水質監測技術在中國水利的應用解決方案
一、21世紀中國水質監測的嶄新內容
中國水利系統水質監測工作經歷了幾十年的發展，首先在水文部門內增設了水質監測機構，進而建立健全了各流域水質監測中心，現已建成了覆蓋全國的水質監測網絡體系，實現了對水質的有效監測，在水質監測項目上，也由從天然水化學監測發展延伸而來，具有了綜合河流天然水化學特征與河流水污染特征的監測。
在水利系統的水質監測是與水文站相結合的，充分利用了采樣上具備的便利的條件，可以實現代表性強的高頻次監測，具有流域管理和水量，水質同時監測的優勢，結合水功能區管理要求，掌握國家確定的重要江河、湖泊、跨省（自治區、直轄市）的江河、湖泊水體，省界水體、重要供水水源地、主要入河排污口的水質情況，有可能完成掌握突發性水污染事故以及洪水淹沒、河流斷流后的復流、污水閘壩調度與水庫調度等重要過程的水質突變情況。
水利的水質監測過去側重于地表水水質監測，而水功能區劃，要求綜合考量水功能區域內地表水/地下水/大氣降水/水生態等水質的多個層面，水利系統要補充/調整/完善和建立新的水質檢測網絡。
《水法》的頒布實施，賦予了水利系統水行政管理主體的地位和權力，對水質監測工作也提出了明確的、更高的要求,水質監測不僅要掌握面上水資源質量狀況，還要對用水和排污進行有效監控。水利部門的水質監測主要側重于為水資源的開發、利用、管理與保護服務，與水資源管理、水工程調度相結合，監控入河排污狀況及省際轄區水質狀況，使水質監測具有服務于水行政執法的鮮明特征。
可以肯定地說，在21世紀中，中國水利的水質監測工作有著嶄新的內容。
二、水質監測的重要意義
中國的水質監測工作不僅有新的內容還有非常重要的意義。
目前我國水資源緊缺，水污染嚴重，水質監測是水資源管理與保護的重要基礎，水質監測提供的水質信息顯得尤為重要。
從一般意義來講，水質監測工作的整體水平提高，水質監測的能力建設進行全面實施后，水質監測系統的機動、快速反應能力和自動測報能力將大大提高，能實現水功能區內重點地區、重點水域和供水水源地的水質監測，提高水質監測信息數據傳輸和分析效率。在滿足各級水行政主管部門及社會公眾對水質信息需要的同時，提高對突發、惡性水質污染事故的預警預報及快速反應能力。
從中國特色意義：中國水資源分布的極度不平衡，水質型缺水問題嚴重，跨流域調水工程多，三峽工程建設、西部大開發、西藏“一江兩河”開發，國際河流的開發利用與保護都對水質監測提出了更高的要求，也使水質監測具有了更加特使的意義，如水權交易，國家間的水事磋商等都離不開水質監測數據。
從更深層意義講：加強水資源管理與保護工作需要水質監測有超前發展，通過水質監測的基礎數據，分析水的承載力，按照水功能區的不同，確認水環境容量，建立水環境的評估與決策模型，分析和掌握污染物水體中稀釋擴散和自凈化過程與平衡關系，制定減量或禁止排放的規劃與實施方案，指導水利工程，治理工程，使水環境與社會經濟協調發展，水資源管理與保護工作為經濟發展服務，水利成為社會經濟持續發展的資源保障。
三、水質監測的現狀與問題
水質監測工作是水資源管理與保護的一項重要的基礎性工作。目前，水利系統已建成由水利部、流域、省及其地（市）水環境監測中心、分中心，共251個監測機構組成的四級水質監測體系；水質監測站點3240處，基本覆蓋了全國主要江河湖庫；專職人員2218人，技術力量較強，實現了對水質的有效監測。
當前，我國主要江河、湖泊水體的水質總體上呈惡化趨勢，水質監測任務十分繁重。為了適應水資源管理與保護工作發展的需求，亟須提高水質監測技術的現代化和標準化以及管理制度化的水平。雖然水利系統的水質監測體系和能力已經有了一定的基礎，但面對新時期水利發展的形勢與要求，還存在著一些急待解決的問題。
1．水利系統的水質監測站點多以掌握地表水水資源質量功能為主，缺乏對地下水的監測，大氣降水水質監測，供水水源地水質監測，排污水質監控，水生態環境監測等全面反映水功能區內的全面水質狀況，來評價水功能區的水質是否達到水域使用功能對水質的要求。
