陸地水質監測的發展軌跡對我國海岸帶水質監測的啟示

李慧青，楊鵬程，王寧，王強，馮林強

(國家海洋技術中心 天津 300111)

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陸地水質監測的發展軌跡對我國海岸帶水質監測的啟示

李慧青，楊鵬程，王寧，王強，馮林強

(國家海洋技術中心 天津 300111)

文章回顧陸地水質監測的發展背景，梳理了其監測的技術發展進程，淺析了監測系統功能發揮的成功與失敗，介紹了美國海灣生態監測的經驗教訓。結合如何高效強化我國水域生態監測的方式方法問題的梳理，提出高效率、低成本監測海岸帶水質狀況的理念與方案。

海岸帶；水質監測；在線監測；信息產品

海洋生態監測不同于水文氣象監測，某些監測參數的監測成本較低，技術也比較成熟，如電導率、溶解氧、葉綠素、有色有機物(CDOM)等；而一些反映污染狀況的參數，如總磷、總氮、BOD、COD、重金屬、聚芳烴PAHs等幾乎沒有低成本的監測方式。如何用較低的監測成本獲得有用的生態狀況數據，指導海岸帶的管理，將是我國海洋環境保護和生態修復面臨的巨大技術挑戰。

我國陸地水質監測已經有了很多年的實踐和相對成熟的技術體系。研究陸地水質監測體系的發展軌跡，分析其經驗教訓，對確立海岸帶的監測方案是有益的。即便在各種技術都比較成熟的美國，其海岸帶環境監測發展狀況也是一波三折，因此借鑒美國等海洋強國海岸帶監測的經驗教訓也會對我們大有裨益。

1 我國陸地水質監測發展狀況

1.1 水質監測的初始狀況

我國的水質監測工作初級階段為1956-1970年，主要任務是收集江河天然水質資料，監測天然水化學成分。傳統的水質監測工作主要以人工現場采樣、實驗室儀器分析為主。

1.2 歷史事件對監測的推動

1972年，官廳水庫上萬條魚死亡的事件，使政府意識到水資源受到人類活動的強烈干擾，為此成立了保護環境機構，后來成為正式部委——環保部。至此，和水有關的機構陸續介入了針對污染開展的水質監測。水質監測通常半年或幾個月進行一次，且各機構的監測目標有所不同。環保部監測目標為廢水污染源監測和地表水質監測；水利部監測目標為水源地水質監測；住建部監測目標為自來水行業水質監測，對象為水源水、凈水構筑物出水、管網末梢水、二次供水。

我國目前已經建成了以350余個水環境監測中心為核心，3 000多個各類水質監測站點為基礎，覆蓋全國江河湖庫及各大流域水質的網絡體系[1]，并且已有近百家規格較高的水環境監測中心實驗室順利地通過了國家級計量認證系統。

1985年發生了4起水源污染事件，嚴重危及了居民飲用水安全，此時人們開始關心國外的在線水質監測技術。自1998年，水質自動監測站有了較快的發展，到2002年已在重點流域建成42個水質自動監測站，由國家財政投資建設的水質自動監測站已有70多個[2]。2005年，環保部門試圖用自動水質監測系統，遏制污染排放[3]。2007年開始，國家財政設立了制度性的水質督察經費支持全國城市供水水質監管，有效推動了各地的水質監管工作。

根據環保產業協會數據，2009年，廢水污染源在線監測行業市場規模6.8億元[4]。2009年開始，各地環保部門也陸續開始針對本地區省控、市控污染源企業安裝在線監測系統，以加強地區排污的監控力度，監測參數主要是COD、氨氮、pH值、溶解氧、流量、濁度、水位等。2009年，地表水質在線監測行業市場規模3.64億元，比廢水污染源在線監測小。

