自動監測系統在長江口水文監測站網應用中的展望

陳志錚，殷 健，梁珊珊

(1．上海市水文總站，上海 200232;2．上海市排水管理處，上海 200001)

1 背景資料

1．1 長江口地理及水環境概況

長期的歷史演變使得長江口區域呈現出三級分汊，四口入海的地貌形態。長江口自徐六涇以下呈喇叭狀，流經崇明島將其分為南支與北支，而長興島和橫沙島則將南支分為南港與北港，九段沙又將南港分為南槽與北槽。

長江口是我國最大的河流入?？冢匀粭l件復雜多變，是河流與海洋相互影響、相互作用最活躍的區域之一，其大面積的沖淡水區以及毗鄰的水域構成了一個獨特的生態系統，由于同時受潮汐、河流雙重控制的影響，系統抵抗外界干擾能力、整體穩定性、對生態變化的敏感性都相當脆弱，生態平衡很容易被打破。

長江口水質條件同樣復雜多樣，有研究表明:河口江段明顯具有有機污染的特征，主要的污染因子為總磷、化學需氧量和氨氮;河口江段斷面水質目前狀況尚可，但近岸水域水質明顯劣于中泓水質;汛期水質劣于非汛期水質;內岸邊水域落潮期水質劣于漲潮期水質［1］。

1．2 長江口監測站網規劃概述

為進一步加強長江口水文監測工作，推進長江河口的綜合治理、資源開發和環境保護，上海市水務局于2010年啟動了《長江口水文監測站網規劃》的編制工作，經過反復研究論證和不斷細化完善，該規劃已于日前順利編制完成并獲市政府批準同意發布。

該規劃鑒于長江口現狀水文站網存在的布局不夠合理、監測要素不夠齊全、資料共享率不高及運行維護缺乏長效保障等不足，針對各行業、各部門水文監測需求的多樣化、差別化等特點，按照“保障重點、統籌兼顧”的原則進行監測站網的規劃布局和監測項目篩選，形成以控制站和關鍵節點代表水文站為主體的“一網47站”的長江口站網布局，系統開展潮位、流量、波浪、鹽度、泥沙、水質和風速風向等水文要素的監測和觀測。

1．3 長江口水質監測站規劃概述

長江口的水質監測是長江口水域水質評價、長江入海污染物通量分析、水源地保護等工作主要的數據來源。目前建成青草沙(上、下)、吳淞口3個常規自動水質監測站，規劃以現有3個站點為基礎，建設徐六涇站、牛棚港站、顧園沙站、東風西沙站、陳行站、長興島站、堡鎮站、陳家鎮站、九段沙站、沒冒沙站、南匯咀站、佘山站、雞骨礁站、綠華礁站等14個自動水質監測站，17個站點建成后，能夠實現對長江口區域實時監控水質。上述規劃的17個自動水質監測站點布局如圖1所示。

圖1 長江口自動水質監測規劃布局圖Fig．1 Location of the Automatic Water Quality Monitoring Stations

2 自動監測方法的選擇及影響討論

常見的水質指標有pH、溶解氧、濁度、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮、總氮等，現根據海洋監測規范并參考市場上出售的儀器設備所選擇的方法，歸納總結了各監測方法的特性及各影響因素對監測的影響程度，如表1所示。

由表1可見，采用光學法的監測方法受含沙量和絮體破壞影響顯著，因此當采用光學法作為自動監測方法時必須經常維護，尤其在數據波動較大時應采取人工法進行比對，保證數據可靠性。另外，生物質和水體污染幾乎對每種監測方法的每個指標都有影響，因此建議在發生水體污染及生物質大面積繁殖事故后也應該采取及時的人工干涉，在事故處理后重新矯正儀器設備。

建立水質自動監測站時應根據站點歷年的水質情況并結合站點處各類影響因素的變化程度，選取相適應的監測方法和設備，確保監測站建立后設備的平穩運行，同時盡可能方便管理。

3 長江口自動監測站的建設及應用建議

3．1 監測站分類管理模式的創新

以上17個水質監測站具有分布廣、數據量大的特點，管理周期也相對較長，不利于水質監測站的平穩運行。為便于統一管理，對技術提出了更高要求，因此提出以下兩種分類方式進行區別管理。

