自動監控系統在太湖流域水質變化預警中的作用

劉 雷，陳亞男，鐘 聲，呂學研

1．江蘇省環境監測中心，江蘇 南京 210036

2．中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

太湖流域面積36 895 km2，是中國經濟最發達的地區之一，關系著國家經濟社會的發展水平，自古以來就有“蘇湖熟，天下足”的美譽。流域地形以平原為主，區域內河道縱橫交錯，河網密集。河道地形平坦，盤根錯節相互影響，污染物質難以快速排出，加之區域經濟水平較高，污染物排放量大，大量污染物質在水體內累積，造成水體污染嚴重，湖泊富營養化程度較高［1-3］。

2007年，無錫飲用水危機事件后，中央、地方各級政府均開始積極尋求有效的水質變化監控預警技術，為控制流域水質污染提供技術支撐。歷時數年，江蘇省在太湖流域建成125個水質自動監測站(以下簡稱“水質自動站”)，形成基本覆蓋國家考核斷面、主要入湖河流、市界斷面、湖體飲用水源地的自動監控網絡，為流域水質變化的監控預警提供了有效支撐。以2011年流域水質自動站異常水質預警報告為依據，對水質預警發生的時間、空間及指標等變化特征進行分析，并以污染事故的處理結果對水質自動站的預警信息進行驗證，以期為其他流域水質變化的監控預警提供參考。

1 水質自動監控系統概況

1.1 水質監控系統運行

為了有效監控流域水質變化，江蘇省歷時數年在流域建成水質自動站125個，點位分布如圖1所示。水質自動監控系統的建成，為實現流域水質變化實時監控提供了可能。

圖1 太湖流域水質自動監測站網分布

水質自動站主要監測指標有pH、溶解氧、電導率、濁度、水溫、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷等，一般水質自動站每4 h監測一次，重點水域如飲用水水源地2 h監測一次。此外，為了提高水站預警能力，2010年底在望虞河、京杭運河沿線及太湖出入湖河流等部分水質自動站增配了重金屬、總酚、VOCs儀器作為科研用途。所有監測數據通過網絡傳輸到省級監控平臺，每天有專人負責數據分析，發現水質數據異常后，首先與地方質控人員進行核實，確認為非儀器原因造成的水質異常后及時發布預警信息，省環保廳相關督查單位將赴現場污染源方面的原因排查，及時查堵污染源。

1.2 水質異常信息判斷

實際工作中，一旦水質自動監測數據出現下述3種現象之一，即表示水質出現異常，應及時開展水質變化情況確認及相關預警信息發布：

1)某水質自動站連續1天共6組監測數據均超過平常濃度3倍，相應的水質指標劣于Ⅴ類。

2)飲用水源地水質自動站監測數據連續3組超過地表水Ⅲ類標準。

3)重金屬、總酚及VOCs出現預警超標2倍以上現象，其中重金屬采用地表水環境質量Ⅲ類標準限值，總酚參照揮發酚的地表水環境質量Ⅲ標準，VOCs參照采用《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中表3的飲用水標準限值。

2 太湖流域水質預警情況

太湖流域125個水質自動站每年發布300萬個左右監測數據。2011年，水質自動監控系統共捕捉到水質異常情況35起，涉及18條河流。以這些數據為基礎，分析該年水質異常的時空分布特征、造成水質異常的主要指標，并以漕橋河為典型河流對水質異常預警的變化特征進行深入分析。

2.1 水質預警斷面地區分布

2011年太湖流域水質異常預警斷面的分布范圍較廣，基本覆蓋江蘇省全太湖流域，鎮江、無錫、常州、蘇州均有出現，但主要集中在丹陽、武進、宜興交界斷面，且以泥炭河、漕橋河、中干河等河流為主，每條河流的預警次數均超過3次。

2.2 水質預警時間分布

2011年水質異常預警的時間尺度統計結果如圖2所示。太湖流域的異常水質集中出現在枯水期。枯水期，太湖流域降雨、河流水量均較少，水體的自凈能力較豐水期和平水期低，水質更易受污染影響導致水質異常。2011年1—3月共發生19起，占全年總次數的54%，其余各月發生頻次為3% ～9%。

圖2 2011年水質預警次數分布

2.3 水質異常預警主要指標

水質異常預警指標統計結果表明，造成水質異常的水質指標以氨氮、總磷為主，且造成的水質異常往往持續多日，導致水質長期劣于V類。氨氮最高濃度超過10 mg/L，總磷的最高濃度也曾超過儀器量程(2 mg/L)。2011年太湖流域發生的35起水質異常中有34起屬于“1.2”小節中所述的第1種情況，占總發生次數的97%。無第2種情況，僅一起屬于第3種情況，異常指標為重金屬六價鉻，位于京杭大運河，報警后對該斷面上游3公里范圍內的13家污染企業排污情況，進行了一次全面排查，但由于時過境遷，未能查到具體原因。

