí)監(jiān)控研判、應(yīng)急預(yù)案處理、快速反饋調(diào)度”的智能互動(dòng)閉環(huán)生態(tài)治理平臺(tái)。

智慧河道的監(jiān)測(cè)頻次和建設(shè)需求要求水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具備成本低、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、免維護(hù)等特點(diǎn)。因此，選擇浮標(biāo)式水質(zhì)五參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備為各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，在重點(diǎn)河道增設(shè)光譜法COD監(jiān)測(cè)設(shè)備和電極法氨氮監(jiān)測(cè)設(shè)備。

5 水質(zhì)異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)后，每隔一小時(shí)會(huì)采集一次數(shù)據(jù)上傳至采集平臺(tái)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的上下限值和前后數(shù)據(jù)變化，設(shè)置一定的報(bào)警規(guī)則，發(fā)生水質(zhì)報(bào)警時(shí)，則認(rèn)為水質(zhì)發(fā)生異常。本文的觀察期為2018年9月至2019年9月的一年時(shí)間，對(duì)其中五個(gè)代表性監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)一年的變化情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)參數(shù)之間的關(guān)系評(píng)價(jià)。

選擇的五個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分別是水質(zhì)0號(hào)、水質(zhì)1號(hào)、水質(zhì)2號(hào)、水質(zhì)3號(hào)和水質(zhì)4號(hào)，具體布設(shè)位置見圖1。這五個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為布點(diǎn)時(shí)選取的五個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。監(jiān)測(cè)的參數(shù)分別為：水溫、水位、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、濁度、ORP、COD和氨氮數(shù)值。

以時(shí)間（小時(shí)）為橫坐標(biāo)，以監(jiān)測(cè)數(shù)值為縱坐標(biāo)繪制趨勢(shì)圖，觀察全年各監(jiān)測(cè)參數(shù)的數(shù)值變化趨勢(shì)。由圖2和圖3的對(duì)比可以看出，全年全區(qū)域的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)和濁度數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)幾乎一致，在2018年10月附近電導(dǎo)率數(shù)值有所跳動(dòng)，其數(shù)值大于1000μs/cm，但之后趨于平緩，幾個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)值在500μs/cm左右，推測(cè)10月為長(zhǎng)江咸潮爆發(fā)的時(shí)段。由圖4、圖5和圖7的對(duì)比可以看出，全年全區(qū)域的COD、氨氮和溶解氧的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)也較為一致，但是在2019年3月至2019年4月，水質(zhì)1號(hào)、水質(zhì)3號(hào)和水質(zhì)4號(hào)的COD數(shù)值基本大于100mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他時(shí)間段的COD數(shù)值，但該時(shí)段的氨氮數(shù)值并沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。

從圖2至圖7的數(shù)據(jù)來(lái)看，全年整體河道的數(shù)據(jù)較為平穩(wěn)，沒(méi)有發(fā)生明顯的數(shù)值普遍上升或者下降，水質(zhì)2號(hào)、水質(zhì)3號(hào)和水質(zhì)4號(hào)的水質(zhì)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)較為一致，水質(zhì)0號(hào)和水質(zhì)1號(hào)的水質(zhì)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)較為一致。這可能與水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的地理位置相關(guān)，水質(zhì)0號(hào)和水質(zhì)1號(hào)更靠近長(zhǎng)江入?？?，容易受到咸潮的影響，數(shù)據(jù)也較其他三個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)波動(dòng)更大。從圖4中COD的趨勢(shì)圖可以看出，在部分時(shí)間河道的COD數(shù)值較高，這可能是由于當(dāng)?shù)氐囊恍┊惓Ｅ盼郜F(xiàn)象導(dǎo)致的。

5.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)討論

從全年的各參數(shù)數(shù)據(jù)分析可以看出，在水質(zhì)較平穩(wěn)的農(nóng)村河道中，電導(dǎo)率和濁度的數(shù)據(jù)變化是趨于一致的，這可能是由于引起河流中這兩個(gè)參數(shù)變化的因素為河床自身一些物質(zhì)發(fā)生變化或者溶解。通過(guò)對(duì)電導(dǎo)率和濁度的趨勢(shì)分析，可以預(yù)警長(zhǎng)江咸潮發(fā)生的時(shí)間。COD、氨氮和溶解氧的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)也是較為一致的，這可能是由于農(nóng)村河道主要提供給這幾種污染物監(jiān)測(cè)參數(shù)的物質(zhì)類似，如動(dòng)物糞便、化肥農(nóng)藥等排污。在農(nóng)村河道中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的排污成分會(huì)導(dǎo)致COD、氨氮和溶解氧基本處于一致性變化，這與工業(yè)地區(qū)的排污情況不同。因此，可以推測(cè)在有限的農(nóng)村河道中，基于對(duì)一類污染物變化的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而推測(cè)出其他污染物的變化趨勢(shì)。

6 結(jié)論

本文中選出的監(jiān)測(cè)參數(shù)均具有智能、檢測(cè)快速簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，基本能代表農(nóng)村河道的水質(zhì)情況，這幾種河道監(jiān)測(cè)參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)用，在不同位置布點(diǎn)實(shí)施實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，為水體突發(fā)事故的預(yù)警和處理提供及時(shí)、高效、可靠的信息預(yù)報(bào)和決策支持。通過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年的數(shù)據(jù)跟蹤，本研究發(fā)現(xiàn)，合理的監(jiān)測(cè)設(shè)備布點(diǎn)相當(dāng)重要，有效地監(jiān)測(cè)布點(diǎn)可以配合污染物擴(kuò)散模型而獲得全區(qū)域內(nèi)的污染物擴(kuò)散情況。

【參考文獻(xiàn)】

【1】許鑫華，張鳳新.淺議在崇明島河道管理中加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的必要性[J].上海水務(wù)，2012（1）：39-40.

【2】王增愉.河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)站設(shè)置 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)[J].1993，5（2）：10-13.

【3】樂(lè)觀，唐思賢，周忠良.崇明島河道水質(zhì)指標(biāo)季節(jié)性變化分析[J].2009，25（5）：37-40.