城市水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與優(yōu)化策略研究

摘要 建立科學(xué)合理的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，是保障水環(huán)境安全、有效開展水污染治理的基礎(chǔ)。本文剖析了水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀及重要性，分析了監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有待進(jìn)一步改進(jìn)的環(huán)節(jié)。并從重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，移動監(jiān)測平臺建設(shè)，志愿監(jiān)測點(diǎn)融入，以及監(jiān)測點(diǎn)位公示制度建設(shè)等方面。提出推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的策略與路徑，為城市水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化升級，支撐精細(xì)化管理和系統(tǒng)治理提供參考。

關(guān)鍵詞 水質(zhì)監(jiān)測；水污染防治；監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)；監(jiān)測技術(shù)；評價體系

中圖分類號 X84" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A" " 文章編號 1007-7731（2024）16-0070-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.017

Construction and optimization strategies of urban water quality monitoring network

CHEN Lingjia

（Fujian Province Nanping Environmental Monitoring Center Station， Yanping 353000， China）

Abstract Establishing a scientific and reasonable water quality monitoring network is the basis for ensuring water environment safety and effectively carrying out water pollution control. The current state of water quality monitoring network construction was dissected in this text， with an analysis of the aspects of water quality monitoring network construction that were in need of improvement. Strategies and pathways for advancing the construction of the water quality monitoring network were proposed from various perspectives， including the deployment of monitoring points in key areas， the construction of mobile monitoring platforms， the integration of volunteer monitoring points， and the establishment of a system for the public disclosure of monitoring points. This was done to provide a reference for the optimization and upgrade of urban water quality monitoring networks， which supports refined management and systematic governance.

Keywords water quality monitor; water pollution control; monitoring point layout; monitoring technology; evaluation system

構(gòu)建完善的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確掌握水污染狀況，是開展水環(huán)境精細(xì)化管理和高效治理的基礎(chǔ)。相關(guān)學(xué)者圍繞水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化展開了廣泛研究。李靜等[1]提出基于聚類分析和信息熵的監(jiān)測斷面優(yōu)化方法，可有效削減冗余監(jiān)測點(diǎn)位；陳婧等[2]總結(jié)了先進(jìn)的水質(zhì)自動監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為提升監(jiān)測時效性和信息化水平提供了參考；易雯等[3]構(gòu)建了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水質(zhì)預(yù)警模型，為水污染智能防控提供了新思路。已有的研究豐富了水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的理論與方法，而從網(wǎng)絡(luò)布局、管理機(jī)制和評價體系等多維度系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的研究有待進(jìn)一步深入。鑒于此，本文剖析了水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀及重要性，診斷在監(jiān)測點(diǎn)位布局、監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用、評價標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及管理機(jī)制等方面存在的問題，在借鑒研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，移動監(jiān)測平臺建設(shè)，志愿監(jiān)測點(diǎn)融入及監(jiān)測點(diǎn)位公示制度建設(shè)等方面，提出推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的策略與路徑，為水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化升級，支撐精細(xì)化管理和系統(tǒng)治理提供參考。