2．水質監測站的總數少于水功能區的數量，不能反映全部水功能區的水質狀況，而且還存在地域分布不均衡，水質監測站布局不合理的狀況，不適應經濟發展和水資源保護工作的需要，都急需進行補充、調整、完善或建立。
3．各級水質監測中心的采樣能力不足，監測頻率低，水質監測實驗室的監測儀器設備老化，大型分析儀器配備不平衡，于水質監測管理的要求不適應。
4．機動監測能力不足，移動水質分析監測實驗室配備數量太少，現場監測能力低，無法及時掌握突發性水污染事故以及洪水淹沒、河流斷流后的復流、污水閘壩調度與水庫調度等重要水利過程的水質突變情況。
5．自動水質監測站數量太少，缺乏自動測報能力，無法獲得對重點水功能區主要水質監測的實時數據，更沒有對突發性污染事故的預測/預報能力。
6．水質監測信息處理及時性，針對性差，監測數據的處理仍然以手工為主，各級中心建立的監測數據庫結構不統一，標準化程度低，信息處理的軟硬件落后，不能實現按流域，按功能區的水量/水質綜合分析評價體系，不能滿足新時期水資源管理與保護，水行政管理的要求。
四、水質監測的規劃目標
《水法》的頒布實施為水資源管理與保護提供了法律依據，也對水行政主管部門的水質監測工作提出了明確的、更高的要求。
按照水利部水文局編制的全國水質監測規劃，有以下幾個目標：
1．近期目標（2010年）：水質站點應達到與國家水文站相結合、滿足水功能區水質監測要求，實現站點優化布局。加強能力建設，強化以流域和省（自治區、直轄市）級水環境監測中心為骨干、省（自治區、直轄市）水環境監測分中心為基礎的水質監測體系。在完善常規水質監測的基礎上，大力提高水質監測系統的機動、快速反應能力和自動測報能力，實現重點地區、重點水域和供水水源地的水質自動監測。對全國水質監測評價信息進行系統的分析、合理的分類和組合，建立統一的信息存儲交換標準，構建各種專業應用系統，提高數據傳輸和分析效率。
2．遠期目標（2020年）：通過進一步優化水質監測站點布局，加強水質監測能力建設，逐步開展水生態環境監測、遙測等。采用先進的計算機手段，通過規范化的信息管理，實現全國水質監測數據的共享和傳輸，滿足各級水行政主管部門及社會公眾對水質信息的需要。提高對突發、惡性水質污染事故的預警預報及快速反應能力，判斷發展趨勢及成因分析。對重要決策及常規管理提供信息支持，為管理部門提供多方位、多側面準確、快捷的信息服務。
3．量化目標（列表）
地表水站 國際河流站 自動站 地下水站 降水站
2005 5612 - 185 2004 441
2010 - - 341 2474 686
2020 7216 78 346 2689 752
21世紀的水質監測工作，不僅僅要掌握全國江河湖庫水資源質量的基本情況，還要根據當前水功能區管理的需要，在現有的基礎上，提高水質監測系統的機動能力、快速反應能力和自動測報能力，監測的對象包括地表水，地下水，大氣降水，生態水，還涵蓋了供水水源地，排污點源面源，水土保持等所有涉及水功能區內區域水環境的全部信息，以提升水質監測工作的整體水平為目標，能實現重點地區、重點水域和供水水源地的水質自動監測，也將提高監測信息數據傳輸和分析效率。在滿足各級水行政主管部門及社會公眾對水質信息的需要的同時，提高對突發、惡性水質污染事故的預警預報及快速反應能力。
五、水質監測的關鍵是水質監測分析
1．先進的水質監測技術是實現水質監測目標的關鍵
隨著全國水質監測規劃的實施，要實現水質監測的規劃目標，就必須采用先進的水質監測技術作保障，對水質站網進行優化配置和合理布局，構建選用先進的水質監測儀器設備和技術裝備的水質監測實驗室/移動水質監測實驗室/自動水質監測站。在進行水質監測實施過程中，應該充分考慮我國的國情，從實際出發，實事求是，建立既能滿足當前水質監測工作要求，又留有超前發展冗余的水質監測系統結構。因此，我們必須學習和借鑒西方發達國家的歷史和經驗，創建一條有中國特色的，跨越式發展的水質監測之路
