地表水環境監測技術
一、概述
改革開放以來，隨著我國經濟迅速增長，人口增加和城市化進程加快，全國環境形勢日趨嚴重。2001年，我國廢水排放量約為433億噸，其中工業廢水排放量為203億噸，而且其中大部分都未經處理或間接排入水體。目前，我國廢水排放量緩慢增長，水環境有繼續惡化的趨勢。水是人類賴以生存和社會發展不可替代的自然資源。隨著人口的急劇增加、社會經濟的迅速發展，以資源匱乏和污染為主要特征的水資源危機日益成為全球性問題，亦是我國生態環境改善和社會可持續發展的主要制約因素。因此控制水環境污染勢在必行。水環境監測是水環境控制戰略的基礎，水環境控制目標的確定及水環境質量狀況的改善要依靠水環境監測。
二、國外水環境監測概況
自工業革命以來，水污染問題首先成為區域性問題，然后是歐洲大陸，現在已經發展為全球性問題。19世紀中葉至20世紀初，水環境污染還未引起人們的足夠重視。隨著污染的加劇和污染事故的頻頻發生，在環境危機下的沖擊下公眾反公害運動風起云涌，在公眾的推動下，在1948年美國政府出臺了《水污染控制法》，日本則在20世紀50年代開始對水質進行監測，并先后頒布了《水質保全法》、《工業排污法》及《礦山保安法》。英國在第二次世界大戰前就開始用pH 計來了解工業廢水的酸堿程度，以便控制工業廢水向下水道排放，1968年研制成功多項目的水質監測器。國外的水質監測工作在20世紀50年代初還處于一個不發達的階段，當時的監測工作僅限于河流的幾個斷面，監測時間為每月數次，監測方法多為人工操作。監測項目主要為一些常規項目和綜合指標。這一階段的水質監測與當時各國的水環境保護政策、人們的認識、當時所具備的技術、經濟條件緊密相連。美國70年代設立了國家環保局，英國在1970年成立了環保部，日本在1971年成立了環境廳，西德成立了環保局。特別是1972年斯德哥 爾摩全球環境大會迅速開展起來。現在，水質監測技術已經發展到水質自動監測系統。
在美國，1976年6月，美國環保局頒布了水中優先監測德65類、129種污染物名單。該名單標志著水環境管理與監測進入到一個高級的嶄新的階段。該名單的提出，引起了各國環保部門的高度重視，先后頒布了水中優先監測的名單。
美國水質監測的特點：（1）常規的水質監測從嚴格的河流標準轉移到河流和排放標準基礎的結合；（2）嚴格立法并針對不同時期水質熱點問題對水法進行修改；（3）水環境中必須監測的污染物名單直接列入法規中；（4）及時將先進的分析測試技術應用于水環境監測；（5）水環境監測的目標隨著國家水環境管理的需要隨時調整并始終把保護人體健康為其宗旨。
美國水質監測分為常規項目和有毒污染物項目。常規項目包括BOD、COD、pH、油和脂、懸浮物、氨氮、重金屬等。有毒污染物項目包括在1977年就被列入《清潔水法》的65類、129種作為應該優先監測的污染物。美國環保局水環境管理與水環境監測的新動向是：重視和重點控制非點源污染問題；制定長期對地下水實施監測的計劃；重視水體富營養化問題。
在前蘇聯，在1972年，前蘇測聯通過了《關于加強自然保護和改善自然資源利用率》的決議，并成立負責環境污染水平監測的全國性業務機構。該業務機構的主要任務：物理、化學和水生生物方面對水的污染水平進行監測；污染物的動態和搞清楚污染水平突然波動的條件，以保證對水體污染做出預測；研究自凈過程的規律和污染物在水底沉積物中聚集的情況；研究流經河口斷面處污染物沖積規律，確定這些物質在水體內的平衡。國家監測系統主要由三種類型的監測組成：固定監測站、專項監測站、臨時監測站。至1975年底，全國設立了4000多個監測站，組成了全國監測網。并按照水體性質不同設置不同類別的監測站：一類站、二類站、三類站、四類站。按照實際需要選擇測定項目，監測網站的監測項目取決于污水的主要成分。其中包括：水溫、懸浮物、礦物質、色度、pH、DO、BOD、COD、有機物、重金屬等。
