農村地區河道水質在線監測技術的應用

時美

【摘? 要】基于水質傳感器在線監測技術，選出具有智能、檢測快速簡便特點的監測參數，在研究區域內不同位置布點實施水質在線監測，為水體突發事故的預警和處理提供及時有效的信息預報和決策支持。通過對一年的數據跟蹤，論文發現在有限的農村河道中，可以通過監測一類污染物，從而推測出其他污染物的變化趨勢?；趯λ|參數的趨勢分析，論文可以推測長江咸潮發生的時間。

【Abstract】Based on the on-line monitoring technology of water quality sensor， the monitoring parameters with the characteristics of intelligence， fast and simple detection are selected， we set up points at different locations in the study area to implement on-line monitoring of water quality， so as to provide timely and effective information prediction and decision support for the early warning and treatment of water emergencies. Through one year's data tracking， the paper found that in the limited rivers? in rural areas， one kind of pollutants can be monitored， so as to predict the change trend of other pollutants. Based on the trend analysis of water quality parameters， the paper can predict the occurrence time of the saltwater of the Yangtze River.

【關鍵詞】農村河道;水質在線監測;水質傳感器;預警

【Keywords】rivers in rural areas; on-line monitoring of water quality; water quality sensor; early warning

【中圖分類號】X832? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0123-03

1 引言

“綠水青山就是金山銀山”，在水污染防治工作中，水環境監測是重中之重。而河道常規的監測主要依靠人工取樣和實驗室分析，這種常規的監測方法通常響應速度延遲、實時性不高、成本高且有二次污染的風險。當前，河道監測的主要任務是及時、準確、全面地獲取河道監測數據，實時反映河道質量狀況和變化趨勢，及時跟蹤污染源變化狀況，準確預警各類潛在的環境問題和響應突發環境事件。因此，實時的水質監測設備是其中重要的一環。然而，當前水體中的污染物種類數量相當龐大，用于在線監測的設備總體來說可以分為兩類：一類監測設備可以識別和測量確定污染物或者同類污染物，如在線監測總氮、總磷、氨氮、重金屬、COD等各類污染物的設備，這類在線監測設備大部分都有耗時長、體積大、制造維護成本高、產生二次污染等缺陷;另一類監測設備則與前者不同，其不是用來監測特定污染物的，監測如溫度、pH、電導率、濁度、溶解氧、氧化還原電位等各種水質參數，這類傳感器在智慧水務項目中被稱為智能簡約型水質傳感器。

智能簡約型水質監測設備由于其成本低、技術成熟、性能穩定，且其數值與各類特定的水質污染物參數具有一定關系，結合其數據分析和數據挖掘技術也可以很好地表達污染能力，被國內各種智慧水務項目優先使用。

本文結合智慧水務項目經驗，在智慧河道監測過程中選擇布設智能簡約型傳感器中的在線浮標設備，并結合數據挖掘技術對河道水質進行監測評價。

2 水質監測點位布設

上海的農村水域屬于江南典型水系，河道縱橫交錯，村鎮級河道較多，村鎮級河道又與骨干河道緊密相連，所以該地地表水水質與長江河流水質和村鎮級河道水質密切相關[1]。監測點位布設時需要結合區域內的水系分布和周邊環境情況進行合理布點。

一般河道水環境監測布點的理想目的是了解河流沿程每一個橫斷面的水質，即水質沿程濃度變化實況全圖，而造成沿程負荷的原因主要有：河床來源、底質來源、大氣來源、雜亂排放、小集中負荷、自生污染等[2]。

因此，對本區域內河道水質監測的布點按照如下原則進行：

①監測斷面布設的目的為研究一條河流水質總體概況變化曲線;

②關注重要河流斷面，如市縣級河道斷面;

③有機污染物在水體中行為較為復雜，是水環境監測的主要目標;

④由于農村河道中的污染通常為分散性集中負荷，一般多量小點源，視具體情況將其轉化為等效集中或者沿程負荷，并在等效集中負荷點前后設置斷面觀測點取得實測數據;

⑤在全域內進行均勻、有代表意義、能測出等效濃度的位置進行布點。

根據上述監測布點的原則，本次研究區域內的水質監測布點如圖1所示。

3 水質監測項目及頻率

每年的11月到次年的4月是長江的枯水期，每年5月到10月是長江的豐水期。本次研究區域受到農業和海水倒灌的影響較大，工業排污等對區域內的影響較小。在枯水期，磷酸類化肥的污染為其主要污染成分，豐水期則是鉀離子為主要污染成分[3]。因此，基于區域現狀和現有的地表水標準，并結合簡約型智能傳感器監測設備的技術特點，監測項目和頻率如表1所示。

