＊周明 陳果

（長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局 湖北 441022）

1.水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

（1）微生物檢測(cè)技術(shù)。水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，主要檢測(cè)水體含微生物量、物理性質(zhì)、化學(xué)元素等，進(jìn)而對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。而微生物檢測(cè)是檢測(cè)水體微生物，結(jié)合環(huán)境分析學(xué)、化學(xué)檢測(cè)學(xué)等原理，以此判斷水體是否被污染，哪些污染物超標(biāo)等[1]。該技術(shù)使用中，由于存在難以量化、具體的表達(dá)水體污染程度，僅用于輔助手段，卻占有重要地位。

（2）氣相色譜技術(shù)。該技術(shù)是以氣體為流動(dòng)相色譜法，是新型分離分析技術(shù)，廣泛用于科學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)及環(huán)境保護(hù)中。氣相色譜法根據(jù)物質(zhì)極性、沸點(diǎn)等差異，將混合物進(jìn)行分離檢測(cè)。實(shí)際應(yīng)用中，汽化室將水樣氣化，被載氣輸入含固/液的色譜柱中，水樣內(nèi)部含有不同元素，存在吸附性、沸點(diǎn)等參數(shù)差異，使得各組分能夠形成吸附平衡，以流動(dòng)相將各組分反復(fù)分配、吸附等，使得最大組分、濃度元素先流出[2]。檢測(cè)器對(duì)組分檢測(cè)分析，轉(zhuǎn)變組分為電信號(hào)，記錄后生成氣象色譜圖。

（3）遙感技術(shù)。水處理工作中，遙感技術(shù)相比其他監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠自動(dòng)收集監(jiān)測(cè)結(jié)果，確保結(jié)果可靠準(zhǔn)確，具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果，不會(huì)受人為干擾，無(wú)需付出過多成本。一方面遙感技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)固體懸浮物，利用紅外光波測(cè)定懸浮物，構(gòu)建懸浮物波段幅值模型，了解水體水質(zhì)。

2.水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)監(jiān)測(cè)技術(shù)

①自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。在信息時(shí)代下，全面開展環(huán)境保護(hù)工作，為滿足保護(hù)水環(huán)境要求，結(jié)合環(huán)保規(guī)范，將信息技術(shù)納入監(jiān)測(cè)工作中成為現(xiàn)階段重點(diǎn)，構(gòu)建可控信息平臺(tái)與匯總機(jī)制，推動(dòng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作發(fā)展。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中，借助信息系統(tǒng)，能夠自動(dòng)采集、處理水樣，利用在線分析儀等，與傳感器配合，打造水環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)。具體功能如下：

一是自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，與監(jiān)測(cè)站相配合，能夠自動(dòng)掃描信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置要求，提取準(zhǔn)確參數(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)管理體系，將其按照要求傳輸數(shù)據(jù)至相應(yīng)云平臺(tái)。

二是在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)地方不同用途水質(zhì)要求，制定水樣分析參數(shù)，完成自動(dòng)采集、測(cè)定工作，實(shí)時(shí)獲得水樣數(shù)據(jù)，及時(shí)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確控制水污染情況，避免污染周遭環(huán)境[3]。

三是自動(dòng)報(bào)警留樣，由于水環(huán)境流動(dòng)變化，必須根據(jù)監(jiān)測(cè)情況確定變化規(guī)律、污染物分布情況等，進(jìn)而對(duì)異常參數(shù)準(zhǔn)確評(píng)估，配合數(shù)據(jù)中心，確保工作人員能夠了解水環(huán)境情況，根據(jù)留存樣品制定治理方案。

四是遠(yuǎn)程控制功能，通過對(duì)水環(huán)境的遠(yuǎn)程跟蹤、控制，與財(cái)稅分析、反吹吸、管理配水等模塊，使得工作人員遠(yuǎn)程即可開展工作。

五是自動(dòng)傳輸分析，基于數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總，對(duì)各階段水樣參數(shù)整理分析，按照檢測(cè)結(jié)果，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，評(píng)價(jià)水環(huán)境的水質(zhì)。

