水環境監測技術分析與監測質量控制要點探討

摘 要：水環境監測是保障人民群眾用水安全、有效應對水環境污染問題的重要工作。隨著現代科技的飛速發展及人們環保意識的增強，水環境監測備受重視。基于此，結合實踐工作研究，闡述了現階段常見的水環境監測技術，分析了水環境監測質量控制要點并探討了水環境監測技術的智能化發展，旨在為提高水環境監測水平、保障水環境安全提供助力。

關鍵詞：水環境；監測技術；質量控制；智能化

中圖分類號：X832 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

近年來，隨著工業化和城市化進程加速，水環境污染問題日益嚴重，給人們的日常生活和生態環境構成巨大威脅。為了有效應對該挑戰，國家不斷加強對水環境監測的投入和研究。當前，傳統的監測技術存在諸多局限性，如采樣點選擇困難、數據處理復雜等，必須探索并推廣更加高效、科學的水環境監測技術，構建完善的監測質量控制體系。

1 常規水環境監測技術分析

1.1 現場檢測

現場檢測屬于水環境監測的常見手段，能夠在第一時間獲取水質數據，對及時發現并預警水質污染具有重要意義[1]。便攜式儀器憑借操作簡便、攜帶方便等優點，在水環境監測現場得到廣泛應用。例如，使用頻率較高的是水質檢測試紙，將試紙與水體接觸后產生顏色變化，工作人員可以快速判斷水質的某些指標，如pH值、氨氮等。但這種方法的精度相對較低，一般適用于初步篩查。而便攜式水質檢測儀集多種傳感器于一體，能夠同時檢測多項水質指標，如溶解氧、電導率、濁度等。此類儀器具有自動校準功能，能有效提高檢測的準確性和穩定性，并借助藍牙或無線傳輸技術，將數據實時上傳至數據中心，便于遠程監控和分析。從實踐來看，現場檢測的優勢在于實時性，但由于現場環境復雜多變，加上儀器易受外界因素干擾，須定期對儀器進行校準和維護，確保檢測結果的可靠性[2]。

同時，操作人員須進行專業培訓，熟悉儀器操作規范和注意事項，盡可能地減少人為誤差。

1.2 快速溶劑萃取（ASE）技術

快速溶劑萃取技術作為一種新興的樣品前處理技術，在水質監測及環境分析領域展現出巨大的應用潛力。ASE技術在較高溫度（50～200 ℃）和壓力（1 000～

3 000 psi）環境下，利用有機溶劑對固體或半固體樣品進行萃取的技術。其基本原理是高溫高壓條件能夠極大地提高溶劑的擴散速率和溶解能力，從而加速溶質從樣品基質中解吸和溶解的過程。

ASE技術具有以下優點。一是高效性，萃取時間大幅縮短，通常只需幾分鐘至十幾分鐘，能夠顯著提高工作效率。二是節省溶劑，相較于傳統萃取方法，ASE所需溶劑用量大大減少，既能降低成本又能減少對環境的污染。三是自動化程度高，現代ASE設備多具備全自動化操作功能，減少人工干預，提高萃取過程的穩定性和重復性。ASE技術憑借高效、環保、自動化程度高等顯著優勢，已經在環境、食品、藥物等多個領域得到廣泛應用。在水質監測方面，ASE技術可用于萃取水體中的有機物、重金屬等污染物，為后續的定量分析提供高質量的樣品。

1.3 氣相色譜（GC）技術

氣相色譜技術的原理是基于不同物質在固定相和流動相之間的分配系數差異，當混合氣體通過色譜柱時，各組分由于在固定相上的吸附能力不同，從而實現分離，隨后依次進入檢測器，轉化為電信號進行記錄和分析。GC技術能夠分離和鑒定復雜混合物中的微量組分，分析時間一般為幾分鐘到幾十分鐘。該技術許多化合物具有較高的檢測靈敏度，往往適用于揮發性有機化合物、氣體、部分低沸點液體等。在環境保護領域，GC技術常用于大氣中揮發性有機物的監測，如苯、甲苯、二甲苯等污染物的定量分析。

