農(nóng)村水環(huán)境在線監(jiān)測及其應(yīng)用體系構(gòu)建初探

□ 楊劍峰 曲洋樣 李海瑞 廖劍宇

（湖南工業(yè)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，湖南 株洲 412007）

我國的“三農(nóng)”工作在改革開放以來取得了舉世矚目的成就［2］。然而，在快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，鄉(xiāng)村一度面臨落后和衰敗的客觀事實，工業(yè)“三廢”持續(xù)向農(nóng)業(yè)和農(nóng)村轉(zhuǎn)移，不少鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞。鄉(xiāng)村振興是我國新時期實現(xiàn)民族復(fù)興的重大戰(zhàn)略舉措，其實施的要點主要在農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展，宜居的農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境是推動鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［3］。2015年7月，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要推進(jìn)全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)共享，開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析［4］。2019年5月，國家相關(guān)部門印發(fā)了《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，明確提出數(shù)字鄉(xiāng)村是伴隨網(wǎng)絡(luò)化、信息化和數(shù)字化在農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的應(yīng)用，是深入貫徹新發(fā)展理念、加快構(gòu)建新發(fā)展格局、實現(xiàn)鄉(xiāng)村全面振興的關(guān)鍵一環(huán)［5］。為此，我國制定了《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》《數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)指南1.0》《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》［6］等多項政策，以期為在線環(huán)境監(jiān)測建設(shè)和構(gòu)建智慧化環(huán)境治理體系提供政策基礎(chǔ)。環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)是智慧鄉(xiāng)村建設(shè)的重要一環(huán)，本文所討論的水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)不僅是我國村鎮(zhèn)治理環(huán)境的重要手段，也是推動鄉(xiāng)村振興的有力臂膀。

一、我國農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀

（一）生活污水的污染

目前我國農(nóng)村還有很大一部分地區(qū)未設(shè)生活污水處理的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，生活污水徑直排放到居民房屋附近的自然水系或者農(nóng)田，直接對地表水造成污染，同時污水中所含有的氮、磷、鉀等有害化學(xué)物質(zhì)也會經(jīng)過長時間的沉淀而滲入地下，對地下水也造成了很大的污染。此外，隨意排放的生活污水會隨著雨水、溪水的流動匯入江河湖泊中，使農(nóng)村地區(qū)飲用水中的氮、磷、細(xì)菌總數(shù)等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，對飲用水源也造成了很大的破壞。

（二）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的污染

隨著農(nóng)村地區(qū)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)也帶來了一系列的污染，其中尤以水環(huán)境的污染最為嚴(yán)重。農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)種植較為分散，農(nóng)民缺乏科學(xué)的種植知識，過量使用農(nóng)藥、化肥，查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用肥料的利用、吸收率是較低的，未吸收的肥料會隨著時間的沉淀而慢慢滲入地下，進(jìn)而對地下水造成污染，與此同時，由于農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，農(nóng)民飼養(yǎng)的各類家禽和牲畜的糞便大多數(shù)都未經(jīng)過有效的處理直接排放到農(nóng)村環(huán)境中，在對水環(huán)境嚴(yán)重污染的同時還容易使細(xì)菌滋生，誘發(fā)和傳播各種疾病，對農(nóng)村地區(qū)的居住環(huán)境有很大的影響。

此外，隨著我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)開始大力發(fā)展企業(yè)，導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)出現(xiàn)了一些高污染工業(yè)，且這些工業(yè)多以化學(xué)工業(yè)為主，在工業(yè)生產(chǎn)過程中大量的工業(yè)廢水直接排放到農(nóng)村的農(nóng)田以及河流中，這些工業(yè)廢水是沒有經(jīng)過有效處理的，這就會導(dǎo)致水中的某些礦物質(zhì)元素超標(biāo)，對地下水和地表水造成嚴(yán)重污染［7］。