表1 監測指標方法及各影響因素Tab．1 Monitoring Indicators and Various Factors

3．1．1 按地理位置

根據規劃中17個監測站所在位置、水環境檢測中心所在地以及上海城市建設規劃，建議設置三個管理站，分別為崇明站、吳淞站以及滴水湖站。其中，崇明站依托現有的崇明水環境檢測中心建立，主要負責管理崇明島及附近的徐六涇站、牛棚港站、東風西沙站、堡鎮站、陳家鎮站、佘山站及顧園沙站等7個監測站點;吳淞站依托地處吳淞口的上海市水環境檢測中心實驗室建立，主要負責管理吳淞口及長興島區域的陳行站、長興島站、沒冒沙站、青草沙(上、下)、吳淞口等6個監測站點;滴水湖站根據現有城市規劃新建，主要負責九段沙站、南匯咀站、雞骨礁站、綠華礁等4個監測站點，同時滴水湖站還擔任服務于整個臨港新城的水環境檢測任務。

3．1．2 按監測站功能

根據17個監測站不同的功能、檢測項目，為了實現技術上的統一管理，根據各監測站功能不同進行區別管理。其中，東風西沙站、陳行站、沒冒沙站以及青草沙(上、下)五個監測站分別服務于四大水庫，除了常規指標外，還需增加揮發酚和揮發性有機物等指標，以確保百姓的飲水安全，因此這5個監測站可以共同管理;徐六涇、牛棚港站以及吳淞口站分別是長江水、回流水以及黃浦江水流入長江口的必經地，這三個監測站的水質監測工作意義重大，通過監測這三個站的水質情況，可以得到每天、每月甚至是每年各類污染物的通量，這為實現污染物控制提供了有力的數據支持，為實施最嚴格的水資源管理制度邁出了重要的一步，因此這3個監測站可以統一管理，根據不同的污染物控制需求增加測試指標，為進一步決策提供可靠數據;堡鎮站、陳家鎮站、佘山站、顧園沙、長興島站、段沙站、南匯咀站、雞骨礁站以及綠華礁這9個監測站相對測試指標穩定、檢測任務較輕，可以進行統一管理，但若在其附近發生化學品、油類或其他危險品泄漏事故時，也需要增加測試頻率，監控水質變化情況。

3．2 數據管理與信息共享的創新

長江口的水質監測工作，目前仍處在“九龍治水”的多頭管理階段，各單位都以本單位的業務需求作為出發點，分頭建設了各自相對獨立的采集系統、傳輸系統、數據庫系統、分析評價系統、資料整編系統;但在系統框架、數據格式、表現形式、軟件平臺等方面標準不統一，數據不一致。系統功能多局限于信息監測、圖表展示、查詢統計和資料管理等簡單功能，缺乏深層次的數據整合、系統集成和數據分析能力，也未能把信息采集、傳送、處理、分析、發布等環節有機組合起來，整體上存在“布局不全面、功能不齊全、標準不統一、監測不系統、信息不共享”的問題［2］。

按照長江口水文監測信息共享的技術要求，必須建立有效支撐多目標、多任務和多層次應用的長江口水文監測信息系統共享平臺的總體架構;需研發一項基于中間件的數據匯聚整合和統一交換技術;采用WebGIS的跨部門跨行業應用集成技術，冀建設起基于一個平臺、一個門戶、一張地圖的多源異構信息集成、多級多層的信息共享系統，為長江口水文監測站網依法實施“統一規劃，統一標準，統一整編，資料共享”提供后臺支持。