1.3 成功案例

評價在線監測系統有效性的標準應該是：經過短時間的數據采集，水源地和企業排放水的水質信息就可發送到環境分析中心的服務器中。一旦觀察到某項指標發生異變，環境監管部門就可以立刻采取相應的措施，取樣具體分析。依托大范圍的監測網絡，用收集到的監測數據進行數值模擬，快速確定目標區域的污染狀況和發展趨勢。

從已經發表的文獻中，可以找到一些水源地監測的成功案例。

2011年7月，撫順小孤家水庫監測站出現揮發酚超標報警，管理部門立即將自動采樣器里的水樣送到實驗室進行化驗，化驗結果發現揮發酚的確嚴重超標，有關政府立即責令相關部門對上游所有排污口進行排查，結果發現是一重金屬礦業企業排污口揮發酚超標，立即對該排污口進行了關停，并及時采取相關的治理措施，從而及時有效地遏制了一起重大水污染事故的發生，為水源水質安全防護提供了有力的技術支持[5]。

我國在線監測存在的問題是，監測設備選用的基本都是國外進口的，一些相關的耗品備件及試劑供貨周期比較長，必須提前訂購。所以每年年初都對所有監測站的耗品備件及試劑進行采購，確保系統連續不間斷運行。由于依賴于人，運行、維護費用高?，F有的在線監測系統還不能監測重金屬和很多有機污染物。

事實上，很多在線監測系統的工作人員常常根據溶解氧和電導率來判斷水質是否異常。如果沒有取樣到實驗室分析，對水質污染引發飲用水安全、水生物生存危機到什么程度幾乎一無所知。

因為一般的在線監測不能給出水質的確切污染程度，因此，國家水體污染控制與治理科技重大專項開發了飲用水水質在線監測系統[6]，利用紫外可見全光譜技術、離子選擇性技術、氧化還原電位技術、熒光淬滅技術和化學計量學技術等，構建免試劑水質在線監測系統，可實現水體中的TOC(總有機碳)、COD(化學需氧量)、NO3-N、濁度、氨氮、pH值、溶解氧、電導率等多個一般性水質參數的在線監測。通過建立典型漸變性水源水質變化模型，對普通污染進行預測預警。通過發光細菌法(費希爾弧菌)的在線水質毒性監測，對污染事件、慢性中毒事件、人為投毒、交通運輸有毒物質傾覆泄漏等引起的急性中毒事件及重大水污染事件給出預警信息。

目前，只有這套系統給出了水體逐漸變質和急性變質的預警信息。只是在線水質毒性監測成本很高且技術沒有完全過關。

1.4 監測系統的失力表現

2005-2010年期間，經環保部門處理的事故每年平均達140多起[7]。2013年的數據表明，全國十大水系水質一半污染；國控重點湖泊水質四成污染；31個大型淡水湖泊水質17個污染；9個重要海灣中，遼東灣、渤海灣和膠州灣水質差，長江口、杭州灣、閩江口和珠江口水質極差[8]。盡管水質在線監測和應急監測設備發展迅速，在水環境監測和城市供水中也有大量應用，也絲毫無助于提高我國地表水的健康狀況。每年的污染事件(自然災害、交通事故，生產事故、違規排放等引發的污染)中，違規排放一直保持50%以上的比例，其次是生產事故[9]，這足以說明水體的健康不在于監測系統的多寡問題，人的不負責任和低成本違規才是根本問題。

1.5 監測系統不起作用的原因分析

監測系統不起作用的原因有兩個方面：監測系統設計和發揮監測數據的體制。

1.5.1 監測系統設計

監測系統按監測時間間隔可分為3種：① 定期取樣監測(一個月，半年等)；② 定時在線監測(1 h，3 h等)；③ 根據報警隨時快速監測。從成本上講，在線監測成本是很高的，但如果具有水質異常報警功能，為了喝到“放心水”，成本高也可會在所不惜。如果水質已經有毒性，在線監測還是沒有反應，那這種在線監測的作用何在？或者說，只能報道水好些或差些，但都能喝，其價值就要大打折扣。因此，現有監測系統正常運行，而發揮的作用和取得的效果是否匹配很值得商榷。

