江蘇省太湖湖體自動監測體系構建研究及運行示范

唐夢涵+司蔚+鐘聲

摘要：文章在論述太湖湖體監測點位布設和浮標站建設的現狀基礎上，指出太湖湖體監測點位布設存在的問題，通過研究構建太湖湖體水質監測網絡，按照點位布設原則，調整太湖湖體監測點位，開展10個新增浮標站建設，完善太湖湖體自動監測體系。

關鍵詞：太湖湖體；自動監測浮標站

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）02-0091-05

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.02.017

1 太湖湖體監測點位及浮標站建設應用 現狀[1]

“十一五”期間，太湖流域構建藍藻預警監測系統，包含配置太湖應急監測船和應急監測車，建設太湖野外水質與藍藻綜合觀測站，建設太湖湖體浮標預警站，建設太湖流域遙感數據接收解譯系統，實現三級預警。其中太湖湖體浮標站是太湖流域藍藻預警監測系統重要組成部分。我省通過布設太湖湖體監測點位，啟動湖體浮標站建設，在預警藍藻生長和爆發中起到舉足輕重的作用。但在實際監測過程中，“十一五”期間布設的部分湖體監測點位代表性不足，浮標站覆蓋面不夠，監測指標不全等問題，無法完全滿足太湖藍藻預警監測的需要。

1.1 “十一五”期間湖體監測點位情況

20世紀80年代，江蘇省環境監測部門開始對太湖湖體開展監測，掌握湖體水質狀況。到“十一五”期間太湖湖體共布設21個監測點位，詳細位置情況詳見圖1。

1.2 浮標站建設應用情況

為實時監控太湖水質變化，預警預報太湖藍藻的生長情況成為太湖水質監測的重點工作。自2008年開始建設太湖湖體浮標式自動監測系統。

浮標式水質監測系統于20世紀60年代起在海洋調查中試用，70年代中期開始實踐應用。起初，浮標監測功能單一，測量內容較少，隨著電子、衛星通訊以及微處理技術的發展和應用，浮標技術測量能力不斷提高，能夠收集環境參數，提供實時、同步的環境數據，在軍事、航海、漁業、氣象、石油開采等多方面逐步得到應用[2]。2000年以后浮標式水質監測系統開始在海洋監測領域得以推廣[3]。2008年開始，太湖建設了11個浮標式水質監測系統，對水質五參數（溫度、濁度、pH值、電導率、溶解氧）、葉綠素a、藍綠藻、氣象五參數（風速、風向、氣壓、氣溫、濕度）進行全天候、全方位的在線連續監測，對于加強太湖湖體水環境質量自動監測，及時地捕捉水環境質量變化及太湖藍藻生長情況，實現水污染預警預報，發揮了重要作用。

2 存在問題

2.1 湖體監測點位代表性不足

“十一五”期間，太湖湖體共布設21個監測點位，其中12個集中于北部水域，占比57%的點位僅能監控太湖湖體1/3水域，而東部、南部和湖心區點位分布比例相對較低，導致有限的監測資源不能合理運用；另外，13個點位布設在湖岸邊，不能全面反映湖體水環境質量狀況，點位代表性缺失嚴重。

2.2 浮標站覆蓋面不夠

太湖水域面積2338km2，除東太湖礁石水草多、水深太淺而無法實施監測的湖區172km2外，實際可監測水面面積為2166km2。“十一五”期間已建設11個湖體浮標站，其中5個集中位于太湖湖體北岸，剩余6個分散在太湖湖體北部和湖岸邊，未完全覆蓋貢湖、梅梁湖、五里湖、竺山湖四個湖灣及外太湖湖體。

2.3 浮標站監測指標不全

湖泊氮磷污染凸顯，湖泊富營養化嚴重，由此帶來湖泊水生態和生態服務功能退化等一系列問題。2015年，太湖湖體總體水質處于Ⅳ類（不計總氮）。湖體高錳酸鹽指數和氨氮平均濃度達到Ⅱ類標準；總磷平均濃度符合Ⅳ類標準，總氮平均濃度為1.81毫克/升，達到Ⅴ類標準。綜合營養狀態指數為56.1，處于輕度富營養狀態。其中西部沿岸區仍處于中度富營養狀態。太湖藍藻發生受極端氣象水文條件影響明顯，研究表明，藻類生長與氮磷等富營養化指標有密切關聯。

