水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)研究

孟 梅

（重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 重慶 404100）

引言

水質(zhì)水文監(jiān)測是國家保護(hù)、規(guī)劃和合理利用水土資源的重要手段，對水生態(tài)保護(hù)和水安全的維持有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義[1]。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測手段一般為人工采樣和實(shí)驗室水質(zhì)檢測相結(jié)合的監(jiān)測方法，其具有樣品保存困難，人員需求量大，耗能高，耗時長，所得數(shù)據(jù)滯后等特點(diǎn)[2]。因此，開發(fā)新的水質(zhì)監(jiān)測手段以降低監(jiān)測成本，提高監(jiān)測效率對我國水質(zhì)水文監(jiān)測的發(fā)展有重要意義。而水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)是水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的重要發(fā)展，其是依托于水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對水文水質(zhì)的監(jiān)控，對水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量的提高、大流域水資源的科學(xué)管理和有效利用有重要意義[1-3]。因此，水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)是水資源監(jiān)測的重要研究方向。而水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于能迅速而精確實(shí)現(xiàn)水質(zhì)檢測的軟件技術(shù)和自動監(jiān)測的儀器系統(tǒng)[3-4]。本文就水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期為該技術(shù)的發(fā)展完善提供借鑒。

1 光譜技術(shù)

光譜技術(shù)作為高效的水質(zhì)檢測技術(shù)，是適用于水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的重要水質(zhì)檢測技術(shù)，具有設(shè)備數(shù)據(jù)獲得準(zhǔn)確、無需化學(xué)試劑等優(yōu)點(diǎn)，對水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的高效實(shí)施有重要意義[5-6]。李鑫星等[5]研究發(fā)現(xiàn)光譜技術(shù)對水中的不同污染物（COD、DO、pH、TN 和TP 等）均有良好的檢測效果。但是在光譜技術(shù)的自動化水質(zhì)監(jiān)測應(yīng)用中，不同光譜技術(shù)的協(xié)同使用能大大提高光譜技術(shù)對水中不同污染物的監(jiān)測效果，如謝廣群[7]研究發(fā)現(xiàn)全光譜的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)可高效準(zhǔn)確的對多種水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行反饋，大大提高了光譜技術(shù)在自動水質(zhì)監(jiān)測中的適用性。因此，不同光譜技術(shù)的協(xié)同使用是光譜技術(shù)自動監(jiān)測研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。同時，基于光譜技術(shù)的智能技術(shù)研發(fā)是自動水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的重要研究內(nèi)容。光譜遙感技術(shù)是光譜技術(shù)在自動監(jiān)測應(yīng)用中的創(chuàng)新式應(yīng)用，使得水體實(shí)時監(jiān)測的質(zhì)量大大提高[8]。如張克等[9]研究發(fā)現(xiàn)光譜遙感監(jiān)測技術(shù)不僅對葉綠素濃度，懸浮固體顆粒物等有良好的直接反饋效果，而且對水體營養(yǎng)化水平、營養(yǎng)鹽含量和化學(xué)需氧量等有著良好的間接反應(yīng)效果。同時，遙感定量反演模型研究是提高光譜遙感技術(shù)對水質(zhì)自動監(jiān)測分析效率的重要途徑。如周亞東等[10]研究發(fā)現(xiàn)其所研發(fā)出的多元線性回歸和RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對內(nèi)陸湖泊水質(zhì)變化有著很高的反演精度。

2 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是由監(jiān)測儀器系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的采集處理及傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的的集成與綜合，對水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的廣泛應(yīng)用有重要意義[11]。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式多樣，主要有能夠檢測較寬范圍水體的固定式傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，可靈活移動的移動式監(jiān)測系統(tǒng)和直接放入水體中而不依賴其它媒介傳輸?shù)淖詣颖O(jiān)測系統(tǒng)[11]，適用于不同的水體監(jiān)測需求。但是各系統(tǒng)的實(shí)用受系統(tǒng)承載設(shè)備的設(shè)計和各環(huán)節(jié)組成順序影響較大，如曹軍[12]結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測車、在線監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備等組成車載式水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠順利實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的自動采樣、自動分析和數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，其不僅克服了人工水質(zhì)監(jiān)測的自動化程度較弱的缺點(diǎn)，同時也解決了固定式自動水質(zhì)監(jiān)測站需要人工調(diào)整的問題，對自然水體的監(jiān)測有重要意義。因此，自動監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的重要研究方向。自動控制技術(shù)與其它技術(shù)的協(xié)同使用，可充分發(fā)揮兩種技術(shù)的協(xié)同優(yōu)勢，對進(jìn)一步提高自動水質(zhì)監(jiān)測效率有重要意義。如賀強(qiáng)等[13]將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)相對于其它系統(tǒng)，該系統(tǒng)的能夠更加靈敏的動態(tài)探測多種污染物，自動檢測識別水面污染源并發(fā)出警報結(jié)合水環(huán)境參數(shù)，也可以對突發(fā)性的污染事件進(jìn)行預(yù)警，大大提高了水質(zhì)自動檢測的效率。因此，基于水質(zhì)的自動監(jiān)測技術(shù)的聯(lián)合系統(tǒng)研發(fā)是水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的重要研究方面。

結(jié)語

綜上所述，水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測水質(zhì)、節(jié)省人力成本，對實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量的提高、大流域水資源的科學(xué)管理和有效利用有重要意義。但是其發(fā)展尚需注意以下方面：

（1）加強(qiáng)除光譜技術(shù)之外的其它水質(zhì)檢測技術(shù)在自動化水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)中的應(yīng)用，并研發(fā)出相應(yīng)的自動監(jiān)測系統(tǒng)，以促進(jìn)自動化監(jiān)測技術(shù)的推廣應(yīng)用。

（2）優(yōu)化集合不同的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析系統(tǒng)，以提高水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和功能化。

（3）加強(qiáng)自動監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新研究，注重傳統(tǒng)自動監(jiān)測系統(tǒng)與其它智能系統(tǒng)的協(xié)同適用，以發(fā)揮不同技術(shù)間的協(xié)同優(yōu)勢，提高自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測實(shí)用效率。