水环境监测信息化新技术的应用

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　　摘要：随着生活水平的不断提高，人们对生态环境的重视和保护意识逐渐加强。为了更好地保护生态环境，环境监测技术的进步和发展显得尤为重要。其中，水环境监测技术在生态环境保护中起着十分重要的作用。随着时代的进步、科技的不断发展，水环境监测技术为了顺应时代的要求，向着信息化方向发展，为生态环境保护工作保驾护航。
　　关键词：生态环境保护;水环境监测;信息化技术
　　中图分类号： X830                          文献标识码：  A                 DOI编号：   10.14025/j.cnki.jlny.2019.14.005
　　党的十九大报告明确指出：“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念” “像对待生命一样对待生态环境”。生态文明建设和生态环境保护在我国已经提升到前所未有的战略高度。我国生态环境保护从认识到实践发生历史性、转折性、全局性变化，生态文明建设成效显著。
　　随着生活水平的提高，人们对生态环境的重视程度日益提高，对生态环境的要求逐渐加强，环保意识普遍提高。人们不再满足于吃饱穿暖，而是更多地关注居住环境和生态环境的变化和质量。这就意味着对生态环境起动态监督作用的环境监测技术也要有相应的提高，才能满足社会发展的需要。
　　作为环境监测的重要组成部分，水环境监测不容忽视。我国当前水问题突出，水资源保护与河湖水质问题日益严峻。目前的成熟监测技术并不能很好地满足水环境监测的需要。水环境监测技术迫切需要准确化、信息化、完整化，以适应当前社会的需求。
　　1 水环境监测技术发展现状
　　我国水环境监测方式可以划分为三类：自动监测、常规监测和应急监测。根据各个流域的不同特点，一般采用自动监测和常规监测相结合的方式，开展对流域水环境的监测工作。
　　1.1常规监测技术
　　将有代表性的水质样品按照国家标准方法进行规范采集、化验，并分析水质类别和污染状况等。其中，涉及水质项目众多，包括常规项目、无机物、有机物、重金屬项目、毒理项目分析等。常规监测技术应用较早较成熟且应用较广，已经形成了较完善的运行体系。目前，我国水环境监测技术主要采用常规监测，实施流程清晰、完整，全过程质量控制可溯源。但就目前而言，常规监测用时较长，其时效性略差。
　　1.2自动监测技术
　　该技术早在20世纪70年代初就已经在美国等发达国家开始应用。用于对河流、湖泊等地表水开展水文、水质同步连续自动监测。自动监测技术有利于对水质污染源进行连续监测。我国自20世纪80年代起引进水质自动监测技术。但是由于我国水域众多，地方性水环境复杂，自动监测设备需要依据不同情况个性化设置，并且受仪器维护专业化要求较高、耗材费用较大，相关专业技术人员欠缺等多方面原因影响，造成目前并未形成大范围有效的自动监测网络。只在有条件的地区和部分河流布设自动监测站点，并且试点运行，与实验室分析结果进行对比，来确定自动监测仪器分析数据的准确性。所以，自动监测技术仍需要进一步的完善和加快发展。
　　1.3应急监测技术
　　应急监测技术主要应用于突发的水污染事件中。监测过程中主要采用便携式移动设备，进行现场参数测定。但现场检测的参数只限于部分参数，并且便携仪器对环境的要求较高，在极端恶劣的环境下，监测数据存在波动和偏差，并且要在突发水污染事件中准确找到污染源，才能及时进行监测。
　　为了更具可操作性和流动应变性，出现了水质应急监测车。水质应急监测车由车体、车载电源系统、车载实验平台、便携应急监测仪器和应急防护设施、数据采集及传输系统、供电及照明系统、空调及通风系统等组成。其特点是不受地点、时间、季节的限制。在突发环境污染事故时，应急监测车可以迅速进入污染现场，监测人员在应急防护设施的保护下立即开展工作，应用监测仪器在第一时间查明污染物的种类与污染程度，同时通过数据采集及传输系统及时将现场情况与相关部门进行沟通。水质应急监测车上可以根据不同的需要装载便携测定或在线分析测定仪器，从而最大化满足检测需要。相对于便携移动设备而言，应急监测车可监测参数更多，实用性更强。但应急监测车辆存在前期投入费用较高，后期利用率较低的问题，维护监测仪器也需要投入大量人力和物力，容易造成资源浪费。
　　2 水环境监测信息化新技术的发展及应用
　　目前，我国十分重视信息化工作的推进和发展。随着信息获取与传输技术在水利监测中的普及，水环境监测信息化技术也得以丰富和发展。
　　为了全面获取水利信息，卫星遥感、水下探测、无线通信、物联网等信息化技术得以快速应用和发展。相应地，在对河流的信息化监测中，水环境监测信息化技术也得到了全新的发展。
　　2.1 “3S”技术
　　“3S”技术是遥感（Remote Sensing）、地理信息系统（Geographical Information System）、全球定位系统（Global Position System）的简称，是将空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通信技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术的总称。目前，该技术在水体污染程度监测和湿地环境观测中已经展开了应用。不仅提高了工作效率，并且把信息化、现代化的研究成果有机融合了起来，体现出了无可比拟的优越性。但是目前该技术的应用还具有局限性，并不能完全发挥作用，未来还有很大的研究发展空间。一旦该技术可以很好地贯穿于水环境监测技术中，可以很好地推进信息化技术与水环境监测技术的有机结合，对水环境监测技术将有巨大的发展推动作用。 　　2.2 物联网技术
