自動監(jiān)控系統(tǒng)在太湖流域水質(zhì)變化預(yù)警中的作用

劉 雷，陳亞男，鐘 聲，呂學(xué)研

1．江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036

2．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

太湖流域面積36 895 km2，是中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，關(guān)系著國家經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展水平，自古以來就有“蘇湖熟，天下足”的美譽(yù)。流域地形以平原為主，區(qū)域內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，河網(wǎng)密集。河道地形平坦，盤根錯(cuò)節(jié)相互影響，污染物質(zhì)難以快速排出，加之區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平較高，污染物排放量大，大量污染物質(zhì)在水體內(nèi)累積，造成水體污染嚴(yán)重，湖泊富營養(yǎng)化程度較高［1-3］。

2007年，無錫飲用水危機(jī)事件后，中央、地方各級政府均開始積極尋求有效的水質(zhì)變化監(jiān)控預(yù)警技術(shù)，為控制流域水質(zhì)污染提供技術(shù)支撐。歷時(shí)數(shù)年，江蘇省在太湖流域建成125個(gè)水質(zhì)自動監(jiān)測站(以下簡稱“水質(zhì)自動站”)，形成基本覆蓋國家考核斷面、主要入湖河流、市界斷面、湖體飲用水源地的自動監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為流域水質(zhì)變化的監(jiān)控預(yù)警提供了有效支撐。以2011年流域水質(zhì)自動站異常水質(zhì)預(yù)警報(bào)告為依據(jù)，對水質(zhì)預(yù)警發(fā)生的時(shí)間、空間及指標(biāo)等變化特征進(jìn)行分析，并以污染事故的處理結(jié)果對水質(zhì)自動站的預(yù)警信息進(jìn)行驗(yàn)證，以期為其他流域水質(zhì)變化的監(jiān)控預(yù)警提供參考。

1 水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)概況

1.1 水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行

為了有效監(jiān)控流域水質(zhì)變化，江蘇省歷時(shí)數(shù)年在流域建成水質(zhì)自動站125個(gè)，點(diǎn)位分布如圖1所示。水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)的建成，為實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)變化實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了可能。

圖1 太湖流域水質(zhì)自動監(jiān)測站網(wǎng)分布

水質(zhì)自動站主要監(jiān)測指標(biāo)有pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、水溫、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷等，一般水質(zhì)自動站每4 h監(jiān)測一次，重點(diǎn)水域如飲用水水源地2 h監(jiān)測一次。此外，為了提高水站預(yù)警能力，2010年底在望虞河、京杭運(yùn)河沿線及太湖出入湖河流等部分水質(zhì)自動站增配了重金屬、總酚、VOCs儀器作為科研用途。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞〖壉O(jiān)控平臺，每天有專人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)異常后，首先與地方質(zhì)控人員進(jìn)行核實(shí)，確認(rèn)為非儀器原因造成的水質(zhì)異常后及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，省環(huán)保廳相關(guān)督查單位將赴現(xiàn)場污染源方面的原因排查，及時(shí)查堵污染源。

1.2 水質(zhì)異常信息判斷

實(shí)際工作中，一旦水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)下述3種現(xiàn)象之一，即表示水質(zhì)出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)開展水質(zhì)變化情況確認(rèn)及相關(guān)預(yù)警信息發(fā)布：

1)某水質(zhì)自動站連續(xù)1天共6組監(jiān)測數(shù)據(jù)均超過平常濃度3倍，相應(yīng)的水質(zhì)指標(biāo)劣于Ⅴ類。

2)飲用水源地水質(zhì)自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)3組超過地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

3)重金屬、總酚及VOCs出現(xiàn)預(yù)警超標(biāo)2倍以上現(xiàn)象，其中重金屬采用地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，總酚參照揮發(fā)酚的地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，VOCs參照采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中表3的飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值。

2 太湖流域水質(zhì)預(yù)警情況

太湖流域125個(gè)水質(zhì)自動站每年發(fā)布300萬個(gè)左右監(jiān)測數(shù)據(jù)。2011年，水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)共捕捉到水質(zhì)異常情況35起，涉及18條河流。以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析該年水質(zhì)異常的時(shí)空分布特征、造成水質(zhì)異常的主要指標(biāo)，并以漕橋河為典型河流對水質(zhì)異常預(yù)警的變化特征進(jìn)行深入分析。