二、農(nóng)村水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀問題

（一）應(yīng)用推廣程度低，監(jiān)測能力相對不足

我國農(nóng)村地區(qū)呈現(xiàn)地域廣居住地分散、基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善等特點，很大程度上制約了在線水環(huán)境監(jiān)測工作的全面推廣。同時，現(xiàn)有監(jiān)測手段自動化程度低，監(jiān)測設(shè)備智能化不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度以及穩(wěn)定性也難以達(dá)到人工監(jiān)測水平。

（二）監(jiān)測技術(shù)差距較大，缺乏完整的監(jiān)測體系與標(biāo)準(zhǔn)

目前我國的水環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)還比較落后，尤其是農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用相對較少，水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)與技術(shù)先進(jìn)的國家相比差距較大。更為嚴(yán)重的是，現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測體系不夠完整，監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)也沒有統(tǒng)一，難以在水環(huán)境在線監(jiān)測中正常發(fā)揮巨大的作用。

（三）監(jiān)測設(shè)備成本高，專業(yè)技術(shù)人員不足

水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)是一項復(fù)雜又精細(xì)的技術(shù)，目前數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)也逐步興起，通過信息化的手段來監(jiān)測農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境，尤其是對水環(huán)境的監(jiān)測勢在必行。現(xiàn)階段，監(jiān)測設(shè)備的購置需要很大的成本投入，多數(shù)農(nóng)村地區(qū)難以投入充足的資金用于購買設(shè)備和技術(shù)研究。同時，水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的實施對技術(shù)人員自身的操作水平和綜合素質(zhì)有著很高的需求，就目前我國水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用來看，相對缺乏具有較高技術(shù)素質(zhì)人員。

（四）宣傳引導(dǎo)力度不夠，配套政策法規(guī)滯后

目前對于水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)知識的普及還存在很大的空白，政府層面的宣傳和引導(dǎo)力度還需要加強(qiáng)。完整的法律法規(guī)、完善的管理制度是水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)能順利實施的重要保證。相對于城市來說，目前我國農(nóng)村地區(qū)還沒有較為完整的監(jiān)測管理制度，不能保證相關(guān)的部門和技術(shù)人員在水環(huán)境監(jiān)測過程中按部就班地開展工作，對于監(jiān)測設(shè)備的管理使用和維護(hù)也存在很大的漏洞。

三、農(nóng)村水環(huán)境在線監(jiān)測體系構(gòu)建

（一）布點原則

根據(jù)我國農(nóng)村地區(qū)的特殊地理環(huán)境和現(xiàn)實情況，確定了水環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的布點原則，即代表性、連續(xù)性和易操作性。其中，代表性是指在需要監(jiān)測的地區(qū)選擇水環(huán)境污染問題比較突出的生產(chǎn)和生活區(qū)域，布設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測點位，獲取的結(jié)果必須是能夠真實反應(yīng)該地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量狀況；連續(xù)性是指在立足當(dāng)前情況的前提下又長遠(yuǎn)考慮連續(xù)布設(shè)樣點，保證每個監(jiān)測點位監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，能連續(xù)反映不同季節(jié)和不同歷史時期的水環(huán)境狀況［8］；易操作性是指選取的監(jiān)測點位要易布置監(jiān)控設(shè)備，可以直觀地得到監(jiān)測數(shù)據(jù)，實際操作容易。

（二）監(jiān)測指標(biāo)的篩選和優(yōu)化

農(nóng)村水環(huán)境在線監(jiān)測指標(biāo)的篩選和優(yōu)化是根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）、《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91-2002）以及《水污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)（CODCr、NH3-N等）驗收技術(shù)規(guī)范》（HJ354-2019代替HJ/T354-2007）的相關(guān)規(guī)定布設(shè)監(jiān)測點位，選擇相應(yīng)的監(jiān)測指標(biāo)來監(jiān)測農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量［9］。詳細(xì)監(jiān)測指標(biāo)見表1。