日本水環境監測的組織機構：全日本都道府縣都設立環境監測專門機構，從事環境和污染源的監測。水污染常規監測的目的：在統一的立場上對該水域的水質進行綜合的測定，把握水質污染的實際情況。初期的水質監測工作主要是靠手工操作。之后發展成建立水質自動監測站、遙感監測，對水質進行常規監測。日本水質監測項目，針對性很強，根據公共用水的水質性狀而不同。水質常規項目5項：水溫、pH、DO、濁度及電導。日本環境廳從1974年起開展了化學物質環境安全性普查，到1985年底，普查過的化學品達600多種。.日本水質監測有一套全國統一規定的環境標準和排水執行。污染物分析項目有一套完整的、經過適用性檢驗的標準分析方法。從水質監測的角度出發，發展目前沒有開展的遙測項目：COD、DO、重金屬、pH等。
西歐國家的水環境檢測系統主要目的是為人類健康、水生生物多樣化服務，為水環境管理提供科學依據，實現監測信息直接轉化為管理措施；按水環境管理單元設置，打破行政區界限；打破專業界限，由水文、氣象、水質監測等多項專業綜合；重視監測信息的時效性，水環境監測系統擁有很強的數據傳送、通訊能力。
三、國外水環境監測的布點原則
1.國外水環境監測一般性原則
（1） 監測工廠排放的廢水，控制排污濃度與排放總量。
（2） 經常監測水系水質，掌握水質污染動向，及時發現污染危險，以便采取防污染措施，保護水系。
2. 污染源廢水監測點布點一般性原則
（1） 在距污染源上游約1000m處設置一個監測點；
（2）在距排污水口或者在污染源下游500m處設置1個或幾個監測點。
3. 河流水質采樣點的設計原則
（1） 宏觀位置——在流域中要采樣的河段；
（2） 微觀位置——河段內相對于河口的位置或具有其他唯一特征的位置
（3） 代表性位置——河流橫斷面上的各測點
4. 確定宏觀位置的基本方法
（1） 根據監測面積的覆蓋率
（2） 根據流域區域居住人口密度指標。
（3） 根據監測目的。
5. 確定微觀位置的基本方法
流域內宏觀位置確定之后，微觀位置確定的步驟為：信息（包括影響水體水質的所有因素、水的用途及用量和水質要求、未來潛在的污染源、水體已有的水質數據）匯總；數據評估；現場勘察；站位優選。
6. 確定采樣點位置的基本方法
采樣斷面（微觀位置）確定之后，假如那里存在完全混合，并且為得到代表性樣品，在橫面上只要取一個樣即可；如果在要采樣的斷面沒有完全混合帶，則有3種具體選擇。
四、國外水環境監測分析方法
監測分析方法是執行法規的前提。國外水環境監測標準分析方法已系統化，如國際標準化組織（ISO）有一個水質技術委員會，專門負責起草并頒布水環境方面的標準分析方法，目前已覆蓋了水環境監測的所有項目。其中許多ISO的方法為世界各國等效采用，或在它的基礎上在
五、水質自動監測系統
水質自動監測系統代表水環境監測高級階段，可以實現對本地區水系的河道、湖泊、水庫乃至海域實現長時間的連續監控，實時監視水質狀況和動態變化規律，及時發現污染事件，隨時做出水質狀況報告，定期做出階段報告，并進而建立水質變化模式，做到水質的預測報告。
水質自動監測系統的類型：
（1） 以水文自動監測為主，水文、水質監測相結合的水質自動監測系統
（2） 以流域水質監測為主，由若干子站和中心站組成純水質自動監測系統
（3） 以污染源監測為主，由污染源子站、污水處理場子站和水環境子站共同組成的水質自動監測系統
（4） 由水子站中設自動采樣器，將定時、按比例或按流量采集的水樣送實驗室分析，以彌補自動監測項目的不足
（5） 其他自動監測系統
水質自動監測系統的范例：泰晤士河流大型水監測管理系統、日本琵琶湖自動水質監測系統、日本東京都水質自動監測系統、美國國家水質自動監測網（國家水文基準點網、國家河流質量統計網、國家水質警戒系統、美國流域監測網）。