②生物監(jiān)測(cè)技術(shù)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用生物學(xué)知識(shí)，監(jiān)測(cè)環(huán)境與生物的關(guān)系，評(píng)價(jià)水污染，不同生物層面監(jiān)測(cè)內(nèi)容存在差異。該技術(shù)具有靈敏度高的特點(diǎn)，即便在極低污染濃度下，也能及時(shí)作出反應(yīng)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且，生物監(jiān)測(cè)能夠?qū)⑺廴厩闆r直接反映出來，某地區(qū)產(chǎn)生水污染后，地區(qū)生物種群生物鏈也受影響，經(jīng)過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，有助于了解污染源，具有廣泛適用范圍。

③“3S”監(jiān)測(cè)技術(shù)?！?S”技術(shù)由地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成，憑借通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與微信技術(shù)支持，能夠剖析、處理收集數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測(cè)水環(huán)境，檢測(cè)速度較快，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性良好。但是，“3S”技術(shù)也存在缺陷，由于我國(guó)南北跨度大、地幅廣闊、水質(zhì)有所差異，部分地區(qū)水環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，難以發(fā)揮“3S”技術(shù)效用，需結(jié)合其他技術(shù)開展工作。

④物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)是根據(jù)射頻識(shí)別、通信系統(tǒng)技術(shù)對(duì)水環(huán)境開展監(jiān)測(cè)，能夠監(jiān)測(cè)具體水質(zhì)情況、河流斷面水量等，不會(huì)對(duì)河段生態(tài)造成影響，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，確保數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確，便于人員開展針對(duì)性分析，提高工作效率。

(2)監(jiān)測(cè)儀器

①水質(zhì)監(jiān)測(cè)站。水質(zhì)監(jiān)測(cè)作為反映水環(huán)境的直觀手段，計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展下，水質(zhì)監(jiān)測(cè)不局限于實(shí)驗(yàn)室分析，擴(kuò)充至在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中，沿河布置傳感器，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷等指數(shù)，跨越多個(gè)地區(qū)，實(shí)時(shí)掌握主要河段水質(zhì)，保證發(fā)現(xiàn)問題后，對(duì)污染河段能夠精準(zhǔn)鎖定，輔助考核。

②視頻監(jiān)控天眼。傳統(tǒng)各部門獨(dú)立管理方式，會(huì)耗費(fèi)較多人力物力，存在污染源難發(fā)現(xiàn)、位置定位難的情況[4]。

為此水環(huán)境監(jiān)測(cè)在主要排污口、重點(diǎn)河段、產(chǎn)業(yè)園區(qū)等，布置視頻監(jiān)控天眼設(shè)施，建立立體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)水源24h監(jiān)控。關(guān)聯(lián)斷面、污染源、流域內(nèi)視頻監(jiān)控，提高環(huán)境執(zhí)法效率。

③污染源監(jiān)測(cè)。污染源監(jiān)測(cè)是對(duì)點(diǎn)源監(jiān)測(cè)，能夠遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)控排放污染源，設(shè)置在線監(jiān)控設(shè)施，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、常規(guī)化管理，及時(shí)排水預(yù)警，保證斷面水質(zhì)產(chǎn)生異常變化，利用污染源監(jiān)測(cè)儀器，追溯污染。還可根據(jù)河流水質(zhì)變化，控制源頭污染源排放，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

④無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)。水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，由于植被影響、地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)人員難以走進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致無(wú)法掌握排污口情況。個(gè)別企業(yè)私設(shè)暗管，不經(jīng)排放直接排入地表水或管網(wǎng)，帶來持續(xù)污染影響。在科技水平下，無(wú)人機(jī)廣泛用于生態(tài)領(lǐng)域，有效解決地形復(fù)雜問題，減少戶外調(diào)查量。為此，水環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器可配置無(wú)人機(jī)、熱成像設(shè)備、智能全影像探測(cè)雷達(dá)，排查河流排污口與陸域污水私接。

3.水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的實(shí)踐應(yīng)用

（1）地表水監(jiān)測(cè)。地表水作為最易被污染的水體環(huán)境，為保證環(huán)境質(zhì)量，需結(jié)合管理規(guī)范，建立科學(xué)控制模式，合理利用監(jiān)測(cè)技術(shù)及儀器，準(zhǔn)確防控污染。現(xiàn)有地表水監(jiān)測(cè)時(shí)，主要采取遠(yuǎn)程和動(dòng)態(tài)監(jiān)控協(xié)同控制模式，尤其是斷面水體與流域水質(zhì)，必須匯總數(shù)據(jù)，對(duì)水體污染及時(shí)預(yù)測(cè)，以免引發(fā)更多負(fù)面影響[5]。還能從整體層面合理規(guī)劃水質(zhì)管理，結(jié)合環(huán)保要求，完成工程項(xiàng)目。

