近岸海域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站位的布設(shè)

李天深，劉 方，莊馬展，林樹權(quán)，丁 頁，郁建栓，李俊龍，張江龍

1．廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西 北海 536001

2．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

3．廈門環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 廈門 361004

構(gòu)建近岸海域海水水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)體系是“十二五”國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)的指導(dǎo)思想和發(fā)展目標(biāo)之一［1］，目前每年2～4次的近岸海域監(jiān)測(cè)頻次不能及時(shí)、真實(shí)地反映水質(zhì)變化狀況，無法滿足環(huán)境管理要求，因此，在近岸重點(diǎn)海域布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全天候獲取各種現(xiàn)場(chǎng)資料，真實(shí)觀測(cè)近岸海域水質(zhì)變化全過程，將成為對(duì)近岸海域重點(diǎn)和敏感區(qū)域進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

構(gòu)建近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首先就要對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站位進(jìn)行選擇，該研究利用廈門環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站和廣西海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站在近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)站位的設(shè)置原則、要求、注意事項(xiàng)等進(jìn)行歸納總結(jié)，為后續(xù)建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站位布設(shè)原則

近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站位應(yīng)緊扣近岸海域環(huán)境管理需求，根據(jù)建設(shè)的目的和可行性來布設(shè)［2］。當(dāng)需要了解近岸海域敏感區(qū)域(如保護(hù)區(qū)、增殖區(qū)以及排污區(qū)等)水質(zhì)變化及其規(guī)律以及對(duì)赤潮易發(fā)區(qū)進(jìn)行赤潮監(jiān)控時(shí)，可考慮布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)應(yīng)在日常監(jiān)測(cè)布設(shè)點(diǎn)位的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇［3］，同時(shí)還應(yīng)遵循3方面原則：

1.1 代表性原則

所布設(shè)的站位應(yīng)足夠代表區(qū)域尺度海域水環(huán)境質(zhì)量信息及水質(zhì)變化趨勢(shì)，為區(qū)域污染控制和管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1.2 科學(xué)性原則

自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位設(shè)置應(yīng)科學(xué)合理，能夠準(zhǔn)確反映區(qū)域水質(zhì)狀況。

1.3 可行性原則

自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位布設(shè)應(yīng)考慮實(shí)施監(jiān)測(cè)的可行性，全面考慮實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測(cè)的條件(如水深、水文、排污、行政管理等)。

2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站位布設(shè)技術(shù)要求

根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)目的，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站位可分為5類，即近岸海域環(huán)境質(zhì)量海水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位、近岸海域環(huán)境功能區(qū)海水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位、近岸海域重點(diǎn)或敏感區(qū)域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位、入海河口污染物入海斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位、入海河口區(qū)域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位。近岸海域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位應(yīng)按照監(jiān)測(cè)目的進(jìn)行布設(shè)，站位選擇有6種方式。

2.1 近岸海域環(huán)境質(zhì)量海水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位

近岸海域環(huán)境質(zhì)量海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位為不同層次級(jí)別(國(guó)控、省控、市控)的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，當(dāng)以監(jiān)控及評(píng)價(jià)近岸海域海水水質(zhì)變化趨勢(shì)為目的來布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位時(shí)，應(yīng)選擇層次最高、最具代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

1)對(duì)于有不同層次的近岸海域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)站位的，應(yīng)依次序選擇國(guó)家、省、市已設(shè)定的近岸海域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)站位，優(yōu)先選擇國(guó)家近岸海域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)站位。

2)在3個(gè)及以上近岸海域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)站位中選擇1個(gè)或多個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位時(shí)，可采用均值偏差法等優(yōu)化方法確定最具有代表性的站位作為自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位。均值偏差法對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位多、歷史數(shù)據(jù)齊全的區(qū)域站點(diǎn)優(yōu)化是相對(duì)簡(jiǎn)單適用的［4］。當(dāng)所選監(jiān)測(cè)站位近3年監(jiān)測(cè)各項(xiàng)污染因子或參數(shù)均值等于各站位3年總均值時(shí)，可認(rèn)為該站位代表區(qū)域內(nèi)水質(zhì)污染水平;對(duì)于可能難以找到均值偏差為零的站位，可考慮均值偏差不超過3年總均值的15%作為自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位;對(duì)達(dá)不到上述2種要求的，可選取3年各項(xiàng)指標(biāo)的中位值比例最大的站位作為自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位。

3)在只有2個(gè)近岸海域環(huán)境質(zhì)量海水監(jiān)測(cè)站位情況下，應(yīng)設(shè)置在近3年各項(xiàng)污染指標(biāo)較高的站位。

4)只有1個(gè)近岸海域環(huán)境質(zhì)量海水監(jiān)測(cè)站位情況下，原則上應(yīng)在該站位上設(shè)置。

2.2 近岸海域環(huán)境功能區(qū)海水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位

當(dāng)需要對(duì)近岸海域環(huán)境功能區(qū)開展連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)選擇環(huán)境功能區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，并按“2.1節(jié)”的原則進(jìn)行設(shè)置。近岸海域環(huán)境功能區(qū)沒有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位應(yīng)布置在近岸海域環(huán)境功能區(qū)中心位置。