1 水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要性分析

1.1 評價水環(huán)境質(zhì)量

水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是評價水環(huán)境質(zhì)量狀況的重要基礎(chǔ)。丁奕文[4]采用無人機(jī)搭載高光譜成像儀，對城市水體進(jìn)行遙感監(jiān)測，通過構(gòu)建反演模型，實(shí)現(xiàn)對葉綠素a、懸浮物等關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)的快速提取，以及水質(zhì)類別的判別。無人機(jī)高光譜監(jiān)測可大幅提升水質(zhì)評價的時效性和精準(zhǔn)度，為全面掌握水環(huán)境狀況提供了途徑。顧行發(fā)等[5]利用衛(wèi)星遙感影像，對長江安徽段土地利用變化與水質(zhì)狀況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張和農(nóng)業(yè)開發(fā)強(qiáng)度與河流水質(zhì)惡化密切相關(guān)。遙感監(jiān)測能夠揭示流域土地開發(fā)對水環(huán)境的宏觀影響，是水質(zhì)評價的重要輔助手段之一。顧嘉嘉[6]構(gòu)建了一套基于物聯(lián)網(wǎng)感知體系的城市河道污染監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在河道布設(shè)大量傳感節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)參數(shù)的自動采集與無線傳輸，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和可視化展示技術(shù)，可直觀呈現(xiàn)河道水質(zhì)的時空分布規(guī)律，為水環(huán)境精細(xì)化管理和智慧治理提供了思路。上述研究表明，科學(xué)完善的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，是準(zhǔn)確評價水環(huán)境質(zhì)量的重要前提。先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析手段的應(yīng)用，極大地提升了監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空覆蓋度、精細(xì)度和分析深度，使得水質(zhì)狀況評價更加全面、快速和準(zhǔn)確。這為科學(xué)認(rèn)識水環(huán)境形勢，把握其變化特征奠定了基礎(chǔ)。

1.2 識別水污染源

水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)在識別污染源、分析污染成因等方面發(fā)揮著重要作用。張艷博等[7]開發(fā)了一套基于水質(zhì)監(jiān)測和污染源在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的地表水?dāng)嗝嫖廴舅菰捶治鱿到y(tǒng)；該系統(tǒng)融合了水文、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)和工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活等污染源的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過關(guān)聯(lián)分析和流向耦合模型，實(shí)現(xiàn)污染來源、貢獻(xiàn)率的精準(zhǔn)溯源和可視化展示。污染源解析是水質(zhì)達(dá)標(biāo)管理的關(guān)鍵前提，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分利用是提升解析時效性、準(zhǔn)確性的有效途徑。許秋飛等[8]構(gòu)建了一套區(qū)域水環(huán)境智能監(jiān)測體系，該體系以監(jiān)測斷面為骨架，結(jié)合污染源和水文水質(zhì)在線站點(diǎn)數(shù)據(jù)，對區(qū)域水質(zhì)時空演變特征進(jìn)行分析，并對超標(biāo)污染物、關(guān)鍵污染源進(jìn)行解析，形成水質(zhì)預(yù)警—污染源解析—應(yīng)急響應(yīng)一體化智能調(diào)度體系；實(shí)踐證明區(qū)域尺度的智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)有助于全流域污染溯源和聯(lián)防聯(lián)控，為區(qū)域水生態(tài)建設(shè)提供信息支撐。劉慧等[9]基于2016—2020年黃河流域集中式飲用水水源地的例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，對水質(zhì)超標(biāo)的時空分布特征、影響因素進(jìn)行了分析，表明水源地水質(zhì)超標(biāo)率與流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、用地開發(fā)強(qiáng)度密切相關(guān)，為該流域分區(qū)施策、精準(zhǔn)治污提供了重要參考。劉錦漢[10]聚焦城市水體治理難題，通過連續(xù)3年的水質(zhì)監(jiān)測與污染源普查，揭示了管網(wǎng)混錯接、雨污合流是引發(fā)水體黑臭的主要原因；在此基礎(chǔ)上，有針對性地開展了管網(wǎng)改造、面源污染控制等措施，取得了良好成效。上述研究充分說明，完善的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)診斷水污染來源、解析污染機(jī)制的重要手段。多源監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，可準(zhǔn)確識別關(guān)鍵污染源、主要污染物，為精準(zhǔn)治污、系統(tǒng)治理提供科學(xué)支撐。新技術(shù)手段的應(yīng)用進(jìn)一步提升了溯源的廣度、精度和深度，使得污染防治措施更加高效、經(jīng)濟(jì)。

