水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用解決方案

甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔡宏芳

引言

水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目的在于合理保護(hù)、管理水資源，并且保護(hù)水環(huán)境，對(duì)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的意義?，F(xiàn)階段，國(guó)家內(nèi)部分地區(qū)的水資源和水環(huán)境存在一定的問題，如洪水、水資源浪費(fèi)水污染等等，這些問題給水質(zhì)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，在這樣的狀況下，水質(zhì)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容也發(fā)生了變化。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

一直以來(lái)，水資源的應(yīng)用和管理、水環(huán)境的保護(hù)都是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。受地理因素和其他因素的影響，國(guó)內(nèi)的水資源分布不均衡，水質(zhì)型缺水問題非常嚴(yán)重，為了解決這些問題，國(guó)家規(guī)劃了許多跨流域調(diào)水工程，水資源的開發(fā)利用變得更加復(fù)雜，這些現(xiàn)狀也使得水質(zhì)監(jiān)測(cè)變得尤為復(fù)雜，此時(shí)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)的作用和意義也被突顯出來(lái)。此外，水資源的開發(fā)利用與保護(hù)并不是一個(gè)國(guó)家的責(zé)任，而是全人類的責(zé)任，各個(gè)國(guó)家之間存在著頻繁的水事磋商、水權(quán)交易，這些內(nèi)容與水質(zhì)監(jiān)測(cè)也有著緊密的聯(lián)系[1]。

現(xiàn)階段，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面，國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)存在一些問題。水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)對(duì)象主要是地表水，缺乏對(duì)地下水和大氣水的監(jiān)測(cè)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)量太少，少于水功能區(qū)的數(shù)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺乏說(shuō)服力；水質(zhì)監(jiān)測(cè)站缺乏足夠的采樣能力，并且采樣的頻率也比較低，水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的設(shè)備老化，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，部分重要的設(shè)備分配不均衡；水質(zhì)監(jiān)測(cè)站缺乏足夠的機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)能力，可用于移動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)室太少，缺乏足夠的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力；缺少足夠數(shù)量的自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，難以獲得重要地區(qū)的水資源情況[2]。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要性

近年來(lái)，隨著水質(zhì)監(jiān)測(cè)規(guī)劃的落實(shí)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)受到了越來(lái)越多的關(guān)注與討論，要滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，就必須升級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)。先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，合理應(yīng)用這些技術(shù)可以提升水質(zhì)站的工作效率和質(zhì)量。除此之外，也要升級(jí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，增加設(shè)備的數(shù)量，移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室和自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站等重要的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)也要落實(shí)到位。在進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，要注意結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，充分考察各地的水資源狀況，盡量滿足當(dāng)前的水質(zhì)監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)保證水質(zhì)監(jiān)測(cè)的可持續(xù)性發(fā)展[3]。

2.2 國(guó)外水質(zhì)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外早期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法是定時(shí)定點(diǎn)在河流的斷面取水，獲得樣本，然后進(jìn)行樣本分析，這種方法只能代表某一時(shí)刻的水質(zhì)情況，具有一定的局限性。為了獲得更加具有代表性的數(shù)據(jù)，及時(shí)找到水污染的原因，并且解決水質(zhì)問題，國(guó)外升級(jí)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，研究出了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)中心控制站和若干個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，除中心控制站之外，其他的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站分布在水系旁邊，并帶有自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)一定范圍內(nèi)的水質(zhì)污染情況，并且將數(shù)據(jù)匯總到中心控制站，形成一個(gè)完整的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，它以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和無(wú)線數(shù)據(jù)通信裝置為信息載體，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)，適合于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，這種系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)單元是移動(dòng)監(jiān)測(cè)車，車上有小型的水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室和水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器，可以實(shí)時(shí)獲取樣本并且進(jìn)行水質(zhì)分析[4]。

在20世紀(jì)七十年代，許多國(guó)家就把水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，并且取得了良好的效果，這種系統(tǒng)也被納入“自然災(zāi)害防御體系”和“環(huán)境評(píng)價(jià)體系”。這樣一來(lái)，一方面可以為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，另一方面可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染情況，并且反饋到相關(guān)部門，減少經(jīng)濟(jì)損失[5]。

2.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)與信息管理技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了升級(jí)和完善，水質(zhì)分析方法也從原來(lái)的電位法發(fā)展到現(xiàn)在的液相色譜法、氣相色譜法等，同時(shí)，信息管理技術(shù)也被納入水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，原始的手動(dòng)和半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)正在被計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)監(jiān)測(cè)所代替。

在二十一世紀(jì)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)象變成了流域或區(qū)域水環(huán)境，對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)工程來(lái)說(shuō)，技術(shù)只是基礎(chǔ)性的組成部分，現(xiàn)階段，處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變成了主要的重點(diǎn)和難點(diǎn)[6]。為了處理這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建全國(guó)性的監(jiān)測(cè)信息中心和水質(zhì)網(wǎng)站就變得尤為重要，這些網(wǎng)站可以把所有的數(shù)據(jù)集中到一起，進(jìn)行歸類、統(tǒng)計(jì)，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的效率，并且減少錯(cuò)誤率。此外，建立全國(guó)性的信息網(wǎng)站也可以對(duì)流域的水體環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，為水資源的利用和保護(hù)提供有效的參考。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合應(yīng)用策略