2.3 近岸海域重點(diǎn)或敏感區(qū)域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位

當(dāng)需要對(duì)自然保護(hù)區(qū)、水產(chǎn)增養(yǎng)殖區(qū)、赤潮、溢油、國(guó)界及省界等近岸海域重點(diǎn)或敏感區(qū)域開展連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，選擇代表性點(diǎn)位，具體原則有5個(gè)方面。

1)根據(jù)國(guó)家和地方確定的重點(diǎn)或敏感區(qū)域設(shè)置水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位，并考慮站位能夠充分反映監(jiān)測(cè)區(qū)域水質(zhì)狀況。設(shè)置站位時(shí)，應(yīng)在重點(diǎn)或敏感區(qū)域中找出有代表性的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)站位，并在該站位設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站;必要時(shí)，可根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，設(shè)置多個(gè)海水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位。

在近岸海域重點(diǎn)或敏感區(qū)選擇代表性環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)，可以對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，點(diǎn)位優(yōu)化的方法包括逼近于理想解排序法(TOPSIS)［5］、總體均值區(qū)間估計(jì)法［6］、均值偏差法［4，7］、聚類分析法、主成分分析法、綜合指數(shù)法［8］等。優(yōu)化后的點(diǎn)位將具有區(qū)域代表性和綜合代表性，能從宏觀上反映整體的近岸海域重點(diǎn)或敏感區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量信息，通過對(duì)優(yōu)化后的點(diǎn)位進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)置，將更好地掌握區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化趨勢(shì)，污染現(xiàn)狀、分布規(guī)律及變化趨勢(shì)。

2)對(duì)溢油進(jìn)行監(jiān)視性自動(dòng)監(jiān)測(cè)，站位應(yīng)選擇在石化企業(yè)以及油庫附近可能受溢油事故影響，以及采油平臺(tái)油類泄露可能隨海流影響的近岸海域區(qū)域內(nèi)，同時(shí)應(yīng)考慮在港口對(duì)過往油輪可能發(fā)生的溢油事故進(jìn)行監(jiān)視性自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3)對(duì)赤潮進(jìn)行監(jiān)視性自動(dòng)監(jiān)測(cè)，站位應(yīng)選擇在赤潮多發(fā)區(qū)或曾發(fā)區(qū)域內(nèi)，赤潮多發(fā)的省份，應(yīng)對(duì)赤潮事件進(jìn)行分析，選擇赤潮暴發(fā)影響最嚴(yán)重或多次發(fā)生赤潮的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)布置。對(duì)于赤潮發(fā)生次數(shù)較少的省份，可在曾發(fā)生赤潮的重點(diǎn)或敏感區(qū)設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

4)當(dāng)有國(guó)界、省界敏感區(qū)域時(shí)，應(yīng)在國(guó)界、省界上布置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，但需充分論證，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)的代表性。如有常規(guī)國(guó)界、省界監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)，原則上應(yīng)在該點(diǎn)位布置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

5)在海水養(yǎng)殖區(qū)布置自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)常規(guī)監(jiān)測(cè)站位歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選擇有代表性的點(diǎn)位設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，同時(shí)養(yǎng)殖區(qū)海洋生物密度較高，極易附著在監(jiān)測(cè)儀器及傳感器上，過多的生長(zhǎng)附著將影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。因此必須制定有效措施，確定合理的維護(hù)和校準(zhǔn)周期。

2.4 入海河口污染物入海斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位

需要對(duì)在入海河口污染物監(jiān)測(cè)斷面(簡(jiǎn)稱入海河口斷面)進(jìn)行水質(zhì)連續(xù)監(jiān)控時(shí)，應(yīng)綜合考慮斷面歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、斷面水文條件、上游污染源分布等情況，選擇有代表性的監(jiān)測(cè)斷面及點(diǎn)位來布置水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

1)對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)監(jiān)測(cè)目的和監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)代表性來選擇站位，其主要污染指標(biāo)應(yīng)能代表入海斷面的平均水平，年均值不應(yīng)超出監(jiān)測(cè)斷面年均值的15%。

2)在入海河口斷面點(diǎn)位較多，難以滿足上述要求的，且條件許可時(shí)，可根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面主要污染物濃度分布設(shè)置多個(gè)站位。

3)入海河口自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位應(yīng)選擇平直、水質(zhì)分布均勻、流速穩(wěn)定的河段，且距上游支流匯合處或排污口有足夠的距離以保證水質(zhì)的均勻性，應(yīng)盡可能選擇原有的常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性以便進(jìn)行樣品比對(duì)監(jiān)測(cè);同時(shí)應(yīng)滿足基本不受潮汐或回流影響，若受到潮汐影響時(shí)，需要保證水中氯離子濃度符合儀器的要求。

2.5 入海河口區(qū)域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位

在確定入海河口區(qū)域的基礎(chǔ)上，參照“2.1節(jié)～2.3節(jié)”原則，設(shè)置入海河口自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位。