而浮標站僅配置了常見的水質五參數、葉綠素a、藍綠藻、氣象五參數（風速、風向、氣壓、氣溫、濕度），雖然可通過自動監測數據監測預警藍藻的生長情況，卻不能實時監控太湖湖體氮磷污染狀況[4]。浮標站監測指標亟需增設富營養化監測指標。

3 太湖湖體水質監測網絡構建

3.1 監測點位調整優化

3.1.1 調整優化原則

湖體點位調整原則主要有以下六點：（1）監測點位以全面反映地表水環境質量為目的。（2）湖庫按湖體自然狀況劃區設置點位。（3）湖泊無明顯功能分區的，采用網格法按湖泊面積設置監測點位。庫體每50～100km2設置一個監測點位，同時空間分布要有代表性。（4）面積在100km2以上的重要湖泊設立監測點位。（5）在重要河流、湖庫上的飲用水源地（日供水量≥10萬噸，或服務人口≥20萬人）布設點位。（6）根據不同原則設置監測點位的位置發生重復時，只需設置一個點位。

3.1.2 調整優化方案

太湖點位優化調整運用了網格均勻布點法，將太湖分成了20個約100km2的水域，重點考慮代表性基礎上，在每個水域中選擇布設一個監測點位，以代表相關水域的水質情況；同時，根據連續性原則，保留了部分國控點位，使監測結果更具有連續性和可比性。考慮監測的可行性和便捷性。監測點位避開水深較淺、水產養殖和圍網區域。

（1）原有點取消：取消10個原有國控點位，分別為百瀆口、沙塘港、犢山口、閭江口、小灣里、沙墩港、沙渚、烏龜山、新港口、胥口。

（2）新增點位：新增點位有9個，分別為竺山湖心、梅梁湖心、沙渚南、烏龜山南、錫東、蘭山嘴、西山西、漾西港、胥湖心。

（3）原有點移動：位置移動的點位有4個，分別為點位移動：大浦口、漫山、新塘港、小梅口。

（4）原有點位保留：點位保留的點位有7個。分別為拖山、椒山、平臺山、十四號燈標（原四號燈標）、澤山、大雷山、五里湖心。

優化調整后的太湖湖體點位共計20個，體現了網格法布點的特點，分布更為均勻，更能整體反映太湖水質情況，各湖區均有多個點位反映水質情況，空間代表性較好；同時，有較好的連續性，在原點位基礎上進行優化調整，監測結果能與歷史情況進行比較，時間連續性較好[5]。

3.2 新增10個浮標預警站建設

3.2.1 建設點位

“十一五”期間，江蘇省完成了20個湖體監測點位中的11個湖體浮標站建設，包括梅梁湖心、大雷山、沙渚南、錫東、竺山湖心、14號燈標、大浦口、椒山、胥湖心、西山西、新塘港11個監測點位。“十二五”期間完成剩余9個湖體浮標站的建設，包括澤山、漾西港、漫山、拖山、平臺山平臺、蘭山嘴平臺、小梅口平臺、五里湖心、烏龜山南9個監測點位。同時考慮到對太湖藍藻易出現地區的實時監測在舊瀆東增加了1個浮標站的建設，共計新增10個湖體浮標站，實現湖體水質自動監測點位全覆蓋，全面完善太湖流域水質自動監測網。同時進一步開發湖體自動監測的技術，實現監測技術手段的創新，為全國湖體水質監測提供先進的參考經驗。

3.2.2 浮標類型

“十二五”期間優化創新了湖體自動監測技術，搭建湖體在線監測平臺，增配藻類分析儀等先進的在線監測儀器，更大范圍的掌握湖體水域水質和藍藻分布情況。目前太湖流域湖體自動監測分為浮標和監測平臺兩種類型，其中浮標型16個，占總數的76.2%，監測平臺型5個，占總數的23.8%。