1.3 指導(dǎo)水污染防治

城市水質(zhì)監(jiān)測為科學(xué)指導(dǎo)水污染治理提供了基礎(chǔ)。張艷博等[7]開發(fā)的河流斷面污染溯源分析系統(tǒng)，可快速鎖定超標(biāo)斷面的上游污染源，并量化不同類型污染源的貢獻(xiàn)率，使得治理措施更具針對性和可操作性。顧嘉嘉[6]開發(fā)了城市河道污染物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，通過空間插值、污染指數(shù)等算法生成河道水質(zhì)時空分布圖，據(jù)此劃定若干重點(diǎn)治理河段，并評估了不同污染治理情景的減排效果；表明監(jiān)測數(shù)據(jù)可直觀指導(dǎo)流域分區(qū)治理，并為污染防治和投資決策提供參考。解名環(huán)等[11]基于研究區(qū)城市二次供水的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了污染超標(biāo)的主要因素，發(fā)現(xiàn)供水管道滯留時間過長、消毒措施不當(dāng)是導(dǎo)致水質(zhì)惡化的主要原因；基于此，有針對性地加強(qiáng)管網(wǎng)水力循環(huán)、管道清洗消毒等，使得水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。實(shí)踐表明，監(jiān)測信息的及時共享與綜合利用，可有效指導(dǎo)水廠優(yōu)化工藝，調(diào)度應(yīng)急水源，最大限度保障供水安全。完善的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是水污染防治不可或缺的基礎(chǔ)。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行污染來源解析、時空分布和情景模擬等分析，可直觀地指導(dǎo)污染防治的重點(diǎn)區(qū)域、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和內(nèi)容。監(jiān)測信息的動態(tài)反饋則為水質(zhì)達(dá)標(biāo)方案的優(yōu)化調(diào)整、污染應(yīng)急調(diào)度提供科學(xué)參考，使得水污染治理更加精準(zhǔn)高效、動態(tài)適應(yīng)。綜上，水質(zhì)監(jiān)測已成為水污染系統(tǒng)治理、水環(huán)境精細(xì)化管理的重要支撐。

2 水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有待改進(jìn)的環(huán)節(jié)

2.1 監(jiān)測點(diǎn)位分布

當(dāng)前，部分水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位的設(shè)置存在空間分布不均勻的問題。監(jiān)測點(diǎn)位主要集中在主河道等重點(diǎn)水域，而許多支流、中小河湖的覆蓋度相對較低。這可能導(dǎo)致無法全面反映區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。部分重要的次級河流、湖泊等暫未被納入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致這些水體的水質(zhì)狀態(tài)和污染情況難以被監(jiān)控和管理[8]；一些新開發(fā)的水系由于監(jiān)測站建設(shè)滯后，水質(zhì)監(jiān)測可能出現(xiàn)空白狀態(tài)；除地表水體外，部分地下水、再生水等水質(zhì)監(jiān)測有待進(jìn)一步納入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；一些功能區(qū)，如水源保護(hù)區(qū)的監(jiān)測相對薄弱，上述因素均會影響評估結(jié)果的全面性。此外，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)存在間隔跨度大，不足以反映水質(zhì)細(xì)微變化的情況。這在一定程度上降低了監(jiān)測的連續(xù)性和靈敏度，無法有效準(zhǔn)確識別局部污染源。針對上述情況，需要規(guī)劃布設(shè)更加合理的水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位。優(yōu)化方法包括識別次級河流和湖泊，補(bǔ)充設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)；增加主河道等重點(diǎn)水域的監(jiān)測點(diǎn)密度，縮小監(jiān)測間距；在新開發(fā)城區(qū)增設(shè)監(jiān)測斷面；將監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至地下水體、中水回用等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)立體監(jiān)測。這些舉措將有助于提高水質(zhì)監(jiān)測的全面性和準(zhǔn)確性。

