水源突發重金屬污染中多維矢量水質監測預警的應用

談劍宏 楊文晶 楊 惠

(江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局, 江蘇 蘇州 215011)

水源突發重金屬污染中多維矢量水質監測預警的應用

談劍宏 楊文晶 楊 惠

(江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局, 江蘇 蘇州 215011)

本文以昆山市水功能區為例，利用多維矢量監測方法對水源重金屬污染進行了監測。監測結果證明：有11個鎮淺層地下水質的綜合評價較差，其他5個評價極差，11個鎮淺層地下水大腸菌指標均超標，需要采取相應的措施進行控制和處理。

水源突發； 重金屬污染； 多維矢量； 應用

近年來，水源突發重金屬污染事件頻頻發生，對居民的正常生活造成了很大影響。由于水源突發重金屬污染具有復雜性、偶然性和不可預知性，導致水質監測和預警的難度隨之增加。為了實現突發性重金屬污染的水質監測，本文采用多維矢量預警系統對水質進行檢測，實現了水質的動態監測，具有較高的應用價值。

1 概 況

昆山市為了進一步做好水功能區的監督管理工作，及時掌握水質狀況，為水資源保護和水污染防治工作提供準確、可靠的科學依據，在水功能區監測的基礎上，利用多維矢量水質監測預警的方法來進行大氣降水監測、圩內河道監測和地下水(包括淺層和深層)監測。為全面反映昆山市大氣降水水質情況，根據昆山的氣候和地形特點，在昆北、昆中、昆南和昆東各設置1個降水固定采樣點。昆北：巴城(石牌水利站)；昆中：昆山(玉山水利站)；昆南：陳墓(錦溪水利站)；昆東：花橋(花橋水利站)。

2 多維矢量水質監測預警系統簡介

多維矢量水質監測預警系統主要由SW1000水質監測面板、事件監測器、高位水箱等組成。事件監測器是控制中心，主要用于建立模型、輸出數據和預警結果、通信操作等；水質監測面板和系統中的參數探頭相連接，可以實現水質數據的在線收集、傳輸和顯示；高位水箱可以用來將藥劑混勻，提供水壓等。

系統在運行過程中，會利用探頭收集水質數據，然后根據水質性質設置電導率、有機物、濁度、pH值、溶解氧、硝酸鹽氮、氧化還原電位參數，并根據各個參數的權重合成預警觸發值。每一分鐘系統都會獲取異常預警觸發值，初始觸發值設計下限為0.7，當有污染物進入水體后，探頭收集到的水質參數也會出現變化，并對trigger值造成影響，如果超過或者接近觸發下限，系統就會發出警報。對于類型不同、濃度不同的污染物，可以利用系統中的模型對多維矢量圖進行分析和識別，進而達到定量、定性分析的目的。

3 多維矢量水質監測預警系統的應用

3.1 降水水質監測

降水水質監測包括pH值、電導率、鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、硫酸根、氯離子、總磷、總氮、二氧化硫、一氧化碳等項目。

降水水質監測按春、夏、秋、冬4季，每季采樣送檢1次，并按《大氣降水采樣和分析方法總則》(GB 13580.1—1992)和《大氣降水樣品采集與保存》(GB 13580.2—1992)等規定的要求進行采集、保存和分析。監測成果如表1所示。

表1 昆山市2015年第一季度降水水質監測成果

由于空氣中存在二氧化碳、氮氧化物等酸性氣體，故降水一般呈弱酸性，但pH值小于5.65即稱為酸雨(雪)。從本次監測結果來看，昆山市4個雨水監測點，pH值為6.81～6.92， 4個監測點pH值錦溪站最高，花橋站最低；硫酸根為巴城最高，花橋站最低；氯離子為玉山站最高，花橋站最低。參照地表水評價標準，四個監測點總氮均為Ⅳ類水，主要為空氣中二氧化氮溶于雨水形成，降落地面會對地表水及地下水的氮含量產生一定影響。總磷均在Ⅲ類水以內。4個監測點的金屬離子中，鈣離子的含量較高，鉀、鈉、鎂離子相對較低。電導率值均為36.5～42.1，巴城站最高，錦溪站最低。此外，游離態二氧化硫和一氧化碳均未檢出。本次監測結果中pH值弱酸性居多，金屬離子及陰離子濃度均比往年有所上升，因此電導率也有所上升。總氮、總磷都有所上升，其中總氮上升幅度較大；二氧化硫、一氧化碳和第四季度持平。

3.2 圩內河道監測

為全面反映昆山市圩內河道水質狀況，結合昆山市圩內河道實際，每個鎮區設置2個具有代表性水質監測斷面，其中1個斷面布設在以城鎮居民集中區或工業集中區為主的圩內河道上，另1個斷面布設在以耕地、果蔬或魚塘為主的圩內河道上。監測斷面應設置在便于采樣、能總體反映該河道水質的河段上，并通過實地查勘確定。全市共設圩內河道水質監測斷面23個。重點監測水溫、pH值、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、氰化物、揮發酚、總磷、總氮等項目。對存在重金屬污染的河道加測銅、鋅、氟化物、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛等項目。根據監測資料統計：綜合評價無Ⅱ～Ⅳ類水的斷面，Ⅴ類占95.7%；劣Ⅴ類占4.3%；累計超Ⅲ類水標準的斷面占100.0%。