（2）水庫(kù)監(jiān)測(cè)。在地區(qū)水庫(kù)資源中，為實(shí)現(xiàn)常態(tài)化管理，需要執(zhí)行動(dòng)態(tài)管控，確保水體環(huán)境各參數(shù)平衡，做到綜合監(jiān)管。而水庫(kù)監(jiān)測(cè)中，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有總磷量、PH數(shù)值、COD參數(shù)、氨氮等，為加強(qiáng)評(píng)估，可采取自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，編程遠(yuǎn)程分析模塊，配合傳感器收集的各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容，開展合理調(diào)控，從源頭降低污染，循序漸進(jìn)開展水源保護(hù)。此過程中，一是監(jiān)測(cè)水庫(kù)水質(zhì)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備連接，通過人機(jī)互動(dòng)的方式，建立水環(huán)境監(jiān)督模式，使得人員能夠及時(shí)得到水質(zhì)數(shù)據(jù)。二是結(jié)合工程管理部門，保證水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器應(yīng)用合理性，開展階段性施工，加強(qiáng)管理，合理管控水庫(kù)數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化自動(dòng)化測(cè)試與控制。

（3）水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)。水源地水質(zhì)要求較高，為開展水環(huán)境阿博湖，需制定水質(zhì)監(jiān)測(cè)、儀器處理要求，確保評(píng)估結(jié)果與要求相符，構(gòu)建源頭水質(zhì)管理體系。借助水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、氣象色譜技術(shù)、微生物檢測(cè)技術(shù)等，連續(xù)對(duì)區(qū)域開展水質(zhì)監(jiān)測(cè)，控制每隔8h自動(dòng)收集參數(shù)1次，實(shí)現(xiàn)24h監(jiān)測(cè)，確保水質(zhì)數(shù)據(jù)具有代表性。一是利用監(jiān)測(cè)技術(shù)儀器，管理者可及時(shí)把控水源地水質(zhì)，將水質(zhì)參數(shù)傳輸至有關(guān)部門，采取科學(xué)管護(hù)方法，統(tǒng)籌治理污水環(huán)境。二是應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)儀器，構(gòu)建監(jiān)測(cè)體系，獲取動(dòng)態(tài)水質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)化管理水平。三是開展水質(zhì)周報(bào)工作，做到每周對(duì)水質(zhì)情況進(jìn)行上報(bào)匯總，且將數(shù)據(jù)公開發(fā)布，將其共享至環(huán)保網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立水質(zhì)管理平臺(tái)，有助于全國(guó)把控水質(zhì)環(huán)境，構(gòu)建規(guī)范、制度的水質(zhì)監(jiān)控方法。例如，某地水質(zhì)監(jiān)測(cè)，借助水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)比總磷、總氮等數(shù)據(jù)指標(biāo)，以半年為單位匯總數(shù)據(jù)，將其儲(chǔ)存分析，發(fā)現(xiàn)總磷數(shù)值較高，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查地區(qū)水質(zhì)超標(biāo)原因，制定防治方案。

（4）排污口監(jiān)測(cè)。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，為建立可控污染控制體系，減少污染排放，打造系統(tǒng)、完整的管理體系，以免常態(tài)化管理不足，影響污水管理質(zhì)量。相關(guān)企業(yè)排污口是將污水處理后排入河流或管網(wǎng)的設(shè)施，需采取自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保監(jiān)督可控性與規(guī)范性。在排污口監(jiān)測(cè)中，可利用氣相色譜法，涉及關(guān)鍵技術(shù)如下：①火焰光度檢測(cè)器技術(shù)，使用氣相色譜技術(shù)對(duì)水環(huán)境磷含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選擇甲醛萃取劑，結(jié)合磷元素可氧化燃燒特點(diǎn)，利用火焰光度檢測(cè)器，確定水環(huán)境磷含量。②頂空氣相色譜技術(shù)，水環(huán)境總磷監(jiān)測(cè)中，采取衍生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化水中硝酸鹽為衍生物，利用其易揮發(fā)特性監(jiān)測(cè)分析。③電子捕獲器技術(shù)，聯(lián)用電子捕獲器與氣相色譜技術(shù)，監(jiān)測(cè)水環(huán)境硝酸鹽與亞硝酸鹽氮含量。