4 水質監測設備的選型與設計

本次研究區域的智慧水務建設，需要全天候、全方位感知當地生態環境的威脅態勢、實時洞悉當地生態的健康狀態。利用生態算法模型實現完整的污染源溯源分析與威脅預測分析，初步形成“實時監控研判、應急預案處理、快速反饋調度”的智能互動閉環生態治理平臺。

智慧河道的監測頻次和建設需求要求水質監測設備應具備成本低、技術成熟、性能穩定、免維護等特點。因此，選擇浮標式水質五參數監測設備為各個監測站點的監測設備，在重點河道增設光譜法COD監測設備和電極法氨氮監測設備。

5 水質異常監測數據

5.1 水質監測數據

水質監測點布設后，每隔一小時會采集一次數據上傳至采集平臺，系統根據設置的上下限值和前后數據變化，設置一定的報警規則，發生水質報警時，則認為水質發生異常。本文的觀察期為2018年9月至2019年9月的一年時間，對其中五個代表性監測站點數據一年的變化情況進行了監測參數之間的關系評價。

選擇的五個監測站點分別是水質0號、水質1號、水質2號、水質3號和水質4號，具體布設位置見圖1。這五個監測站點為布點時選取的五個重點監測站點。監測的參數分別為：水溫、水位、電導率、pH、溶解氧、濁度、ORP、COD和氨氮數值。

以時間（小時）為橫坐標，以監測數值為縱坐標繪制趨勢圖，觀察全年各監測參數的數值變化趨勢。由圖2和圖3的對比可以看出，全年全區域的電導率數據和濁度數據的變化趨勢幾乎一致，在2018年10月附近電導率數值有所跳動，其數值大于1000μs/cm，但之后趨于平緩，幾個監測站點的數值在500μs/cm左右，推測10月為長江咸潮爆發的時段。由圖4、圖5和圖7的對比可以看出，全年全區域的COD、氨氮和溶解氧的數據變化趨勢也較為一致，但是在2019年3月至2019年4月，水質1號、水質3號和水質4號的COD數值基本大于100mg/L，遠遠大于其他時間段的COD數值，但該時段的氨氮數值并沒有發生明顯的變化。

從圖2至圖7的數據來看，全年整體河道的數據較為平穩，沒有發生明顯的數值普遍上升或者下降，水質2號、水質3號和水質4號的水質數據變化趨勢較為一致，水質0號和水質1號的水質數據變化趨勢較為一致。這可能與水質監測站點的地理位置相關，水質0號和水質1號更靠近長江入?？冢菀资艿较坛钡挠绊?，數據也較其他三個監測站點波動更大。從圖4中COD的趨勢圖可以看出，在部分時間河道的COD數值較高，這可能是由于當地的一些異常排污現象導致的。

5.2 水質監測數據討論

從全年的各參數數據分析可以看出，在水質較平穩的農村河道中，電導率和濁度的數據變化是趨于一致的，這可能是由于引起河流中這兩個參數變化的因素為河床自身一些物質發生變化或者溶解。通過對電導率和濁度的趨勢分析，可以預警長江咸潮發生的時間。COD、氨氮和溶解氧的數據變化趨勢也是較為一致的，這可能是由于農村河道主要提供給這幾種污染物監測參數的物質類似，如動物糞便、化肥農藥等排污。在農村河道中，農業生產中的排污成分會導致COD、氨氮和溶解氧基本處于一致性變化，這與工業地區的排污情況不同。因此，可以推測在有限的農村河道中，基于對一類污染物變化的監測，進而推測出其他污染物的變化趨勢。

6 結論

本文中選出的監測參數均具有智能、檢測快速簡便等特點，基本能代表農村河道的水質情況，這幾種河道監測參數與網絡技術聯用，在不同位置布點實施實時水質監測，為水體突發事故的預警和處理提供及時、高效、可靠的信息預報和決策支持。通過長達一年的數據跟蹤，本研究發現，合理的監測設備布點相當重要，有效地監測布點可以配合污染物擴散模型而獲得全區域內的污染物擴散情況。

【參考文獻】

【1】許鑫華，張鳳新.淺議在崇明島河道管理中加強水質監測的必要性[J].上海水務，2012（1）：39-40.

【2】王增愉.河道水質監測站設置 環境監測管理與技術[J].1993，5（2）：10-13.

【3】樂觀，唐思賢，周忠良.崇明島河道水質指標季節性變化分析[J].2009，25（5）：37-40.