3.3 不同功能分區水質情況

本次共監測23個圩內河道，其中工業集中區有3個，集鎮區有9個，農業生產區11個。3個工業集中區河道中，水質綜合評價為Ⅴ類水的有2個，劣Ⅴ類水的有1個，分別占總監測點次的67%、33%。9個集鎮區河道中，水質綜合評價為Ⅴ類水的有2個，劣Ⅴ類水的有7個，分別占總監測點次的22%、78%。11個農業生產區河道中，水質綜合評價為Ⅴ類水的有5個，劣Ⅴ類水的有6個，分別占總監測點次的46%、55%。2015年第一季度昆山市圩內河道不同功能分區水質狀況如下圖所示。

2015年第一季度昆山市圩內河道不同功能分區水質狀況圖

3.4 淺層井監測

為全面反映昆山市淺層地下水水質狀況，在已確定的圩內河道水質監測斷面所在的圩區內，選取典型淺層地下水水井及農村家庭潛水井作為監測井。各區鎮選擇1個監測井，全市共布置11個淺層地下水監測井，其中5個監測井布設在以城鎮居民集中區或工業集中區為主的圩區內，5個監測井布設在以耕地、果蔬或魚塘等農業用地為主的圩區內。各測井的水位每月測量兩次。

監測項目：參照深層地下水監測項目，包括水溫、pH值、氯化物、氟化物、高錳酸鹽指數、硫酸鹽、氨氮、氰化物、揮發酚、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總硬度、六價鉻、汞、砷、鉛、鐵、錳、總大腸菌群、溶解性總固體等20項，并監測地下水水位。

采用地下水質量單項組分評價法進行評價，按本標準所列分類指標，劃分為五類，代號與類別代號相同，不同類別標準值相同時，從優不從劣。例：揮發性酚類Ⅰ、Ⅱ類標準值均為0.001mg/L，若水質分析結果為0.001mg/L時，應定為Ⅰ類，不定為Ⅱ類。地下水質量綜合評價采用加附注的評分法進行評價。

具體要求與步驟:一是參加評分的項目，應不少于本標準規定的監測項目，但不包括細菌學指標；二是首先進行各單項組分評價，劃分組分所屬質量類別；三是對各類別按下列規定分別確定單項組分評價分值Fi，見表2。

表2 單項組分評價分值的確定

按式(1)和式(2)計算綜合評價分值F。

(1)

(2)

Fmax——單項組分評價分值Fi中的最大值；

n——項數。

根據F值，按表3中的規定劃分地下水質量級別，再將細菌學指標評價類別注在級別定名之后，如“優良(Ⅱ類)”“較好(Ⅲ類)”。

表3 地下水質級別的劃分

經過分析計算，F值如表4所示。

表4 昆山市第一季度淺層地下水綜合評分

從表4不難看出，昆山市2015年第一季度11個鎮中，巴城鎮、花橋鎮、玉山鎮、陸家鎮、錦溪鎮和淀山湖鎮淺層地下水水質綜合評價為較差；周市鎮、開發區、千燈鎮、張浦鎮、周莊鎮地下水水質綜合評價為極差。此外，11個鎮的淺層地下水的總大腸菌群指標均為Ⅴ類。

4 結 論

綜上所述，根據上述得到的監測數據可以得出， 11個鎮淺層地下水水質綜合評價為較差的有6項，極差的有5項。無綜合評價良好以上的淺層井。此外，11個鎮的淺層地下水總大腸菌群指標均為Ⅴ類。需要控制污染，采取有效措施保護地下水水質，防止地下水污染和過量開采、人工回灌等引起的地下水質量惡化，保護地下水水源。

[1] 魏新慶，王立彤，王松，等.中新天津生態城污水庫重金屬污染底泥治理總體設計[J].中國給水排水，2013(18):196-199.

[2] 鄭彤，杜兆林，賀玉強，等.水體重金屬污染處理方法現狀分析與應急處置策略[J].中國給水排水，2013(6):18-21.

[3] 王建軍，范成新，張路，等.太湖底泥間隙水中金屬離子分布特征及相關性[J].中國環境科學，2004(1):65-67.

[4] 盧金鎖，王鳳娥，張瓊.城市水源突發性污染水質預警理論探討[J].供水技術，2010，4(3):20-23.

[5] 王伯光，吳嘉，劉慧璇，等.水質總磷總氮在線自動監測技術的研究[J].環境科學與技術，2008，31(3):59-63.

Application of multidimensional vector water quality monitoring and early warning in water source outburst heavy metal pollution

TAN Jianhong, YANG Wenjing, YANG Hui

(JiangsuHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Suzhou215011,China)

In the paper, water function areas in Kunshan are adopted as an example. Multidimensional vector monitoring method is utilized for monitoring water source heavy metal pollution. Monitoring results show that: shallow underground water quality of 11 towns is worse in comprehensive evaluation, the quality is extremely poor in other 5 towns, and shallow groundwater coliform indexes are out of limits in 11 towns. It is necessary to adopt corresponding measures for control and treatment.

water source outburst; heavy metal pollution; multidimensional vector; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.07.008

TV211.2

A

2096-0131(2017)07- 0026- 04