水質自動監測系統的特點：對水質的變化能做到快速反應，及時預報。
水質自動監測系統存在的問題：
自動監測系統中的傳感裝置抗干擾性差、精度低、壽命短；大多數水質自動監測系統需要有人去維護；監測項目較少，有許多新的污染物，特別是有毒有機污染物不能測定；一般只限于水質常規5項或6項，多數項目在很大程度上依賴實驗室完成；一次性投資及日常維修經費大等。
六、我國地表水環境監測現狀
1、概況
我國現有2229個環境監測站，其中地市級站391個，縣級站1799個。資料統計，70%左右的縣級站、97%左右的市級站均已經開展了至少5個項目的水環境質量監測。1982年，國家環保總局會同17個部門和各地的監測站組成了國家環境監測網，并在逐步的擴大中。1994年以來，分別組建了長江暨三峽生態環境監測網、淮河流域環境監測網、太湖流域環境監測網、近海海域環境監測網等。我國于1988年在天津建立了一個水質連續自動監測系統。包括一個中心站和四個子站。1998年以來，我國水質自動監測站的建設有了較快的發展。
2、我國地表水水質監測技術水平
我國現行水質監測技術水平與發達國家20世紀60年代水質監測技術水平相似，主要體現在：
1）我國1987年頒布的《環境監測技術規范》中規定，地表水常規監測項目為41個（見表1），其中必測項目為22個。在22個必測項目中重金屬6個、無機污染物及綜合性指標14個、有機污染物2個。絕大部分國控網站均能完成必測項目的監測分析，部分網站開展了地下水質的監測項目（共25項）
|
我國從1994年開始修改地表水監測技術規范，目前已正式發布。
2）我國對一般河流設置：對照斷面、控制斷面、削斷斷面、背景斷面、入境斷面、化學異常斷面。
3）我國地域遼闊，故各地的水質監測時間與采樣頻率不同。
4）地表水采集方法以手工采樣為主。手工采樣方式分為兩種：采樣器和水桶。
5）我國地表水環境質量標準中所有的基本項目均有配套的國家標準分析方法。
6）全國環境監測系統中廣泛開展了實驗室的QA/QC活動。
7）我國水質監測實驗室儀器裝備逐步改善。目前環保系統儀器原值約5.2億。
8）我國各級監測站每年約上報有效監測數據3000多萬個，其中國控網站上報1030萬個。
9）我國根據水環境監測數據對地表水質的評價方法采用《全國環境質量報告書編寫技術規定》中的方法。
10）水中優先控制污染物黑名單的研究。1992年，由國家環保局公布了水中控制的污染物黑名單，共68種，其中有毒有機污染物58種。
環境監測20余年來在我國環境保護工作中起到重要作用。了解監測中存在的問題與差距，可以更好的使環境監測為環境管理服務。我國水環境監測的問題和差距：1、水環境監測的作用與地位不明顯。許多部門對環境監測是一項政府行為和技術監督職能的認識不足，在有關政策和制度的制定中往往忽略了其權利和義務，經費的投入得不到保障。2、監測隊伍不適應新形勢下的社會主義市場經濟的要求。監測系統本身對職責缺乏認識，對政府職能、監督職能的內涵缺乏完整的準確的理解。3、環境監測管理體制不適應《計劃綱要》的要求。目前水環境監測體制的特點是遵照行政隸屬關系的管理模式，因此各地區監測站在水環境流域監測、污染源監測、污染事故應急監測等方面缺乏足夠的聯系和配合。國外現行的管理體制大多以流域管理為主。
1. 現行的水質斷面布設不能滿足《計劃綱要》的特殊要求。我國現行的地表水質量監測中，國控點位經過了兩次優化，從宏觀上可反映我國整體水環境質量狀況。但是，國家提出“三河”“三湖”的流域管理思路與控制目標后，依靠現行的水系國控面就不能及時反映“三河”“三湖”的治理效果。
2. 水環境監測技術與國家總量控制要求不適應。總量控制對水環境質量監測提出了新的要求，目前就其設備和技術方法尚未完全解決。
3. 水環境監測技術方法發展不平衡，缺乏整體配套功能。具體表現在水質采樣方法、樣品的前處理方法比較薄弱。