2.1 水質(zhì)預(yù)警斷面地區(qū)分布

2011年太湖流域水質(zhì)異常預(yù)警斷面的分布范圍較廣，基本覆蓋江蘇省全太湖流域，鎮(zhèn)江、無錫、常州、蘇州均有出現(xiàn)，但主要集中在丹陽、武進(jìn)、宜興交界斷面，且以泥炭河、漕橋河、中干河等河流為主，每條河流的預(yù)警次數(shù)均超過3次。

2.2 水質(zhì)預(yù)警時(shí)間分布

2011年水質(zhì)異常預(yù)警的時(shí)間尺度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。太湖流域的異常水質(zhì)集中出現(xiàn)在枯水期?？菟?，太湖流域降雨、河流水量均較少，水體的自凈能力較豐水期和平水期低，水質(zhì)更易受污染影響導(dǎo)致水質(zhì)異常。2011年1—3月共發(fā)生19起，占全年總次數(shù)的54%，其余各月發(fā)生頻次為3% ～9%。

圖2 2011年水質(zhì)預(yù)警次數(shù)分布

2.3 水質(zhì)異常預(yù)警主要指標(biāo)

水質(zhì)異常預(yù)警指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，造成水質(zhì)異常的水質(zhì)指標(biāo)以氨氮、總磷為主，且造成的水質(zhì)異常往往持續(xù)多日，導(dǎo)致水質(zhì)長期劣于V類。氨氮最高濃度超過10 mg/L，總磷的最高濃度也曾超過儀器量程(2 mg/L)。2011年太湖流域發(fā)生的35起水質(zhì)異常中有34起屬于“1.2”小節(jié)中所述的第1種情況，占總發(fā)生次數(shù)的97%。無第2種情況，僅一起屬于第3種情況，異常指標(biāo)為重金屬六價(jià)鉻，位于京杭大運(yùn)河，報(bào)警后對該斷面上游3公里范圍內(nèi)的13家污染企業(yè)排污情況，進(jìn)行了一次全面排查，但由于時(shí)過境遷，未能查到具體原因。

2.4 典型河流(漕橋河)水質(zhì)預(yù)警情況

漕橋河位于江蘇省宜興市北部，是連接太湖與滆湖的主要水力通道之一，也是太湖主要入湖河流。漕橋河大部分河段屬于宜興市，部分河段位于常州市武進(jìn)區(qū)境內(nèi)，為宜興市、常州市武進(jìn)區(qū)的界河，多次反復(fù)流經(jīng)宜興、武進(jìn)境內(nèi)，沿途承納漕橋鎮(zhèn)、裴家鎮(zhèn)生活污水，與太滆運(yùn)河匯合后，由百瀆港入太湖。沿程建有5個(gè)水質(zhì)自動站，詳見圖3。

圖3 漕橋河水系自動站分布

水質(zhì)異常預(yù)警情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，漕橋河水質(zhì)主要受總磷影響，水質(zhì)異常預(yù)警幾乎均始于宜興與武進(jìn)交界處錫溧漕河(主導(dǎo)流向?yàn)槲溥M(jìn)入宜興)的分莊橋附近，進(jìn)而影響下游武宜運(yùn)河、漕橋河及太滆運(yùn)河的水質(zhì)，導(dǎo)致武進(jìn)與宜興交界斷面的總磷濃度頻繁大幅飆升。2010—2011年漕橋河水系總磷的異常預(yù)警呈現(xiàn)3個(gè)明顯特征：

1)分莊橋上游斷面存在有規(guī)律的總磷濃度大幅飆升現(xiàn)象，下游各斷面總磷濃度隨后出現(xiàn)同步飆升，呈現(xiàn)明顯時(shí)序分布，受水流影響，4—8 h后，分莊橋、鐘溪大橋、漕橋、裴家等斷面相繼出現(xiàn)峰值。