2.6 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位置的調(diào)整

在自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位確定后，受到航道、急流區(qū)、淺灘區(qū)、局地性溝渠和深海排污口等因素制約時(shí)，可以對(duì)站位的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。站位調(diào)整時(shí)，應(yīng)重新確定站位的代表性。

3 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位位置的基本條件

近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位位置的選擇在考慮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代表性的同時(shí)，還應(yīng)從海洋水文、海底地質(zhì)、航道、通信等基本條件考慮自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位設(shè)置的可行性。

3.1 潮水漲落不能影響設(shè)備正常運(yùn)行

采用浮標(biāo)式自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，每日水位的變化不應(yīng)影響到監(jiān)測(cè)站體及監(jiān)測(cè)儀器的安全和正常運(yùn)行，因此要考慮海水退潮時(shí)水位和自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備水下涉及深度的問題。低潮時(shí)水深應(yīng)不低于3 m，浮標(biāo)式自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的錨鏈長(zhǎng)度一般應(yīng)為該點(diǎn)位歷史最高潮水深的3倍以上。

3.2 設(shè)備受自然和人為影響要小

設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站應(yīng)避開航道、急流區(qū)、淺灘區(qū)、局地性溝渠和深海排污口影響。為避免與過往船只碰撞，在選擇站位時(shí)，要考慮避開航道和船只往來較多的區(qū)域;必須在航道附近設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站時(shí)，應(yīng)經(jīng)海事局批準(zhǔn)并且設(shè)置專用航標(biāo)燈及警示標(biāo)志。急流區(qū)以及局地性溝渠可能會(huì)影響自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的固定，淺灘區(qū)深度不夠、深海排污口等不利因素都會(huì)影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性，近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)置時(shí)應(yīng)盡量避開這些區(qū)域。

3.3 便于設(shè)備固定、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和收回維護(hù)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)站布設(shè)站位的海底條件應(yīng)能夠保證設(shè)備固定，對(duì)不適于固定浮標(biāo)的，應(yīng)考慮調(diào)整位置，保證設(shè)備固定的海底基礎(chǔ)條件。同時(shí)由于自動(dòng)監(jiān)測(cè)站需要定期對(duì)標(biāo)體進(jìn)行維護(hù)，其固定方式應(yīng)在保證穩(wěn)固的前提下兼顧現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和收回維護(hù)的需要。

3.4 能夠以無線或有線方式向中心控制室發(fā)送數(shù)據(jù)

目前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸及儀器診斷主要通過無線信號(hào)傳輸?shù)氖侄蝸韺?shí)現(xiàn)，因此監(jiān)測(cè)站位所在海域通訊信號(hào)應(yīng)有足夠強(qiáng)度并且穩(wěn)定，否則應(yīng)采用其他可傳輸方式(如衛(wèi)星通訊)。

4 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站布設(shè)應(yīng)注意的問題

近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)處于發(fā)展階段，在布設(shè)近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)備的成熟性、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本等問題，并遵循相關(guān)規(guī)定。

1)綜合考慮自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備建設(shè)的成本、成熟性、必要性，建設(shè)后的人員、經(jīng)費(fèi)投入和設(shè)備安全等因素［2］。

2)需避開航道等受生產(chǎn)活動(dòng)影響較為頻繁以及受不穩(wěn)定因素干擾的區(qū)域。

3)應(yīng)遵循國(guó)家海域使用的相關(guān)規(guī)定，得到相關(guān)管理部門的同意并辦理相關(guān)手續(xù)。

5 結(jié)語

站位布設(shè)的代表性和合理性是近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站成功運(yùn)行的關(guān)鍵。在設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮布設(shè)近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的目的，對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站位進(jìn)行優(yōu)化，選擇最具代表性及能反映監(jiān)測(cè)目的的點(diǎn)位，同時(shí)注意建設(shè)和運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的基本條件，保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的正常運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)近岸海域水質(zhì)預(yù)警的目標(biāo)。

［1］萬本太．淺談國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2011，27(6)：1-4．

［2］劉方，莊馬展，林樹權(quán)，等．建設(shè)近岸海域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，29(2)：159-161．

［3］HJ/T 442—2008 近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范［S］．

［4］姜欣．“均值偏差法”在河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化中的應(yīng)用［J］．黑龍江環(huán)境通報(bào)，2006，30(3)：44-45．

［5］張苗云，王世杰，黃穎飛．優(yōu)化布點(diǎn)的TOPSIS法研究［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21(1)：31-33．

［6］黃哲強(qiáng)．近岸海域環(huán)境功能區(qū)常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇［J］．海峽科學(xué)，2007(6)：24-25．

［7］劉蓉，周建中．“均值偏差法”在湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位優(yōu)化中的應(yīng)用［J］．環(huán)境科技，2009，22(1)：44-45．

［8］李茜，張建輝，羅海江．區(qū)域地表水監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化調(diào)整的技術(shù)方法［J］．環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2012，4(1)：34-37．