（5）監(jiān)測(cè)報(bào)警。水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，采取水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，與遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合，能夠發(fā)揮自動(dòng)化、信息化監(jiān)控特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)情況動(dòng)態(tài)管控，保證水質(zhì)評(píng)價(jià)、控制體系更科學(xué)，也能全面分析水源分布，發(fā)現(xiàn)重大污染立即報(bào)警，以免水污染蔓延，增加環(huán)境污染指數(shù)，加大地方經(jīng)濟(jì)損失。以某地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)為例，地方水庫(kù)是下屬縣城供水源頭，為階段性地方引水重點(diǎn)，下游城市取水重地，如果水污染嚴(yán)重，將會(huì)造成飲水安全問題，需做好監(jiān)測(cè)工作。為此，該地區(qū)采取自動(dòng)監(jiān)測(cè)，利用系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)儀等評(píng)估是否存在微生物、氮磷元素異常等，做好參數(shù)報(bào)警工作，出現(xiàn)問題及時(shí)通知部門處理。該水庫(kù)監(jiān)測(cè)站2021年末發(fā)現(xiàn)揮發(fā)酚超標(biāo)，使用自動(dòng)采樣器，收集和化驗(yàn)水質(zhì)水樣，使得環(huán)保人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，確定上游存在排污口問題，且對(duì)周圍排放污染超標(biāo)企業(yè)等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)后將其關(guān)停，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化治理，確保水源安全，提高水源質(zhì)量，減少污染情況。

4.水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展趨勢(shì)分析

（1）提升監(jiān)測(cè)范圍。水環(huán)境污染因素較多，加上科技發(fā)展下，呈現(xiàn)逐年增多趨勢(shì)，導(dǎo)致現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器無(wú)法有效監(jiān)測(cè)污染因子，使得污染治理較為盲目，消耗物力、人力較多，難以保證效果。例如，微生物污染中，微生物超標(biāo)會(huì)污染水環(huán)境，大肆繁殖。由于生物遷移、水體流動(dòng)，污染周圍水體，無(wú)法準(zhǔn)確、及時(shí)判定。所以，監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器發(fā)展下，需要拓展監(jiān)測(cè)范圍，將有機(jī)污染、重金屬污染等納入監(jiān)測(cè)范圍，更好的發(fā)揮監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器優(yōu)勢(shì)。

（2）提高監(jiān)測(cè)集成化。在監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器發(fā)展下，水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用愈發(fā)廣泛，受到資金與技術(shù)限制，技術(shù)與儀器完善度不足，適用性較低。為更好的應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器，需提高集成化水平，合理應(yīng)用光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、生物芯片技術(shù)等，以分布廣泛、穩(wěn)步發(fā)展、高精質(zhì)量為目標(biāo)，分級(jí)分類建設(shè)。例如，水站建設(shè)時(shí)，涉及微型站、岸邊站、簡(jiǎn)易站等，均需要有高集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（3）提高監(jiān)測(cè)智能化。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展下，智能化、自動(dòng)化水平逐漸提高，以色譜儀、光譜儀為例，具備自動(dòng)控制測(cè)試、自動(dòng)取樣、數(shù)據(jù)處理功能，及自診斷、自校正、自聯(lián)網(wǎng)功能。并建立專家智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)雜的哈德曼變換、傅里葉變換，配合三維圖譜與專家分析，即可短期內(nèi)獲得監(jiān)測(cè)結(jié)果，成為新一代儀器發(fā)展方向。

（4）實(shí)現(xiàn)儀器小型化。監(jiān)測(cè)儀器向微型化、小型化、多參數(shù)化發(fā)展，合理應(yīng)用微型傳感器、微電子、新材料等，縮小現(xiàn)有儀器體積，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、造型美觀、線條明快。例如，液相色譜、氣相色譜、熱分析儀等，體積僅為原有的1/4或1/3，便于攜帶使用。

5.結(jié)論

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增加下，水環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)提出新要求。各國(guó)為達(dá)到環(huán)保要求，積極探索新監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器，可應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)與儀器，優(yōu)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。未來發(fā)展中，水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器需加大創(chuàng)新研究，提升監(jiān)測(cè)范圍，提高監(jiān)測(cè)集成化，從而提高監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)可靠性，滿足環(huán)保需求。