3．3 事故應急監測能力的配套提升

長江口地處長江東西運輸通道與海上南北運輸通道的交匯點，是上海港及長江干線的通海咽喉，在內陸航運及海路航運中占據重要地位，年貨運吞吐量超過7億t。在巨大的吞吐量背后，每年在長江口發生的各類化學品、油類等泄漏事故也是長江口水質監測的一大難題。相關部門通常會在接到相關信息后2～3 h內達到事故現場，隨后進行采樣檢測，經常發生數據更新不及時、應急措施緩慢，甚至污染水源地等問題，通過建設水質監測站，能夠在第一時間采取應急措施，及時加強事故水域的監控和發生在水源地附近的污染事故;同時加強了水源地水質監測站的監測，一旦發現污染擴散至水源地，可及時關閉水源地供水，待污染排除、水質重新檢測合格后再重新啟用。也就是說，通過建設17個監測站，有效提高了長江口區域事故應急監測能力，應充分考慮到以上因素，制定快速、高效、靈活、機動的應急預案及機制，預案及機制的建立必須有針對性，必須根據實際情況，采取多點同步調查監測的方法和走航跟蹤監測方法。通過自動監測系統能夠獲得事故發生后即刻的水質變化情況，有利于長江口區域污染物擴散模型的建立，并且能夠較準確地建立起應急響應方案庫，應對各類污染物泄漏事故的發生，為將來這類事故的處理決策提供全面參考。

3．4 監測站運行維護及其配套建設

3．4．1 監測站日常運行及維護

按照功能或地理位置等將17個水質監測站進行分類管理后，由各管理站分別對其所管轄的站進行統一管理及后期維護。參照現有在線自動監測點的管理辦法，按照《水質在線自動監測管理辦法》要求進行維護管理，每月或每季度定期對水質監測站進行維護，建立水質自動監測站管理工作例會制度，明確上級單位、運行管理單位以及運行維護單位或監測設備供應單位參加的專人名單。

3．4．2 供電防雷系統的特殊需求

傳感器、通訊設備部分在戶外工作，室內設備能夠通過信號線、通信線、電源線與之直接鏈接，安裝儀器的站房本身也暴露在大氣中，因此傳感器、通訊設備的室外部分和站房都必然會受到雷電的影響。而且監測系統中大量應用了微電子器件，耐壓程度很低，雷電感應極易對它們造成破壞性的損壞。因此，系統的防雷工作非常重要。防雷要求包括:防直擊雷要求，防感應雷要求和防電磁脈沖輻射危害。采用的方法包括外部防雷保護系統，內部防雷等電位聯接，信號線、電源、通訊線路防雷等。

3．4．3 實驗室建設

實驗室是各水質自動監測站有力的后勤保障，它肩負著數據收集、比對，試劑補給，儀器維護等任務，除此之外，許多無法采用自動監測方法測試的數據還需要在實驗室中完成，因此建立一支業務素質過硬的實驗室隊伍對于整個水質自動監測系統的正常運行至關重要。由于歷史原因，上海地區的海洋環境監測起步較晚，目前大部分水環境實驗室在海洋水環境監測技術上還比較滯后，但隨著國家建設海洋強國戰略的部署，通過東海海洋局的技術指導與支持，結合各類計量認證及實驗室測評等方法，海洋實驗室建設會日益完善。

4 展望

長江口水文監測站網規劃將建成17座水質監測站，待監測站建成后將服務于整個長江口的水環境監測。屆時將大大提升長江口水域的應急響應速度，同時能與現有的海洋水環境實驗室配套，提高海洋水環境測試水平，加強海洋環境管理能力。準確的水環境監測數據是執行最嚴格的水資源管理制度的有力支撐，也是建設海洋強國策略的重要保障。

除了文中提到的建議，咸潮［3］、風暴潮［4］等也是長江口常見的惡劣條件，對于監測數據也可能有一定的影響，在實際建設過程中應當予以考慮。

［1］邱訓平，穆宏強，支俊峰，等．長江口水環境現狀及趨勢分析［J］．人民長江，2001，32(7):26-28．

［2］顧圣華．上海地區水文特性探討［J］．上海水務，2003(4):38-40．

［3］陳慶紅，徐建益，朱建榮，等．長江口水源地咸潮控制臨界流量確定及保障措施［J］．人民長江，2011，42(8):68-72．

［4］盧永金．上海風暴潮防御的形式與對策探討［J］．上海水務，2008(1):6-10．