為了提高水資源的利用率，保護(hù)水環(huán)境，綜合應(yīng)用策略應(yīng)該具備以下一些功能：實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)流域、供水水源地的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提升數(shù)據(jù)處理效率；提升對(duì)突發(fā)性事件的反應(yīng)能力。為了滿足這些需求，綜合應(yīng)用策略就涉及硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)的建設(shè)。

3.1 硬件系統(tǒng)建設(shè)——立體化監(jiān)測(cè)解決方案

3.1.1 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)解決方案

在四級(jí)監(jiān)測(cè)體系中，實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)水質(zhì)分析。由于經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境等因素的影響，全國(guó)各地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展水平和建筑規(guī)模也存在著較大的差異性，為了減少各地區(qū)的差異性，讓水質(zhì)監(jiān)測(cè)工程更加標(biāo)準(zhǔn)化，就有必要制定水質(zhì)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，并且配備以常規(guī)監(jiān)測(cè)參數(shù)為主，比如：BOD，COD等等，當(dāng)然，有些地區(qū)的情況比較特殊，而且這些地區(qū)的工業(yè)發(fā)展也給水環(huán)境造成了巨大的危害，水資源污染較嚴(yán)重，普通的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適用于這些地區(qū)，統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)室也無(wú)法取得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這時(shí)候就要采用一些特殊的儀器，比如汞、砷揮發(fā)酚等設(shè)備；而有些地區(qū)的自然環(huán)境、天氣比較惡劣，經(jīng)常發(fā)生極端天氣，實(shí)驗(yàn)室容易受到損壞，在這些地區(qū)，就要充分利用應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，降低監(jiān)測(cè)成本[7]。

3.1.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)解決方案

自動(dòng)監(jiān)測(cè)解決方案可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站可以定時(shí)或隨時(shí)收集水體樣本，并進(jìn)行分析，所有的分析數(shù)據(jù)代表了水環(huán)境的動(dòng)態(tài)，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)站提供有效的參考。這個(gè)系統(tǒng)包括水質(zhì)采樣設(shè)備、自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸，采用了高效的Windows處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集并處理樣本的物理、化學(xué)數(shù)據(jù)，并且及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心獲得數(shù)據(jù)之后，可以借助公共電話網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，提高監(jiān)測(cè)的工作效率[8]。

3.2 軟件系統(tǒng)建設(shè)——水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)

水體樣本中有許多復(fù)雜的物質(zhì)，因此，要對(duì)其進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)非常困難的工作。在眾多的要素當(dāng)中，水資源質(zhì)量是最為普遍的標(biāo)準(zhǔn)，水資源質(zhì)量會(huì)間接影響其他要素的分析結(jié)果，如果要客觀、準(zhǔn)確地進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，就要做到水質(zhì)水量同步監(jiān)測(cè)。水質(zhì)水量配套、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系，對(duì)國(guó)家水利工程的建設(shè)是非常重要的。水質(zhì)監(jiān)測(cè)不僅僅是對(duì)水體的觀察、數(shù)據(jù)的收集和分析，還需要根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)水資源管理的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且評(píng)估水資源利用中可以出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，然后生成一些詳細(xì)的方案，為長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)工作打下基礎(chǔ)[9]。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)軟件建設(shè)可以將水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為核心，把水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和自然地理信息系統(tǒng)結(jié)合在一起，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)收集、儲(chǔ)存、分析、傳輸，并生成相應(yīng)的表格和圖像，最后實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的可視化管理。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于受到時(shí)間和空間的限制，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)存在一些誤差，為了保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性，就需要?jiǎng)?chuàng)立水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集、儲(chǔ)存、管理數(shù)據(jù)[10]。創(chuàng)立水資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃Y源管理情況進(jìn)行，針對(duì)性地應(yīng)用水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，提高監(jiān)測(cè)效率。其次，要加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)與其他領(lǐng)域的聯(lián)系，例如計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域，將這些領(lǐng)域的技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用起來(lái)，針對(duì)不同地區(qū)的監(jiān)測(cè)工作采用相對(duì)應(yīng)的技術(shù)搭配，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步，水質(zhì)監(jiān)測(cè)將會(huì)越來(lái)越規(guī)范、系統(tǒng)、高效，在當(dāng)前的四級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系下，升級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，完善實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、建立起移動(dòng)監(jiān)測(cè)、和自動(dòng)監(jiān)測(cè)的立體化監(jiān)測(cè)模式是水利系統(tǒng)的重要任務(wù)的目標(biāo)，這些方案可以解決當(dāng)前國(guó)內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)問題。