2．國外現代化水質監測體系的發展現狀和趨勢
國外早期河流水系的水質監測方法是定時定點在河流的某些斷面取瞬時水樣，帶回實驗室分析。但這種人工抽查式的監測方法不能及時、準確地獲得水質不斷變化的動態數據。為了盡早發現水質的異常變化，迅速作出下游水質污染預報，及時追蹤污染源，研究水的稀釋、自凈規律，國外在完善實驗室監測的同時，陸續發展了水質移動監測系統和自動監測系統。
水質移動監測系統以移動監測車為基本監測單元，以便攜水質實驗室和現場水質多參數分析儀為分析手段，以GPS全球衛星定位系統和GPRS/GSM無線數據通訊裝置為信息載體，有效地解決了偏遠地區、水域水質監測的困難。
水質自動監測系統WQMS（Water Quality Monitoring System）以監測水質污染綜合指標及其某些特定項目為基礎，通過在一個水系或一個地區設置若干個有連續自動監測儀器的監測站，由一個中心站控制若干個子站，隨時對該區的水質污染狀況進行連續自動監測，形成一個連續自動監測系統。
水質自動監測系統是20世紀70年代發展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國已有相當規模的廣泛應用，并被納入至網絡化的“環境評價體系”和“自然災害防御體系”。一則可為綜合評價水功能區的水環境質量提供基礎性數據，二則可迅速發現突發性水質污染事故或天災，將水域異常水質情況、污染傳播源及影響規模通過系統的通訊網絡傳至控制中心，為決策部門把握災害的性質狀態，從而制定災害的防治對策提供依據。
3．先進的監測技術要與先進的信息管理技術相結合
隨著科學技術的進步，水質監測技術迅速發展，儀器分析、計算機控制等現代化手段在水質監測中得到了廣泛應用。分析方法從分光光度法、電位法發展到原子吸收法、原子熒光光譜法、氣相色譜法和液相色譜法等；手動和半自動實驗方法、儀器也正逐步被由計算機控制的自動監測、遙測裝置所代替。
然而，正如前文所述，21世紀的水利水質監測任務是以流域或區域水環境為主要研究對象的系統化工程，水質監測技術僅僅是系統工程中的基礎組成部分，更為繁重的工作是將這些監測數據進行必要的信息化，構筑全國性的水質站網和監測信息中心，將各級監測中心的數據進行統計、分類和組合，建立水體分析模型綜合分析預測，為水資源的開發利用、優化調度和水環境的保護管理提供決策性的依據。
4．中國的水質監測體系可以走跨越式發展之路
中國改革開發，WTO的加入，綜合國力的提高，以及由水利部領導的國家水利系統多年來陸續建立和完善的四級監測體系，使中國具備了跨越式發展的可能。中國的水質監測體系完全可以針對國情，學習和借鑒西方發達國家的歷史和經驗，創建一條有中國特色的，跨越式發展的水質監測之路。
六、水利系統的水質監測綜合應用解決方案
從國家未來水資源開發、利用、保護和管理的長期政策來看，綜合應用解決方案既要能實現重點地區、重點水域和供水水源地的水質自動監測，提高監測信息數據傳輸和分析效率，又要能提高對突發、惡性水質污染事故的預警預報及快速反應能力，實現應急移動監測，并結合基礎實驗室監測網站的監測數據為國家大型水利建設工程提供技術可行性依據。
綜合應用解決方案是集成方案，涉及到軟件系統的構架和硬件系統的建設兩個方面。
1．監測系統的軟件構架－水資源質量評價系統
在諸多的水環境狀況的要素中，首先就要客觀、科學、公正地監測、評價水資源質量這個首要表征，同時做到水質水量同步監測、資料配套，水文部門要為國家政府、水行政主管部門及時、快速、準確地提供水質動態信息，提出保護和改善的建設意見，其次，根據社會需要，采用多樣方式面向社會展開全方位服務。