1.4 遙感監測技術

遙感監測技術借助衛星、飛機等遙感平臺，利用傳感器獲取地球表面各類信息，并進行數據處理和分析，實現對水環境的全面、快速、非接觸式監測。當前，遙感監測技術已經被廣泛應用于水環境監測工作中。例如：在城市水污染監測中，衛星遙感技術可以快速監測出水體污染源的類型、位置分布及水體污染的分布范圍等，為城市環境管理和污染治理提供重要依據；而對于湖泊和河流的水質監測，遙感技術可以實時監測水體的葉綠素、泥沙含量、水溫、水色等信息，評估水體的富營養化程度和污染狀況；在海洋環境監測中，衛星遙感技術可以實現對海洋大范圍、全天候的污染監測，同時監測海冰運動、海流循環模式、海表面等溫線分布、葉綠素濃度等關鍵參數，為海洋環境保護和漁業資源管理提供有力支持。

1.5 生物監測技術

生物監測技術是基于生物對環境污染反應的原理來監測水環境質量的技術，通過監測水環境中生物個體、種群或群落的數量、種類、生理生化指標等的變化，評估水體的污染程度和生態健康狀況。在水環境監測中，可利用發光細菌監測水體中的綜合毒性程度；借助魚類（如斑馬魚）監測水體中的重金屬污染和其他有毒物質；利用底棲動物（如鯽魚）監測水體中的有機污染物和農藥殘留等。此外，還能夠通過監測水生植物的生長狀況和群落結構變化，評估水體的富營養化程度和生態健康狀況，從而為水環境治理工作提供針對性的建議和措施。

2 水環境監測質量控制要點

2.1 樣品采集環節質量控制

所采集的樣品必須具有代表性和均勻性，才能準確反映水質狀況[3]。第一，采樣點選擇。在選擇采樣點時，需要確保采樣點能夠代表所監測水體的整體水質狀況。另外，采樣點周圍的水質應相對均勻，避免在污染源附近或水流湍急的區域采樣，以減少局部水質變化對檢測結果的影響。

第二，采樣時間與頻率的確定應基于水質的變化規律和監測目標。工作人員需了解水體的季節變化、晝夜變化等規律，選擇水質變化較大的時段進行采樣，以捕捉水質的重要變化情況。根據監測目標的不同，確定不同的采樣時間與頻率。例如：對于長期趨勢監測，應選擇每月或每季度采樣一次；而對于短期污染事件監測，需要增加采樣頻率，甚至進行連續采樣。

第三，采樣工具和容器的選擇和使用。采樣工具和容器在使用前必須徹底清潔，避免殘留物對樣品造成污染；采樣容器應保持干燥，避免水分稀釋樣品或改變其化學性質；采樣容器應具備良好的密封性能，防止樣品在運輸和儲存過程中受到外部環境的污染。

第四，采樣記錄。詳細的采樣記錄是確保樣品可追溯性的重要依據。工作人員應當認真記錄采樣點的位置、采樣時間、負責人等信息，以便在需要時能夠追溯樣品的來源；記錄采樣時的天氣、水溫、水流等環境條件，分析這些因素對樣品質量的影響；還應觀察并記錄樣品的外觀、氣味等特征，為后續的監測和分析提供可靠的基礎數據。

2.2 實驗室分析的質量控制

首先，實驗室環境與設備是開展分析工作的基礎，對分析結果具有直接的影響。實驗室應保持良好的通風條件，確保空氣流通，減少有害氣體對實驗人員的危害。同時，嚴格控制實驗室溫度，避免因溫度變化對實驗結果產生影響。例如，某些化學反應對溫度極為敏感，微小的溫度變化都可能導致實驗結果出現偏差。實驗室設備是開展分析工作的核心工具，其準確性和穩定性對實驗結果有著至關重要的影響。因此，實驗人員應定期校準實驗室設備，確保其測量結果的準確性。設備的日常維護也必不可少，實驗人員需定期清潔設備、檢查設備的運行狀態、及時更換老化的部件等，確保設備在最佳狀態下運行。