（三）監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

水環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建主要是由硬件和軟件這兩部分組成。具體包括了應(yīng)用場景、支撐平臺和基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容，如圖1所示。水環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)主要應(yīng)用于鄉(xiāng)村的綠色生產(chǎn)和綠色生活，通過傳感器等一些先進(jìn)的設(shè)備設(shè)施來獲得一系列的監(jiān)測數(shù)據(jù)，再采用相應(yīng)的模型和算法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗證，以期達(dá)到對村鎮(zhèn)水環(huán)境的實時監(jiān)測和預(yù)警的目的。

圖1 水環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)總體構(gòu)架

四、農(nóng)村水環(huán)境在線監(jiān)測應(yīng)用管理策略

（一）完善和深化現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測管理體系

完善的技術(shù)管理體系和制定相關(guān)的法律法規(guī)是水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)廣泛應(yīng)用和推廣的重要政策保障。基于此，在監(jiān)測過程中，要明確政府相關(guān)部門的職能，對環(huán)境監(jiān)測部門統(tǒng)一進(jìn)行管理，同時結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)需求，科學(xué)地應(yīng)用水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)，對監(jiān)測中需要應(yīng)用的儀器和設(shè)備定期檢查和維護(hù)，提高設(shè)備的精準(zhǔn)度，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象。

（二）提高水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用水平

相關(guān)科學(xué)研究人員要利用現(xiàn)有的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲等先進(jìn)科學(xué)信息技術(shù)不斷提高水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的水平和應(yīng)用，充分將現(xiàn)代技術(shù)與水環(huán)境監(jiān)測結(jié)合起來，使促進(jìn)監(jiān)測流程更為高效、簡單和靈活，同時開發(fā)具有低成本、穩(wěn)定性高以及便捷性強(qiáng)的成套監(jiān)測設(shè)備。

（三）加大對水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的資金投入與政策扶持

水環(huán)境監(jiān)測與我國生態(tài)環(huán)境的治理有著密不可分的聯(lián)系，是有效處理各類水環(huán)境污染問題的重要手段，是人民群眾能安全用水的前提和保障。政府部門應(yīng)該適當(dāng)加大財政撥款力度，用于配置各類新型先進(jìn)的儀器設(shè)備和信息化技術(shù)的研發(fā)。鼓勵和引導(dǎo)相關(guān)部門機(jī)構(gòu)或者公司加大對水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的資金投入，在水環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)上不斷推陳出新，為不同的地區(qū)量身打造與之相適應(yīng)的監(jiān)測方案和監(jiān)測設(shè)備，保證監(jiān)測工作的順利進(jìn)行和有序開展。

（四）加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測人員的技術(shù)培訓(xùn)

監(jiān)測人員是水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)實施過程中的首要執(zhí)行者，也是對監(jiān)測質(zhì)量和監(jiān)測數(shù)據(jù)的第一個影響因素。相關(guān)環(huán)境部門要對監(jiān)測人員定期進(jìn)行監(jiān)測技術(shù)的培訓(xùn)和考核，對考核不達(dá)標(biāo)者可以采取淘汰的方式，這樣可以從根本上提高監(jiān)測人員的監(jiān)測水平和綜合能力。在配備管理人才隊伍時，可以大力引進(jìn)高新技術(shù)人才，同時相關(guān)對即將上崗的監(jiān)測人員進(jìn)行全方面考核，力爭打造一支工作能力強(qiáng)、專業(yè)素養(yǎng)高的水環(huán)境監(jiān)測團(tuán)隊。

五、結(jié)語

綜上所述，人類社會的水環(huán)境污染問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，水環(huán)境的在線監(jiān)測勢在必行，加大水環(huán)境在線監(jiān)測工作的力度刻不容緩。在我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，加強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境在線監(jiān)測，對于保護(hù)和改善農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量非常關(guān)鍵。基于此，我們要研究出針對性強(qiáng)、符合農(nóng)村地區(qū)特殊性的水環(huán)境在線監(jiān)測體系，為農(nóng)村地區(qū)的水資源保護(hù)和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供強(qiáng)力支撐。