3.2.3 儀器設備

湖體21個監測點位中，漫山、拖山、平臺山平臺、蘭山嘴平臺、小梅口平臺5個監測點安裝了監測平臺浮標湖體自動監測系統，其余16個監測點安裝了普通型浮標型湖體自動監測系統。監測平臺型浮標式湖體自動監測系統最大的優勢就在于，湖體中的固定式監測平臺更便于安裝分析設備。

監測平臺儀器設備配置基本相同，都配置了平臺系統、氣象儀、水質監測儀系統、水質監測剖面系統、湖流監測儀系統、營養鹽監測儀系統、數據采集系統等9種軟硬件設備。營養鹽監測系統只在拖山進行了安裝。而平臺系統、水質監測剖面系統、湖流監測儀系統、攝像頭是普通型浮標式湖體自動監測系統沒有的設備。普通型浮標與監測平臺型湖體自動監測系統的不同在于其使用的是浮標系統，是非固定式的安裝方式。配置的儀器數量少于監測平臺型，只有浮標系統、氣象儀、水質監測儀、數據采集系統、通訊系統、軟件系統共6種軟硬件。具體見表2。

浮標式湖體水質自動監測站的監測項目包括水質五參數（水溫、pH、溶解氧（DO）、電導率、濁度）、葉綠素和藍綠藻，監測頻次設為每2h或4h監測一次（即每天12個或6個監測數據），當發現水質狀況明顯變化或發生污染事故時，監測頻率可調整為連續監測。

4 浮標站建設運行效果分析

20個太湖湖體新調整點位的浮標自動監測系統實現了水質、藻情的連續、動態監控預警，充分發揮出自動監測系統的主導作用，一舉改變以往人工監測存在的工作負荷高、強度大，監測數據實效性差、代表性不佳等問題。

2013年4～10月藍藻預警監測期間，通過衛星遙感和浮標站監測共計發現藍藻水華聚集現象94次，以“小面積、零星聚集”為主，主要發生在西部沿岸區、竺山湖和湖心區。2014年4～10月藍藻預警監測期間，通過衛星遙感和浮標站監測共計發現藍藻水華聚集現象81次，仍以“小面積區域性聚集”為主。與2013年相比，藍藻水華聚集現象發生次數減少13次。2015 環境自動監測預警能力進一步提升，充分發揮水環境自動監測系統作用，完善水質異常快速調查處置機制，共及時捕獲、果斷處置水質異常情況79起，有效保證太湖水質安全。

同時通過浮標站異常數據預警，我省開展多次應急監測工作。2013年以來，太湖21個浮標站共捕獲監測數據900余萬個，利用浮標監測數據共計編寫太湖藍藻監測預警日報777期，實現了太湖藍藻水華的全年不間斷連續監測，及時將水質異常信息發送至省政府、太湖辦等相關職能部門，為政府環境決策和污染控制提供了及時、準確、科學的依據。

浮標站投入運行后，與太湖流域衛星遙感數據接收解譯系統協同發揮太湖藍藻預警作用，連續多年實現了太湖兩個確保工作的完成，太湖藍藻監測預警有了更直觀有效的監測手段。

參考文獻

[1]江蘇省環境保護廳. 2006-2010江蘇省環境質量報告[M].南京：河海大學出版社，2012.

[2]李民，范秀濤， 劉世萱. 大型海洋環境監測浮標的研究與應用[J]. 中國科技成果， 2012， 13（8）： 15-17.

[3]戴洪磊牟乃夏王春玉田茂義我國海洋浮標發展現狀及趨勢氣象水文海洋儀器Meteorological，Hydrological and Marine Instruments，2014， （2）：118-121.

[4]梁柱，徐恒省，王亞超湖泊藍藻水華預警監測技術的應用研究污染防治技術2009，6（22）：97-99.

[5]江蘇省環境保護廳.2011-2016江蘇省環境質量報告[M].南京：河海大學出版社，2016.