其次，試劑與耗材是實驗室分析的物質支撐。實驗室所使用的試劑和耗材必須來自可靠的供應商，并附有相應的質量證明文件。在使用前，應對試劑和耗材進行必要的檢驗和測試，使其質量符合實驗要求。同時，不同類型的試劑和耗材需要不同的儲存條件，如溫度、濕度、光照等，因此實驗室應建立嚴格的試劑和耗材管理制度，確保試劑和耗材在儲存和使用過程中不會受到污染或出現變質問題。

最后，分析方法的選擇是實驗室分析的核心，采用準確可靠的分析方法并嚴格執行標準操作程序是確保分析結果準確的關鍵。實驗人員要根據監測目標和樣品特性，充分考慮分析方法的準確性、靈敏度、重復性等因素，選擇最合適的分析方法，同時確保所選方法已經過充分的驗證和確認。此外，實驗室應建立完善的標準操作程序（SOP），并確保所有實驗人員已接受相應的培訓，能夠熟練掌握并嚴格執行這些程序。

2.3 數據處理環節的質量控制

一方面，數據校驗與核對是數據處理的第一步，也是確保數據準確性和完整性的重要步驟。當數據錄入系統后，相關人員要及時進行準確性校驗，確保錄入的數據與原始記錄完全一致。該步驟可以通過自動比對或人工復核的方式完成，目的是避免錄入錯誤或筆誤等可能導致的數據偏差。除保證數據準確性，完整性核對主要是核查數據是否齊全、是否有缺失或遺漏的部分，對于缺失的數據，要追溯原因并進行補充，確保數據集的完整性。

另一方面，數據處理與分析是質量控制的核心環節，直接關系到監測結果的準確性和科學性。根據數據的特性和監測目標，選擇合適的數據處理方法[4]。例如：對于時間序列數據，應采用平滑或濾波技術來消除噪聲；對于空間分布數據，要采用插值或擬合技術來填補空白區域。在數據處理的基礎上，選擇科學的分析方法對數據進行深入挖掘，常用的包括統計分析、趨勢分析、相關性分析等，從而揭示數據背后的規律和趨勢。

2.4 結果報告的質量控制

第一，報告的準確性與完整性是結果報告質量控制的核心要求。準確性要求報告中的數據必須準確無誤，確保與原始監測數據一致，編制報告時應再次核對數據，避免錄入或計算錯誤。同時報告中的結論和解釋也應基于準確的數據分析，以免出現誤導問題。而完整性要求報告應包括所有必要的監測數據、分析方法和結論，不應存在遺漏或缺失的部分，從而全面反映了解監測情況[5]。對于某些特殊情況或異常數據，也應在報告中予以解釋和說明。第二，結果報告不僅要做到準確、完整，還應清楚地傳達信息，便于相關人員理解和應用。采用清晰、簡潔的方式呈現報告中的信息，避免使用過于專業或復雜的術語，對于必要的專業術語，應提供解釋或定義。第三，報告還應注重信息的實用性和可操作性，如關于監測結果的應用建議或改進措施應具體，并考慮實際操作的可行性。

