農(nóng)村地區(qū)河道水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

時美

【摘? 要】基于水質(zhì)傳感器在線監(jiān)測技術(shù)，選出具有智能、檢測快速簡便特點的監(jiān)測參數(shù)，在研究區(qū)域內(nèi)不同位置布點實施水質(zhì)在線監(jiān)測，為水體突發(fā)事故的預(yù)警和處理提供及時有效的信息預(yù)報和決策支持。通過對一年的數(shù)據(jù)跟蹤，論文發(fā)現(xiàn)在有限的農(nóng)村河道中，可以通過監(jiān)測一類污染物，從而推測出其他污染物的變化趨勢。基于對水質(zhì)參數(shù)的趨勢分析，論文可以推測長江咸潮發(fā)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(guān)鍵詞】農(nóng)村河道;水質(zhì)在線監(jiān)測;水質(zhì)傳感器;預(yù)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(biāo)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(huán)境監(jiān)測是重中之重。而河道常規(guī)的監(jiān)測主要依靠人工取樣和實驗室分析，這種常規(guī)的監(jiān)測方法通常響應(yīng)速度延遲、實時性不高、成本高且有二次污染的風(fēng)險。當(dāng)前，河道監(jiān)測的主要任務(wù)是及時、準(zhǔn)確、全面地獲取河道監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時反映河道質(zhì)量狀況和變化趨勢，及時跟蹤污染源變化狀況，準(zhǔn)確預(yù)警各類潛在的環(huán)境問題和響應(yīng)突發(fā)環(huán)境事件。因此，實時的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備是其中重要的一環(huán)。然而，當(dāng)前水體中的污染物種類數(shù)量相當(dāng)龐大，用于在線監(jiān)測的設(shè)備總體來說可以分為兩類：一類監(jiān)測設(shè)備可以識別和測量確定污染物或者同類污染物，如在線監(jiān)測總氮、總磷、氨氮、重金屬、COD等各類污染物的設(shè)備，這類在線監(jiān)測設(shè)備大部分都有耗時長、體積大、制造維護成本高、產(chǎn)生二次污染等缺陷;另一類監(jiān)測設(shè)備則與前者不同，其不是用來監(jiān)測特定污染物的，監(jiān)測如溫度、pH、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧、氧化還原電位等各種水質(zhì)參數(shù)，這類傳感器在智慧水務(wù)項目中被稱為智能簡約型水質(zhì)傳感器。

智能簡約型水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備由于其成本低、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，且其數(shù)值與各類特定的水質(zhì)污染物參數(shù)具有一定關(guān)系，結(jié)合其數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也可以很好地表達污染能力，被國內(nèi)各種智慧水務(wù)項目優(yōu)先使用。

本文結(jié)合智慧水務(wù)項目經(jīng)驗，在智慧河道監(jiān)測過程中選擇布設(shè)智能簡約型傳感器中的在線浮標(biāo)設(shè)備，并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對河道水質(zhì)進行監(jiān)測評價。

2 水質(zhì)監(jiān)測點位布設(shè)

上海的農(nóng)村水域?qū)儆诮系湫退担拥揽v橫交錯，村鎮(zhèn)級河道較多，村鎮(zhèn)級河道又與骨干河道緊密相連，所以該地地表水水質(zhì)與長江河流水質(zhì)和村鎮(zhèn)級河道水質(zhì)密切相關(guān)[1]。監(jiān)測點位布設(shè)時需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)的水系分布和周邊環(huán)境情況進行合理布點。

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

因此，對本區(qū)域內(nèi)河道水質(zhì)監(jiān)測的布點按照如下原則進行：

①監(jiān)測斷面布設(shè)的目的為研究一條河流水質(zhì)總體概況變化曲線;

②關(guān)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(fù)雜，是水環(huán)境監(jiān)測的主要目標(biāo);

④由于農(nóng)村河道中的污染通常為分散性集中負(fù)荷，一般多量小點源，視具體情況將其轉(zhuǎn)化為等效集中或者沿程負(fù)荷，并在等效集中負(fù)荷點前后設(shè)置斷面觀測點取得實測數(shù)據(jù);

⑤在全域內(nèi)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(jù)上述監(jiān)測布點的原則，本次研究區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測布點如圖1所示。

3 水質(zhì)監(jiān)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(qū)域受到農(nóng)業(yè)和海水倒灌的影響較大，工業(yè)排污等對區(qū)域內(nèi)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(qū)域現(xiàn)狀和現(xiàn)有的地表水標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合簡約型智能傳感器監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)特點，監(jiān)測項目和頻率如表1所示。