2.4 典型河流(漕橋河)水質預警情況

漕橋河位于江蘇省宜興市北部，是連接太湖與滆湖的主要水力通道之一，也是太湖主要入湖河流。漕橋河大部分河段屬于宜興市，部分河段位于常州市武進區境內，為宜興市、常州市武進區的界河，多次反復流經宜興、武進境內，沿途承納漕橋鎮、裴家鎮生活污水，與太滆運河匯合后，由百瀆港入太湖。沿程建有5個水質自動站，詳見圖3。

圖3 漕橋河水系自動站分布

水質異常預警情況統計結果顯示，漕橋河水質主要受總磷影響，水質異常預警幾乎均始于宜興與武進交界處錫溧漕河(主導流向為武進入宜興)的分莊橋附近，進而影響下游武宜運河、漕橋河及太滆運河的水質，導致武進與宜興交界斷面的總磷濃度頻繁大幅飆升。2010—2011年漕橋河水系總磷的異常預警呈現3個明顯特征：

1)分莊橋上游斷面存在有規律的總磷濃度大幅飆升現象，下游各斷面總磷濃度隨后出現同步飆升，呈現明顯時序分布，受水流影響，4—8 h后，分莊橋、鐘溪大橋、漕橋、裴家等斷面相繼出現峰值。

2)漕橋河水系水質變化與當地水系的水文、氣象特征密切相關。在枯水期，太湖北部沿江諸河開始補充調水，受其影響，北部河道水位抬升河流流向以東北流向西南為主，漕橋河是主要的受影響河流。豐水期，河道水流方向以西南流向東北為主，太滆運河是主要的受影響河流。

3)水質預警情況與企業的生產規律呈現較明顯的相關性。例如2010年2月13—20日、2011年2月1—10日的春節期間，各斷面水質明顯好于平常，節后各斷面污染物濃度迅速上升，這與企業在春節期間停工，節后工廠復工有一定關系。見圖4。

3 結論與建議

以2011年太湖流域水質自動監控系統捕捉到的水質異常數據為基礎，對太湖流域水質異常預警的特征進行分析。結果表明，太湖流域水質異常預警具有明顯的時空變化特征，水質異常頻次較高的斷面多位于丹陽、武進、宜興交界處，且以泥炭河、漕橋河、中干河等河流為主。流域水質異常預警主要發生在枯水期、豐水期末。導致水質異常的主要污染指標以氨氮和總磷為主。典型河流水質預警情況分析表明，流域水質變化具有明顯的上下游響應關系。水質變化與水文氣象、工廠生產周期等外界因素的關系較明顯。

水質異常原因現場排查結果表明，造成流域水質異常的原因較多，主要有以下4個方面：

1)畜禽養殖、種植業廢水未經處理直接排放，該類污染存在時間較長，污染較重，已對當地水體、底泥等造成嚴重影響。

2)污水處理廠尾水排放影響，污水處理廠尾水即使是達標排放，其污染物濃度也比天然水體相應物質的濃度高出很多，從而對流域水體水質產生顯著影響。

3)區域生活污染源尚未實現全部接管，直接排放的生活污水對水質的沖擊也不容忽視。

4)枯水期間水位較低，水體自凈能力減弱，正常或非正常排污比其余水期更易造成河流水質異常。

太湖流域水質自動監控系統在流域水質異常變化監控過程中的作用已顯著發揮，根據其發現的水質異常規律和排查原因，提出以下建議：

1)嚴格按照《畜禽規模養殖污染防治條例》制定畜禽養殖發展規劃，合理布局畜禽養殖生產，科學確定畜禽養殖的規模和總量，結合區域污染防治要求，制定畜禽養殖污染防治規劃，確定污染防治目標、任務，強化污染源頭管控。

2)加快環保基礎設施建設，提升污水處理廠處理能力，完善污廢水管網收集系統，提高生活污水接管率。

3)開展河道綜合整治，排查違規污染源，定期開展河道疏浚，保障水流暢通，提升河道水體納污能力，將有效減少水質異常，提升區域水質安全，提高老百姓的樂居幸福指數。

［1］張振克．太湖流域湖泊水環境問題、成因與對策［J］．長江流域資源與環境，1999，8(1)：81-87．

［2］鄧建明，徐彩平，陳宇煒，等．太湖流域主要河道浮游植物類群對比研究［J］．資源科學，2011，33(2)：210-216．

［3］張寧紅，黎剛，郁建橋，等．太湖藍藻水華暴發主要特征初析［J］．中國環境監測，2009，25(1)：71-74．