2)漕橋河水系水質(zhì)變化與當(dāng)?shù)厮档乃?、氣象特征密切相關(guān)。在枯水期，太湖北部沿江諸河開始補(bǔ)充調(diào)水，受其影響，北部河道水位抬升河流流向以東北流向西南為主，漕橋河是主要的受影響河流。豐水期，河道水流方向以西南流向東北為主，太滆運(yùn)河是主要的受影響河流。

3)水質(zhì)預(yù)警情況與企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律呈現(xiàn)較明顯的相關(guān)性。例如2010年2月13—20日、2011年2月1—10日的春節(jié)期間，各斷面水質(zhì)明顯好于平常，節(jié)后各斷面污染物濃度迅速上升，這與企業(yè)在春節(jié)期間停工，節(jié)后工廠復(fù)工有一定關(guān)系。見圖4。

3 結(jié)論與建議

以2011年太湖流域水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到的水質(zhì)異常數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對太湖流域水質(zhì)異常預(yù)警的特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，太湖流域水質(zhì)異常預(yù)警具有明顯的時(shí)空變化特征，水質(zhì)異常頻次較高的斷面多位于丹陽、武進(jìn)、宜興交界處，且以泥炭河、漕橋河、中干河等河流為主。流域水質(zhì)異常預(yù)警主要發(fā)生在枯水期、豐水期末。導(dǎo)致水質(zhì)異常的主要污染指標(biāo)以氨氮和總磷為主。典型河流水質(zhì)預(yù)警情況分析表明，流域水質(zhì)變化具有明顯的上下游響應(yīng)關(guān)系。水質(zhì)變化與水文氣象、工廠生產(chǎn)周期等外界因素的關(guān)系較明顯。

水質(zhì)異常原因現(xiàn)場排查結(jié)果表明，造成流域水質(zhì)異常的原因較多，主要有以下4個(gè)方面：

1)畜禽養(yǎng)殖、種植業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放，該類污染存在時(shí)間較長，污染較重，已對當(dāng)?shù)厮w、底泥等造成嚴(yán)重影響。

2)污水處理廠尾水排放影響，污水處理廠尾水即使是達(dá)標(biāo)排放，其污染物濃度也比天然水體相應(yīng)物質(zhì)的濃度高出很多，從而對流域水體水質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

3)區(qū)域生活污染源尚未實(shí)現(xiàn)全部接管，直接排放的生活污水對水質(zhì)的沖擊也不容忽視。

4)枯水期間水位較低，水體自凈能力減弱，正?；蚍钦Ｅ盼郾绕溆嗨诟自斐珊恿魉|(zhì)異常。

太湖流域水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)在流域水質(zhì)異常變化監(jiān)控過程中的作用已顯著發(fā)揮，根據(jù)其發(fā)現(xiàn)的水質(zhì)異常規(guī)律和排查原因，提出以下建議：

1)嚴(yán)格按照《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》制定畜禽養(yǎng)殖發(fā)展規(guī)劃，合理布局畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)，科學(xué)確定畜禽養(yǎng)殖的規(guī)模和總量，結(jié)合區(qū)域污染防治要求，制定畜禽養(yǎng)殖污染防治規(guī)劃，確定污染防治目標(biāo)、任務(wù)，強(qiáng)化污染源頭管控。

2)加快環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升污水處理廠處理能力，完善污廢水管網(wǎng)收集系統(tǒng)，提高生活污水接管率。

3)開展河道綜合整治，排查違規(guī)污染源，定期開展河道疏浚，保障水流暢通，提升河道水體納污能力，將有效減少水質(zhì)異常，提升區(qū)域水質(zhì)安全，提高老百姓的樂居幸福指數(shù)。

［1］張振克．太湖流域湖泊水環(huán)境問題、成因與對策［J］．長江流域資源與環(huán)境，1999，8(1)：81-87．

［2］鄧建明，徐彩平，陳宇煒，等．太湖流域主要河道浮游植物類群對比研究［J］．資源科學(xué)，2011，33(2)：210-216．

［3］張寧紅，黎剛，郁建橋，等．太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)主要特征初析［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25(1)：71-74．