4 水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的選型與設(shè)計

本次研究區(qū)域的智慧水務(wù)建設(shè)，需要全天候、全方位感知當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的威脅態(tài)勢、實時洞悉當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的健康狀態(tài)。利用生態(tài)算法模型實現(xiàn)完整的污染源溯源分析與威脅預(yù)測分析，初步形成“實時監(jiān)控研判、應(yīng)急預(yù)案處理、快速反饋調(diào)度”的智能互動閉環(huán)生態(tài)治理平臺。

智慧河道的監(jiān)測頻次和建設(shè)需求要求水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具備成本低、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、免維護等特點。因此，選擇浮標(biāo)式水質(zhì)五參數(shù)監(jiān)測設(shè)備為各個監(jiān)測站點的監(jiān)測設(shè)備，在重點河道增設(shè)光譜法COD監(jiān)測設(shè)備和電極法氨氮監(jiān)測設(shè)備。

5 水質(zhì)異常監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.1 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

水質(zhì)監(jiān)測點布設(shè)后，每隔一小時會采集一次數(shù)據(jù)上傳至采集平臺，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的上下限值和前后數(shù)據(jù)變化，設(shè)置一定的報警規(guī)則，發(fā)生水質(zhì)報警時，則認(rèn)為水質(zhì)發(fā)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(jiān)測站點數(shù)據(jù)一年的變化情況進行了監(jiān)測參數(shù)之間的關(guān)系評價。

選擇的五個監(jiān)測站點分別是水質(zhì)0號、水質(zhì)1號、水質(zhì)2號、水質(zhì)3號和水質(zhì)4號，具體布設(shè)位置見圖1。這五個監(jiān)測站點為布點時選取的五個重點監(jiān)測站點。監(jiān)測的參數(shù)分別為：水溫、水位、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、濁度、ORP、COD和氨氮數(shù)值。

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

從圖2至圖7的數(shù)據(jù)來看，全年整體河道的數(shù)據(jù)較為平穩(wěn)，沒有發(fā)生明顯的數(shù)值普遍上升或者下降，水質(zhì)2號、水質(zhì)3號和水質(zhì)4號的水質(zhì)數(shù)據(jù)變化趨勢較為一致，水質(zhì)0號和水質(zhì)1號的水質(zhì)數(shù)據(jù)變化趨勢較為一致。這可能與水質(zhì)監(jiān)測站點的地理位置相關(guān)，水質(zhì)0號和水質(zhì)1號更靠近長江入海口，容易受到咸潮的影響，數(shù)據(jù)也較其他三個監(jiān)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(shù)值較高，這可能是由于當(dāng)?shù)氐囊恍┊惓Ｅ盼郜F(xiàn)象導(dǎo)致的。

5.2 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)討論

從全年的各參數(shù)數(shù)據(jù)分析可以看出，在水質(zhì)較平穩(wěn)的農(nóng)村河道中，電導(dǎo)率和濁度的數(shù)據(jù)變化是趨于一致的，這可能是由于引起河流中這兩個參數(shù)變化的因素為河床自身一些物質(zhì)發(fā)生變化或者溶解。通過對電導(dǎo)率和濁度的趨勢分析，可以預(yù)警長江咸潮發(fā)生的時間。COD、氨氮和溶解氧的數(shù)據(jù)變化趨勢也是較為一致的，這可能是由于農(nóng)村河道主要提供給這幾種污染物監(jiān)測參數(shù)的物質(zhì)類似，如動物糞便、化肥農(nóng)藥等排污。在農(nóng)村河道中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的排污成分會導(dǎo)致COD、氨氮和溶解氧基本處于一致性變化，這與工業(yè)地區(qū)的排污情況不同。因此，可以推測在有限的農(nóng)村河道中，基于對一類污染物變化的監(jiān)測，進而推測出其他污染物的變化趨勢。

6 結(jié)論

本文中選出的監(jiān)測參數(shù)均具有智能、檢測快速簡便等特點，基本能代表農(nóng)村河道的水質(zhì)情況，這幾種河道監(jiān)測參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)用，在不同位置布點實施實時水質(zhì)監(jiān)測，為水體突發(fā)事故的預(yù)警和處理提供及時、高效、可靠的信息預(yù)報和決策支持。通過長達一年的數(shù)據(jù)跟蹤，本研究發(fā)現(xiàn)，合理的監(jiān)測設(shè)備布點相當(dāng)重要，有效地監(jiān)測布點可以配合污染物擴散模型而獲得全區(qū)域內(nèi)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(zhì)監(jiān)測的必要性[J].上海水務(wù)，2012（1）：39-40.

【2】王增愉.河道水質(zhì)監(jiān)測站設(shè)置 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)[J].1993，5（2）：10-13.

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