3 水環境監測技術的智能化發展

3.1 物聯網（IoT）技術

在水環境監測中，應用物聯網技術可以實現實時監測與數據傳輸，極大地提升監測的時效性和準確性。首先，IoT技術使水質監測設備能夠實時在線監測水體中的各種參數，如pH值、溶解氧、濁度、電導率等，并將數據通過無線通信技術遠程傳輸至數據中心，這不僅能增強監測數據的時效性，還能使決策者迅速響應水質變化問題，并采取相應措施。其次，基于物聯網的水質監測系統能夠集成多種監測手段，如化學傳感器、生物傳感器等，全面監測水體中的多種參數。依托集成化設計，不但能夠節省成本，還能提高數據處理效率，為水環境質量的綜合評價提供更為全面的數據支持。最后，物聯網技術的應用使公眾也能參與水質監測工作。借助智能手機等移動設備，公眾可以實時查看附近水域的水質狀況，共同監督水環境的健康，增強社會監督的力量。

3.2 大數據分析技術

在水環境監測中應用大數據分析技術，能夠深入挖掘監測數據的價值，為環境保護和管理提供科學依據。首先，大數據分析需要對采集到的原始數據進行清洗和預處理，去除異常值和噪聲，提升數據的準確性，進而為后續的數據分析奠定堅實的基礎。其次，利用大數據分析技術對歷史監測數據進行建模分析，預測未來水質變化的趨勢。通過建立科學的預測模型，為環保部門提供前瞻性信息，幫助他們制定更為有效的水環境保護策略。最后，大數據分析能夠實時分析水質數據中的異常波動，及時發現潛在的污染事件并發出預警。通過結合氣象、地形等多源數據，為快速定位污染源和制定污染追蹤路徑提供有力支持，為應急響應提供科學依據。

3.3 人工智能技術

人工智能技術的引入使水環境監測更加智能化、自動化，有效提升監測的準確性和效率[6]。一是圖像識別與無人機監測。人工智能在圖像識別領域的應用，使得衛星遙感圖像和無人機拍攝的影像能夠被自動分析，實現大面積、全天候的水體環境監測。例如，利用無人機搭載的多光譜相機拍攝的水面圖像，自動識別油膜、藍藻水華等現象，為水質監測提供重要依據。二是智能分析與決策支持。人工智能算法能夠對水質監測數據進行深度學習和分析，自動識別水質異常情況并快速作出預警和應急響應。同時基于歷史數據和實時數據的綜合分析，人工智能可以預測水質變化趨勢，為環保部門提供科學的決策支持。三是自動運維與故障診斷。在水質在線監測設備的運維管理中，人工智能技術可以實現設備狀態的智能診斷，預測設備故障并提前觸發維修流程，這不僅能降低維護成本，還能確保監測數據的連續性和準確性。

4 結束語

水環境監測技術的發展對于提高水環境質量具有重要意義。通過全面分析現代監測技術的優勢與應用，深入探討監測質量控制的關鍵要點，從而進一步提高水環境監測工作水平。未來，隨著相關技術的不斷更新，更多智能化的水環境監測技術將獲得更加廣闊的應用前景。因此，相關部門在實踐工作中應投入更多的資金，加大研發力度，不斷完善質量控制體系，助力我國環保事業持續發展。

參考文獻

[1] 冷靜超.博斯騰湖水環境演變趨勢分析[J].水利技術監督，2023（12）：85-88.

[2] 蔣晶，甘杰，皇甫曉東，等.水中重金屬銻在線自動監測技術在湘江上游典型區域水環境預警中的應用[J].環境監控與預警，2023，15（6）：24-28.

[3] 李燕.水質自動監測技術在水環境保護中的應用[J].山西水利科技，2023（4）：64-66.

[4] 付喬喬.水環境監測技術及其在水污染治理工作中的應用[J].環境與生活，2023（11）：78-80.

[5] 寧梅.生物監測技術在水環境監測中的應用[J].資源節約與環保，2023（9）：72-75.

[6] 洪瑞.水質自動監測技術在水環境保護中的應用策略探究[J].黑龍江環境通報，2023，36（6）：148-150.

收稿日期：2024-08-19

作者簡介：韓彥霞（1980—），女，河北滄州人，高級工程師，研究方向為水文水資源、水環境監測。