有些在線監測系統可測很多參數，其中用來炫耀系統高端的大都是成本很高的參數，如總磷、總氮、酚等。系統建成后，因為長期沒有超標數據可讀，或運行資金投入沒跟上，就成為一種擺設。目前在國外，成本很高的參數主要用來監測生產工藝過程，用來監測水質健康狀況的報道幾乎看不到。

1.5.2 發揮監測數據的體制

數據是用來為管理服務的。圍繞污染問題，管理工作應包括：① 在重要的點位設定長期或短期的在線監測，堵住污染排放，對堆放在水源附近的有毒物質及時清理。如果企業買了監測儀器只是為了應付管理部門檢查，結果就是一種欺騙。② 我國的污染物暗中排放現象還很嚴重，需要管理部門主動排查污染源。定期用低成本的取樣分析，監測一定距離間的水質狀況差別，足可以發現存在的隱蔽污染源?，F實情況是為了經濟發展，很多人會睜一眼、閉一眼，如此再準確的監測數據也毫無意義。③ 污染事件發生后，需采用在線監測不具備的應急監測手段，激活相應級別的應急預案。但我國應急監測準備相當不足[9]。常常只有省級應急中心有準備，而地市級已經很少了，一旦出現事故，省級的應急中心也未必能及時到現場。

最主要的是，監測數據應該具有法律意義。這不僅需要技術來解決，更需要體制來解決[10]。有關專家指出[3]：單純強調水質監測有點本末倒置，因為并不是水質監測能力不足導致水源污染，也并不是有了監測就可以高枕無憂。加強水源地的環境保護、嚴懲污染肇事者才是根本。

2 美國的海岸帶監測

投資大、收獲小的監測活動在美國也曾發生過。20世紀70年代美國經歷著嚴重的水質污染，也到處監測污染狀況，包括海岸帶。

1991年，美國國家研究委員會、國家科學院、國家工程科學院共同組成專家組對年耗資(1990年)1.3億美元的美國近岸水域環境污染監測進行了詳細地評審，并發表了兩份重要的研究報告，主要結論令人震驚：38年海洋環境監測投資約30億美元，所獲能用于環境決策管理的信息很少，38年的監測數據庫僅是一個“數據庫”，投入與產出比例嚴重失調[11]。

具體表現為：① 監測僅僅生產了一個數據庫的原因是：海域的監測部門并無環境保護管理職能，而有管理職能的部門不負責監測，當然也不知道用監測數據制作海洋環境污染信息產品，為管理環境服務。而已經建立起來的監測系統不會停下來，就一直生產著大量無人處理的數據。② 在特定水域內，用完善的監測計劃和現代化的分析手段實施高密度監測，卻忽略了大周期影響因素，后發現高密度監測意義甚微。③ 大量數據的監測忽略了各種污染物質背景值、標準值，沒有把監測方式建立在對海區污染物變化規律研究的基礎上。④ 資金投入不合理，大量投入在監測采樣技術和實驗室分析設備上，而熱點海域的研究和數據加工缺乏投資。

現在美國海岸水質環境的日常監測仍保持著，但大部分是采樣監測，主要由地方和行業投資和管理，國家只是督促地方在限定時間內提高水質到一定程度。

3 對我國海岸帶生態監測的思考與建議

國家級海岸帶生態監測應圍繞兩個目的：① 了解海岸帶健康狀況和發展趨勢，為國家制定中長期環境政策提供依據，為將來開發生態模型提供數據；② 為防止跨地區海岸帶受突發污染破壞而建立的防范性觀測。

公用海域里的海岸帶健康狀況監測在海洋強國已經很普遍，大部分都是在一定周期內進行取樣監測。常常是國家委托地方做代表性站點監測，地方負責針對污染源的監測?？绲貐^防范性監測由國家組織資源，而監測參數是以水文氣象觀測參數為主，如美國目前在墨西哥灣的集中監測。小規模的防范監測主要是企業排水口的監測，在環保法律健全的國家，這種監測已經成為生產企業的自愿安裝設施。