2.2 監(jiān)測項(xiàng)目

目前水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目以常規(guī)指標(biāo)為主，如化學(xué)需氧量、氨氮等，這些指標(biāo)主要反映水體中總體有機(jī)物和污染情況。實(shí)際監(jiān)測中，部分重金屬、有機(jī)污染物由于檢測操作復(fù)雜和設(shè)備限制，暫未納入常規(guī)監(jiān)測，而這些污染物毒性較大，也是重要的環(huán)境與健康風(fēng)險因子。監(jiān)測不全面會直接影響研判水質(zhì)安全等級的科學(xué)性，無法準(zhǔn)確指導(dǎo)水環(huán)境治理。此外，微納塑料、表面活性劑和藥物殘留物等污染物，暫時也未納入水質(zhì)監(jiān)測。因此，需進(jìn)一步增加監(jiān)測項(xiàng)目種類。這需要優(yōu)化儀器配置，增加高效液相或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等檢測設(shè)備。通過項(xiàng)目調(diào)整和儀器升級，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測更加精細(xì)化和全面化，以保證監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)性[7]。

3 水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略分析

3.1 重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

優(yōu)化水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)，應(yīng)確立“重點(diǎn)區(qū)域優(yōu)先”的原則。重點(diǎn)區(qū)域主要包括水源保護(hù)區(qū)、水廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)斷面、下游防污染操作斷面及主要支流匯入口等。這些區(qū)域反映了水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵狀況。此外，識別主要的工業(yè)污染區(qū)，如化工園區(qū)下游河段，將其作為重點(diǎn)布點(diǎn)區(qū)域，擴(kuò)大這些重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測點(diǎn)密度，增加水質(zhì)監(jiān)測的強(qiáng)度，以全面掌握其水質(zhì)動態(tài)，為制定科學(xué)的防控策略提供依據(jù)。水源地保護(hù)區(qū)是監(jiān)測的重中之重，科學(xué)確定飲用水水源地一級、二級保護(hù)區(qū)范圍，并在其地表水系設(shè)置較密集的水質(zhì)監(jiān)測斷面，監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)包含水體自然水質(zhì)參數(shù)及重點(diǎn)工業(yè)污染因子，監(jiān)測結(jié)果可以直接反映進(jìn)入水廠的原水質(zhì)量，對保障飲用水安全至關(guān)重要。此外，在水廠取水點(diǎn)上游適當(dāng)距離設(shè)置監(jiān)測斷面，對水質(zhì)進(jìn)行每日監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，可提前關(guān)閉水廠供水。許秋飛等[8]提出，下游防污染操作斷面通常設(shè)置在與水源地相鄰的易受污染河段，通過水質(zhì)監(jiān)測判斷污染擴(kuò)散風(fēng)險。

3.2 移動監(jiān)測平臺建設(shè)

構(gòu)建智能化的移動水質(zhì)監(jiān)測平臺，是擴(kuò)大監(jiān)測范圍、提升監(jiān)測效率的重要手段之一。無人機(jī)、自動采樣機(jī)器人和監(jiān)測船只等移動平臺可搭載水質(zhì)傳感器，沿河系、湖泊開展水質(zhì)掃描式監(jiān)測。這些設(shè)備可根據(jù)預(yù)設(shè)的空間程序，自動獲取水樣并檢測指標(biāo)，無需人工干預(yù)。移動監(jiān)測有效彌補(bǔ)了常規(guī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)，提供了更為全面的水質(zhì)信息。移動監(jiān)測平臺特別適用于支流、中小河流的監(jiān)測，操作靈活方便。此外，劉慧等[9]提出還可利用移動監(jiān)測平臺開展事故應(yīng)急監(jiān)測，快速判斷水質(zhì)安全狀況。例如，自動測污船可在湖庫水域續(xù)航巡檢，獲得水溫、濁度和藻類等多參數(shù)數(shù)據(jù)，還能對水體垂直剖面信息進(jìn)行掃描式采集。開發(fā)基于信息技術(shù)的水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)，通過移動平臺無線中繼器的支持，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端傳感器實(shí)時采集水質(zhì)數(shù)據(jù)的無線傳輸。通過移動監(jiān)測設(shè)備和信息系統(tǒng)構(gòu)成立體化的水質(zhì)監(jiān)測手段，全方位捕捉水質(zhì)狀態(tài)，是該領(lǐng)域未來發(fā)展的一個重要方向。