　　物联网技术主要依靠射频识别与追踪技术、通信网络新技术和雾计算等展开应用。物联网技术在水利中的应用典型是由IBM开发的智慧水管理系列项目。最具代表性的是智慧河流和港湾项目研究。在美国纽约州哈德逊河（Hudson River），开展了基于物联网的智慧河流项目。这项技术采用了分布式传感器网络，实现了对河流断面水量、水质及气象等多参数的立体监测，全面提高了对河流物理、化学、生物信息的实时监测能力。通过在线分析河流全要素，同时对海量数据进行多维关联分析，从而揭示出河流生态系统跨时空演变以及人类活动对其的影响作用。
　　另外，爱尔兰的Smart Coast系统和澳大利亚的Lake Net系统，也都是针对湖泊设计的水环境监测系统。其结合了无线通讯和嵌入式系统技术。该系统可以对湖泊中的磷酸盐浓度进行监测，同时也能实现水位、水温等信息的在线采集、分析等。
　　监测数据的在线采集和实时传输，可以极大地提高工作效率，使水环境监测工作的时效性得以大幅提高，并且可以根据观察到的实时数据，及时发现河流、湖泊的问题所在，快速制定解决方案。在后期，随着科研深度的发展，还有望实现人机互动，实现数据信息的在线传输与反馈，从而使该技术更加智能化与人性化。
　　2.3 其他技术的应用
　　由于水环境监测属于环境监测工作中的一部分，所以应用于其他环境监测中的技术也可以相应的引进到水环境监测当中来。同时环境监测技术可以与水利工作相结合，二者相辅相成。例如，生物学监测中的生物传感器、PCR技术及生物芯片技术等，可以根据对水源微生物等的监测，来分析判断水源污染状况等。
　　未来的发展趋势是多维化、立体化的，单独采用一种技术已经无法满足发展的需求。水利信息化技术目前正在向水质、水量兼顾，点、线、面综合方向发展，这样水环境监测技术就可以与水利技术相结合，二者相互协作，取长补短。由于水利信息化技术相对发展比较成熟，系统比较完善，因此，水环境监测信息化技术可以依托已有系统展开，从而获得更好的发展。
　　3 水环境监测信息化技术应用中存在的问题与建议
　　3.1 存在的问题
　　3.1.1 基础设施建设有待加强 由于我国水环境监测信息化技术起步略晚，加之其他原因，造成目前水环境监测相关的基础设施并不完善。例如，水质自动监测站分布密度低，覆盖面窄，对河流、湖泊的监测力度达不到要求。很多河流无法实现自动检测以及监测数据的在线传输。很多时候仍需要常规检测承担大部分监测工作的内容。并且具备自动监测站条件的单位，往往会出现因自动监测站技术不够成熟，而造成数据上传延误或者分析结果有误的情况，因而丧失了自动监测的优势。
　　3.1.2 信息化建设中的难题有待解决 当前是大数据时代，如何让信息化技术更好地服务于水环境监测当中，是一个需要多方协作完成的课题。需要考虑如何更好地利用目前的信息网络，使信息交互更畅通，使信息化技术更加适合于我国国情。这都需要在今后的技术发展和应用中逐步解决，需要多部门共同发挥自己的特长。但目前各部门之间缺乏沟通，不能很好地实现跨部门协作。同时监测工作实际中针对的目标比较单一，并不能结合其他方向，这也就造成了服务目标的单一，为此有效提高资源利用率的问题也有待解决。
　　3.1.3 业务支撑能力有待提升 除去设施不配套问题外，在目前现有的设备应用中，也存在一些问题。从设备的管理、应用、信息数据的处理到服务社会的程度以及后期的仪器维护等，这一系列环节都需要有完整的系统和运作手段。管理得当才能让新技术更好地为水环境监测服务。目前水环境监测信息化技术的管理仍有不足之处。同时适应该技術的配套业务管理、操作人员存在专业技术薄弱现象。
　　3.2 建议
　　3.2.1 加大资金投入和扶持 水环境监测是关系人民群众切身利益的公益性事业。想要通过信息化技术推动水环境监测技术的发展，必须要加大资金投入力度。这就需要从上到下一起行动。需要政府部门真正把水环境监测技术发展放到重要位置，在政策、资金投入中予以扶持。
　　3.2.2 加强管理，保障运行 水环境监测信息化新技术的发展和应用，能够有力推进我国水生态环境保护工作。因此，加强水环境监测信息化技术管理和运行管理，在生态环境保护工作中起着十分重要的作用。各部门要提高认识，加大力度建设与健全管理机制，逐步使信息化技术发展走入正轨，有序运行。
　　3.2.3 加强信息化专业人员队伍建设 信息化技术飞速发展，使工作更加智能化，科技含量高。这就需要有配套的专业技术人员来掌握和应用，因此，需要构建具有多方面人才的队伍。要加强对技术人员的培训，以适应信息化新技术的发展要求。用人单位要转变旧的思想和用人机制，加快引进高新技术人才，使其加入到水环境监测的队伍之中。让水环境监测信息化技术得以发展，更好地服务于行业，服务于社会。
　　4 结语
　　水环境监测技术是环境监测的重要组成部分，是生态环境保护、水利发展中的重要支撑力量。推进水环境监测的信息化、现代化发展，就要从监测技术做起。水环境监测信息化技术的发展前景光明，虽然目前在我国实际应用中仍存在大量问题和挑战，但是通过各部门的通力协作以及技术的不断应用发展，水环境监测信息化技术将愈发成熟，更好地造福社会。
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　　作者简介：张杨，硕士，工程师，研究方向：水环境监测，水文与水资源。
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