4. 水質監測分析方法與現行的水環境質量標準和污水排放標準不配套。我國現有的水環境質量標準與污水排放控制98項污染物，而現有的標準分析方法不配套。另外，也沒有形成系列的水質分析方法，使得已頒布的標準缺乏嚴肅性，為其貫徹實施帶來一定的困難。
5. 水環境監測的QA/QC未實現全程序控制的系統化。水質監測實驗室內質量控制已比較規范。但是野外布點、采樣與樣品運輸等環節的質量保證工作始終比較薄弱。隨著環保監測工作的不斷深入，水質監測的項目不斷增加，許多實驗室缺乏相應的儀器設備。
6. 現行水質監測項目不適應水環境狀況。水質監測項目與水環境狀況不相適應主要表現在兩個方面：一是該增加的有機污染指標遲遲增加不上去，造成各大水系中有機污染物呈加重之趨勢。二是對某些已經比較清楚的污染程度比較輕的項目進行反復重復地監測。
7. 水質監測報告缺乏及時性、針對性、不能滿足環境決策與管理的需要。水質監測數據不能及時上報成為水環境監測質量報告時間滯后的唯一原因，使環境管理的決策者不能及時了解全國水環境質量狀況。
8. 水質評價指標體系有待改進。我國對地表水主要采用綜合污染指數進行評價，在實際應用中發現綜合污染指數有許多局限性，已經不太適應我國新形勢下對水環境監測工作的需要。綜合污染指數的另一個問題是它不能平等地反映各斷面的水質污染情況。
我國地表水環境監測技術路線
我國水環境監測經過20多年的發展，已經形成了以國控網站為骨干的監測網絡體系。特別是我國十大水系已經成立了國家水環境監測網絡。但是我國水環境監測技術路線不明確，水環境監測沒有確定一個長遠發展目標。我國經濟正處在穩步發展時期，工業生產和人類活動排放的廢水對于水體污染的壓力也隨之增加，我國水體受污染的形勢十分嚴峻。為實現國家環境保護“十五”計劃和2010年遠景目標，綱要確定的目標及有關舉措的實施，水環境監測的主要任務應是：及時地、全面地、準確地反映全國及重點流域、海域、地區水環境質量狀況以及治理后的效果；分析水環境質量與污染源廢水排放總量之間的關系；預測水環境質量變化趨勢；評估水體質量對水生生物和人體健康的影響，為環境保護決策部門提供技術支持。
制定我國地表水環境監測技術路線
原則：
（1）可行性原則
（2）先行性原則
（3）目的性原則
依據：
（1）《國家環境保護“十五”計劃和2010年遠景目標》
（2）《中華人民共和國水體污染防治法》
（3）《“十五”期間全國主要污染物排放總量控制計劃》
（4）《地面水環境質量標準》
（5）《污水綜合排放標準》
目的：為了適時了解地表水水質的現狀，掌握地表水水質的變化規律，查清水質污染的原因，為流域水污染防治立法、規劃、地表水功能區劃、流域內污染源的限期治理以及落實流域和區域污染物排放總量控制計劃提供科學的依據。
目標：在未來10年，要在全國建成：對主要江、河、湖、庫的重點斷面實現自動在線監測對一般國控斷面按月監測、省控斷面實現按雙月監測、市控斷面實現按季度監測的地表水監測體系。
(1)建立我國水質自動監測系統
到2010年我國水環境監測的總體目標是在重點流域及城市實現水質自動監測系統，對水環境質量和重點污染源進行連續監測，及時反映水質變化情況及污染物的遷移轉化規律，及時反映國家控制污染源排污措施的效果并及時調整有關政策。
我國水質自動監測系統的設計思路是：
建立地區水質自動監測系統；建立國家水質自動監測系統；
2005年目標：在一些城市建立地區水質自動監測系統。在國家重點流域初步建立國家水質自動監測系統。
2010年目標：以113年個重點城市為主建立地區水質自動監測系統。
建立并完善重點流域國家水質自動監測系統。
建立我國水質自動監測網絡系統。
（2）加強并完善我國水質常規監測系統