3.1 監測目標與監測系統的設計

環保部、水利部、住建部有自己特有的監測目標。作為海洋管理部門沒有像環保部那樣有監測、限制污染源的職能，沒有像水利局、住建部那樣有承擔居民飲水的安全責任，所以海洋監測的目標絕對不能是簡單重復別的部門的工作。海洋管理部門應有自己的獨特目標。

3.1.1 做好應急監測準備，盡力減小污染造成的經濟損失

為意外事件作準備是減少損失的最佳途徑，即使將來法律法規都已健全。海洋管理部門可將陸地和海上的意外事件應急準備和相應的災害預測作為自己的監測目標。海流研究部門開展不同尺度下點源、非點源污染綜合模擬分析，預測環境災害，開發操作性強的預測環境災害信息產品。重點研究區域可以是我國海上作業繁榮的地區。

及時判斷生態危害程度，是判斷激活應急預案級別的重要依據。因此，應積極開發快速檢測技術，開發污染物流向預測與處理技術與軟件，為周圍的財產與生命安全提供及時的預警信息。

3.1.2 升級水文氣象觀測系統，健全全國生態觀測系統

在我國已有的水文氣象(岸基觀測站、浮標、海上建筑)固定平臺上，添加自動測量生態參數的傳感器，構成海洋生態環境自動觀測系統是完全可行的。

歐盟的FerryBox系統是一種船載在線監測工具[12]：① 可為較復雜耗能的傳感器提供足夠的能源(與浮標相比)；② 傳感器免受風吹雨淋鹽侵；③ 船到港口后得到維護，費用少；④ 可得到斷面信息，而浮標僅得到點的信息。我國要實現船載在線監測，在技術上幾乎沒有什么困難。我們只要考慮建設FerryBox維護運行系統，就可以低成本獲取大面積海域生態數據，融合固定觀測站點數據和FerryBox線數據，基本上就可以確定我國近海海域的健康狀況。

3.2 幫助地方開發低成本生態監測技術

環境問題是一個系統工程。系統的問題，只有用系統的方法來解決。海岸帶環境問題也必須由地方政府系統調整經濟發展步伐才能完成。2015年開始實施新的環保法，地方政府會有逐步改善環境的指標需要完成，為完成這些指標，需要地方政府做很多工作，治理的同時需要監測，以了解治理現狀和發展趨勢。

歐、美國家已經開展使用生物標志物確定生態狀況，確定預警信息。海洋研究單位可以向地方推薦適合當地的生物標志物監測方法。

3.3 深入研究海水自凈能力，為提高監測系統效率奠定理論基礎

海洋對于各種污染物的自凈能力是不一樣的。美國當年對向海水排放的標準一刀切，結果造成大量資金浪費。我國應該吸取經驗教訓，不再采用全國統一監測模式，而應針對當地的排放特征和當地海洋生態特征做出細致研究，制定對經濟發展有利的向海水排放的排放水標準。

如水中的磷、氮、硅等，在缺乏營養的水域是營養物質，漁民從不反對陸地的營養物質排放。目前，在海洋酸化問題上，一直有人認為鐵可以幫助海水從大氣中吸收更多的二氧化碳，所以，沒有必要一定按照現有的國標限制鐵的合理排放。

3.4 開發監測信息產品，為海洋經濟服務

2015年，新的環保法開始實施。屆時嚴格的法律法規將改變很多企業的命運或者管理習慣。由于國家海洋局系統擁有大量的歷史監測數據，可以充分利用這些數據，開發海洋管理信息產品，指導海岸帶管理部門實現科學執法。

[1] 李健，胡笑妍.地表水環境監測進展與問題分析[J].科技資訊，2013(16):125-126.

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[3] 趙旭雯，張敏芳.水質監測技術及問題處理討論[J].水工業市場，2012(5):7-21.

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