3.3 志愿監(jiān)測點(diǎn)融入

發(fā)揮公眾參與水質(zhì)監(jiān)測的積極作用，通過志愿監(jiān)測點(diǎn)采集的水質(zhì)信息來充實(shí)完善官方監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，是一種補(bǔ)充監(jiān)測模式。志愿監(jiān)測點(diǎn)由環(huán)保組織、高校科研機(jī)構(gòu)等建設(shè)運(yùn)營，采用便攜式水質(zhì)檢測儀或測試紙開展定期監(jiān)測，其結(jié)果通過網(wǎng)站或App共享。這種靈活高效的監(jiān)測站點(diǎn)可針對性地設(shè)置在部分監(jiān)測未覆蓋的水域，實(shí)現(xiàn)有效補(bǔ)充。丁傲西[12]提出，志愿監(jiān)測數(shù)字化、社會化的特點(diǎn)，將促進(jìn)水質(zhì)信息的透明共享，推動水質(zhì)改善。通過發(fā)動志愿者，組建水質(zhì)調(diào)查隊(duì)，使用便攜式水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，在當(dāng)?shù)匦『踊虼逄灵_展水樣采集和快速檢測，獲得水溫、pH、溶氧、電導(dǎo)率和總磷含量等基本水質(zhì)參數(shù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至公眾信息平臺。相關(guān)機(jī)構(gòu)也可采用相似的社會化監(jiān)測模式，獲得更多樣化的水質(zhì)數(shù)據(jù)，促進(jìn)水質(zhì)信息的透明共享。

3.4 監(jiān)測點(diǎn)位公示建設(shè)

完善水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位公示是監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的關(guān)鍵之一。建立統(tǒng)一、開放的水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)地理信息平臺，詳細(xì)記錄各監(jiān)測點(diǎn)的名稱、編號、地理坐標(biāo)、所屬行政區(qū)域、監(jiān)測機(jī)構(gòu)和監(jiān)測項(xiàng)目等信息，并實(shí)時更新設(shè)備、新增監(jiān)測因子等變更情況。平臺向社會公開，接受查詢。公示不僅便于管理部門統(tǒng)籌調(diào)配區(qū)域監(jiān)測資源，也便于相關(guān)人員查證監(jiān)測點(diǎn)信息，有助于促進(jìn)監(jiān)測工作規(guī)范化開展。具體而言，通過環(huán)境資源管理部門統(tǒng)一部署，建立覆蓋全區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位信息系統(tǒng)，詳細(xì)記錄重要河段、湖泊等水域監(jiān)測點(diǎn)位信息，標(biāo)明監(jiān)測斷面的精確位置、所屬流域、監(jiān)測頻次和監(jiān)測因子等；同時聯(lián)系地方水務(wù)、環(huán)保和氣象等部門，將其監(jiān)測點(diǎn)位的相關(guān)信息，例如，站點(diǎn)圖片、水質(zhì)類型和質(zhì)量評價結(jié)果等數(shù)據(jù)，匯總納入該信息系統(tǒng)，方便查詢對比，建立數(shù)據(jù)定期更新和共享機(jī)制，保證系統(tǒng)信息的及時性。劉錦漢[10]提出，共享信息平臺對于提升水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量和水質(zhì)治理的協(xié)同性具有積極作用。

綜上，建立科學(xué)合理的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對于準(zhǔn)確評價水質(zhì)狀況，指導(dǎo)后續(xù)水質(zhì)治理具有重要作用。當(dāng)前，部分水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)布局、技術(shù)設(shè)備和管理模式存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。本文剖析了水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀，診斷水質(zhì)監(jiān)測存在的問題，從重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，移動監(jiān)測平臺建設(shè)，志愿監(jiān)測點(diǎn)融入，以及監(jiān)測點(diǎn)位公示制度建設(shè)等方面，提出推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的策略與路徑，為水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化升級，精細(xì)化管理和系統(tǒng)治理提供參考。

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