水質自動監測系統具有實時和連續反映水質狀況、水質發生變化時及時報警、節省人力、監測數據不受人力因素影響等優點。我國水質常規監測系統經歷了20余年的發展，建立了比較完善的符合我國國情的布點、采樣、運輸、分析、報告 等方面的技術規范。
因此我國地表水監測技術路線應確定為：以流域為單元，優化斷面為基礎，連續自動監測分析技術為先導；手工采樣、實驗室分析技術為主體；移動式現場快速應急監測技術為輔助手段的自動監測、常規監測與應急監測相結合的水質監測技術路線。
（1） 水質常規監測方式應體現：
以水環境監測技術規范為核心，以全程序質量控制為基礎，逐步以儀器分析替代化學分析方式，加強并完善水質常規監測系統。
強化對國家重點治理流域的監測方式，嚴格按照水質監測技術規范開展常規監測，增加監測國控點位和監測頻次，完善水質監測能力，確保監測數據準確反映流域水質污染狀況。
加強水環境監測總量控制技術研究，完善水質監測斷面設置，解決水質監測中的測流問題，開展入河口納污總量的監測，開發污染控制指標的現場簡易快速監測技術。
大力開展水環境優先監測研究，增加有機污染物監測項目，刪減長期未檢出或在標準值以下的項目。
繼續推進標準化分析方法的制定，以保證水環境質量標準和污水綜合排放標準的貫徹實施，完善實驗室內的質量保證和質量控制，強化全程序的質量保證和質量控制。
開發水環境監測數據的綜合分析和利用，及時準確地報告水環境質量狀況，建立專用環境監測計算機局域網和監測數據專線傳輸網，開發編制統一的環境監測管理軟件。
加強流域國家水環境監測網絡建設，強化各專業網的技術職能，建立和完善各專業網的管理規定和技術規范，逐步開展水生生物監測和地下水水質常規監測。
（2） , ;水質自動監測方式為：以污染源和城市河段為基本控制單元，以省級監測站為控制中心，建立我國地區級的水質自動監測系統。
（3） 應急監測的發展方向是：加強對污染物排放廢水的監測、突發性水污染事故監測，發展快速應急監測技術，組建以中國環境監測總站為中心、各省級監測站為地區中心的快速應急監測網絡。
在各級環境保護行政主管部門的統一指揮下，充分發揮科研院所、廠礦和社會其他部門的監測力量，形成能及時發現、盡快監測、迅速處理的事故應急監測隊伍。
建立事故應急監測制度和事故的報告制度，事故發生和處理應及時逐級上報。
實施地表水環境監測技術路線的保證措施
1. 強化環境監測的政府行為
2. 加強國家對環境監測系統的行政管理能力
3. 強化對國家重點治理流域的監測方式
4. 加強水環境監測中的總量控制技術研究
5. 大力開展水環境優先監測研究，增加有機污染物監測項目
6. 監測項目與頻次
7. 監測方法
8. 完善實驗室內的QA/QC，強化全程序QA/QC
9. 引入市場機制，加強對污染源排放廢水的監測
10. 加強突發性水污染事故監測，發展簡易快速應急技術
11. 加強水環境監測數據的綜合利用，及時、準確地報告水環境質量狀況
12. 應逐步開展水生生物的監測
13. 扶持我國環保產業的發展
實施地表水環境監測技術路線的可行性分析
14. 監測技術路線的先進性
在國外，水環境監測領域中針對不同的流域和管理需要都采用了兩種監測方式：即水質自動監測和常規監測，并將兩種監測方式有機地結合起來。
15. 人員與資金的保證性
實行我國水環境監測的技術路線需要有兩個基本條件的保證，人員和資金。在監測隊伍中缺乏國家級的學術帶頭人。資金是實行我國水環境監測技術路線至關重要的條件，無論是常規監測還是自動監測，無論是監測儀器還是標準樣品，均與投入監測的資金有關。目前，由于國家及地方政府對環境監測工作的重視，我國水環境監測資金渠道比任何以往都暢通。
水和人們的生活密切相關許多工礦企業農牧魚業水上運輸和旅游事業的發展都受到水資源的制約我國是水資源比較缺乏的國家人均占有量低于世界上多數國家保護僅有的水資源不受污染是環境保護最重要任務之一 .