水利水質監測數據歷史長久、樣本代表性典型、系統完整、水量水質配套、數據準確可靠、資料可比的水環境監測信息體系，為國家、水行政主管部門依法行政、實施監督管理、做好水資源保護提供科學依據和技術支撐。如何將現有條件下的水環境水質監測系統得到的實時、巨量的監測數據及時、有效地采集、存儲、分析、報告、預測、公布，真正使之成為為國家、水行政主管部門決策的考量、執法的依據、管理的標準，這就成為了水文部門的當務之急。
安恒公司提出以水環境質量評價標準為核心，應用當今最先進的Internet技術、GIS技術，基于Microsoft的XML 語言，在Microsoft .net的服務平臺上，以WEBGIS為應用，將地理信息系統的空間圖形與水環境評價屬性數據有機結合，對各層空間信息、屬性數據進行自動采集、實時傳輸、分類存儲、更新顯示、分析評價、有效管理、報告和發布，并形成可視化的生動表達形式和調度顯示系統的全國水環境管理信息系統，這一管理信息系統主要針對各流域的水環境信息進行管理，具有覆蓋面廣、運行費用低、安全、穩定、可擴充性強、業務操作簡捷、日常運行維護簡便、上傳數據及時、通訊設備無需投資、報告、發布電信化、分析評價自動化、可視化、管理正規、科學、有序。
2．監測系統的硬件構架－立體化監測解決方案
立體化的監測解決方案由實驗室、移動和自動監測三部分組成。
（1）實驗室監測解決方案
實驗室是四級監測體系中進行日常水質分析工作的基本單位，由于長期以來各地域經濟發展水平不平衡，標準不統一。因此，實驗室的建設規模和發展程度也很不平衡，為使監測數據具有可比性、規范性和統一性，有必要根據國家和水利行業的有關標準，建立和不斷完善應用技術相當的標準化實驗室，配備以常規監測參數為主，如：Hach公司出品的pH、COD、BOD、氨氮、總磷和微生物等實驗室快速自動分析儀，并結合地方水質特點輔以特殊的監測儀器，如：砷、硒、汞、揮發酚等分析設備。通過標準化的“水環境監測樣品管理和質量控制系統”，進行日常的水質參數分析。典型應用有由中國婦女發展基金會主持的“大地之愛母親水窖”工程的配套項目??水質衛生安全監測體系。
（2）應急移動監測解決方案
今年以來，黃河流域陸續發生了蘭州油污染和黃河潼關段水質異常事件，為應對和預防重大流域的突發性水污染事故和災害，建立起相應的移動監測系統。系統由現代化的移動監測車、便攜水質分析儀、自動采樣器、圖像采集和移動通訊設備等構成。利用便攜方便的水質分析儀器現場迅速監測基本污染物質，采錄污染現場，并通過GPRS/GSM移動通訊設備及時將第一手資料回傳至上級部門和信息管理中心。同時自動采集樣品，進行恒溫貯藏，以備在實驗室進行進一步分析之用。在首次5000萬噸晉水東調進京的水質監測過程中，便攜式水質監測儀器Hydrolab Datasonde 4a初步顯示了移動監測的優越性，在晉水進京沿途的五個監測點進行了連續監測，現場數據及時反饋回北京的監測中心，為緩解首都的水危機提供了安全保障。
（3）自動站監測解決方案
自動水質監測站連續或間歇地實時監控河流、江河口、湖泊、沿海、地下水監測井、排污口水質狀況，為水質監控提供完整的自動在線解決方案。整套系統由水質采樣裝置、預處理裝置、自動監測儀器、輔助裝置、控制系統、數據采集和傳輸系統組成。采用先進的Windows操作軟件，監控記錄水質的物理、化學、生物的變量參數，并通過網關將信息實時反饋到水利部水質監測中心，監測中心也可通過公眾電話網絡/PSTN專線、GSM/GPRS無線通訊網采集數據和實現系統的遠程控制。
七．結論
現代化、信息化、系統化的水質監測體系日益提上議事日程，筆者認為在現有的四級水質監測體系下，以提高水質監測技術的現代化、標準化以及管理制度化的水平為目標，逐步建立起實驗室、移動監測和自動監測相結合的立體化監測模式，并統一于水利部水質監測中心之下，可以有效全面的解決我國可持續發展過程中所面臨的水質監測問題。
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