自然界存在的水實際上是溶解各種無機物和有機物的水溶液此外還含有懸浮顆粒物微生物等河流湖泊地下水中的化學物質的來源可分為天然的和人為的污染的兩個方面大體上來自下列一些渠道。
1 )地面水溶解大氣中的各種氣體如CO2 SO2 SO3 等。
2 )降水凈化了大氣同時將大氣中的塵粒污染氣體轉移到水中另外海風海霧挾帶著海鹽粒子吹到大陸使沿海或海島降水中NaCl 和MgCl2 濃度比內陸降水要高得多 。
3 )地面水地下水與巖石土壤接觸溶解了其中可溶性成分。
4 )現代工農業生產活動及人類的生活活動向水體排放了許多污染物質這些污染物質有。
a 耗氧性污染物有機物和還原性無機物。
b 植物營養物含氮磷鉀碳的無機有機污染物會造成水體富營養化。
c 石油類。
d 有毒有機污染物如酚鹵代烴氯代苯有機氯殺蟲劑有機磷殺蟲劑等。
e 有毒無機物如氰化物硫化物重金屬等。
上述污染物進入水體其濃度超過了水體本身的自凈能力就會使水質變壞進而影響到水質的可利用性。
地表水和地下水中的主要成分是Ca2+ Mg2+ Na+ K+ SO4 2- Cl- HCO3 - SiO32- 即所謂八大基本離子地表水還含有數十種痕量成分多數元素濃度在ppt~ppb 量級實際上環境水的水質標準比其背景值含量要高得多海水所含主要元素是Cl Na Mg S Ca K Br 等其余30 多個元素的平均含量多 ,在ppm 以下有些元素的濃度也是在ppt~ppb 量級工業廢水和生活污水是在被利用水資源基體成分的基礎上增加了某些污染物質的含量情況千差萬別監測分析人員應充分了解所測水樣的性質及含污染物的種類和數量只有把握了被監測分析水質的化學成分我們才能估計各個監測分析方法的適應性以便正確地加以選擇同時根據資料我們才可能判斷測定結果是否合理本專業組遴選推薦的監測分析方法主要是為環境水質的質量標準和廢水的排放標準配套因此在選擇監測項目時首先考慮的是質量標準和排放標準中所規定的監測項目能盡可能配有監測分析方法其次對某一項目尚未制訂標準但可能有局部污染問題或在某些調查研究中需要監測的比較重要的項目根據現在的技術條件作了適當的選擇第三增加了有關水化學主要成分即鈣鎂鉀鈉硫酸鹽氯化物碳酸鹽和硅酸鹽等的監測方法這對于了解化學類型及水質評價有重要作用在選擇監測分析方法時著重考慮了以下諸因素。
1 )靈敏度選擇的分析方法能滿足環境水質質量標準和廢水排放標準準確定量的要求監測方法的檢測限至少應小于標準值的三分之一并力求低于標準值的十分之一 。
2 )選擇性監測方法的選擇性要好抗干擾能力要強若存在干擾能采用適當的掩蔽劑和預分離的方法予以消除所收集的分析方法均給出了干擾試驗的數據及消除干擾的具體方法讀者可根據樣品的組成情況靈活應用。
3 )穩定性保證分析方法具有良好的重復性再現性和準確度。
4 )所用試劑儀器易得操作方法簡單快速便于推廣應用。
5) 根據我國實際情況并與國際標準方法協調一致的原則優先等效或參照采用國際標準為我國的標準分析方法。
6 )在可能的條件下盡量采用國內外的新技術和新方法推動我國環境監測技術水平的提高任何一個監測方法都有的局限性即有它的適用濃度范圍干擾物的種類及允許的限量因此每個監測項目一般都有兩個以上的分析方法可供選擇根據各個方法已經積累的經驗和成熟的程度這些方法可劃分為三類
1 國家標準方法這些方法成熟能滿足實際工作的需要。
2 統一方法是目前較好的統一監測分析方法但需要積累更多的經驗或經過實驗室間的驗證使之標準化。
3 試行方法這類分析方法尚不夠成熟作為試行方法先用起來希望通過實踐來不斷研究修改和完善。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
