船载自动巡测模式在长江水质监测中的应用_李名扬.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）作者简介：李名扬（），男，湖北黄冈人，工程师，博士，主要从事流域水环境风险研究。：通信作者：谢卫民（），男，湖北黄冈人，高级工程师，研究方向为水环境监测。：，（）：，船载自动巡测模式在长江水质监测中的应用李名扬，张智源，王晓晨，谢卫民，翟婉盈，谭凌智，周 伟，刘旻璇（生态环境部长江流域生态环境监督管理局 生态环境监测与科学研究中心，武汉；湖北省生态环境厅 武汉生态环境监测中心，武汉）摘 要：水质的人工监测与固定自动站监测断面数量有限、断面间距大，而水质自动巡测能够实现“高密度、多因子”的自由巡测，是研究水体污染物传输和分布规律一种新的技术方式，但目前该技术有待进一步在实践中运用与验证。利用“中国环监”监测船，搭载自动监测设备，在长江干流（重庆至武汉区段）和三峡库区主要支流开展了水质巡测，掌握了长江重庆至武汉段水质状况和沿江污染物空间分布特征，证明了部分污染物分布特征与区域生产生活产生的污染负荷之间的相关性。通过质量控制及比对监测，评估了水质巡测技术的可行性和有效性。研究成果为开展长江大尺度、快速、动态、连续自动监测，摸清区域性水质问题，排查长江水环境风险提供技术支撑。关键词：水质监测；污染物分布特征；自动巡测；监测船；长江中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，（），：；第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报 年 月 研究背景水质监测是水生态环境保护的基础性工作，常规例行监测能够准确掌握水质的基本现状，是评价水环境质量的关键依据，是一项必须长期坚持的核心工作。随着监测技术的不断发展，固定式水质自动监测站的运用也越来越普遍。水质自动站能够实现水质的连续监测，是对人工水质监测的有效补充。但水质自动监测站一般只能采用栈桥、浮筒 浮标、浮桥等方式在近岸水域取样。监测断面数量非常有限，不能对突发性污染、局部性水污染源进行监测和溯源。随着监测需求的不断发展，水质污染溯源监测、监督性监测等也成为环境监测的重要内容。生态环境监测规划纲要（年）提出要全面深化我国生态环境监测改革创新，全面推进环境质量监测、污染源监测和生态状况监测，系统提升生态环境监测现代化能力。“十四五”期间，我国将进一步推动水质污染溯源监测，组织开展重点河段的自动巡测，掌握水质变化和污染扩散规律，识别主要污染因子，揭示水质与污染源的关联，逐步说清“岸上”对“水里”的影响，从而为精准治污提供科学依据。水质自动巡测是利用监测船搭载自动监测设备，在巡航过程中连续在线监测水质指标，具备“高密度、长序列、多因子”特点，能够掌握区域流域水质变化规律，能够更精准、更清晰地发现新问题。开展移动走航巡测是一项创新性工作，能有效支撑水污染防治精细化管理，为流域水生态环境保护与管理和行政执法提供基础监测资料和决策依据。自动巡测模式在多个领域有着重要应用。例如在海洋环境立体监测系统中，以船为载体平台的走航式调查对于海洋环境、海洋资源的调查研究具有十分重要的作用。在环境监测领域，基于移动车为载体的移动实验室，开展大气或水的监测，实现突发性环境事故的应急监测。近年来，船载水质高密度在线监测系统在长江水质监测中开始试验性应用，其在动态水质监测、及时发现局部水体污染等方面取得了一定的示范效果，但监测参数偏少，与人工监测结果也存在一定偏差。虽然国内外研究开始探讨构建基于水质巡测的立体化监测体系，但目前水质自动巡测技术还处于应用性试点阶段。随着水质自动监测仪器技术的不断发展，基于船载式水质巡测的监测参数得以扩充，因此需要在实际巡测过程中开展相应技术验证，通过开展巡测工作，逐渐积累巡测工作模式与经验，利用巡测数据发现沿程水质变化特点，识别区域水环境问题。本研究依托“中国环监”监测船，搭载自动监测设备，在长江干流（重庆至武汉区段）和三峡库区主要支流开展水质巡测，掌握了重庆至武汉段水环境质量状况和沿江污染物空间分布特征，同时评估了自动巡测技术的可行性和有效性。研究方法 监测方案巡测时段为 年 月份，范围覆盖长江干流重庆至武汉段、三峡库区部分小支流、嘉陵江和汉江入江口区段。干流沿程监测范围涉及重庆、湖北、湖南 个省份（直辖市），沿江主要城市包括：重庆主城区、长寿、涪陵、丰都、忠县、万州、云阳、奉节、巫山、巴东、秭归、宜昌主城区、宜都、松滋、枝江、荆州主城区、公安、石首、监利、岳阳、洪湖、嘉鱼、武汉。支流包括：三峡库区 条小支流（香溪河、神农溪、大宁河、朱衣河、小江、苎溪河、汝溪河、龙河、御临河、磨刀溪、汤溪河和童庄河）、嘉陵江、汉江。本次巡测采取了走航自动监测、重点城市加密监测、港口空载监测、人工监测在内的多种监测形式，其中人工监测主要是为了与自动监测数据进行对比。监测断面设置原则包括：选取部分干流国控断面；在重要支流与干流交汇口及支流上设置断面；三个重点城市（重庆、宜昌、武汉）加密布设监测断面；在港口停泊位置开展监测。自动监测模式下每 监测 次；巡航加密测试模式下每 监测 次。自动巡测 巡测断面本次在干流国控断面、典型支流与干流交汇口、重点城市江段、支流部分点位均开展了走航自动监测。共完成 个断面次的自动监测，干流自动巡测 个断面次，支流自动巡测 个断面次。其中开展港口码头监测 个断面次，重点城市江段加密监测 个断面次。走航自动监测点位图如图 所示。监测参数自动巡测指标 项，包括：值、水温、电导率、溶解氧、叶绿素、浊度、高锰酸盐指数、总磷、总氮、氨氮、六价铬、石油类、挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂、蓝绿藻、铜、铅、锌、镉、铁、砷、汞、挥发性和半挥发性有机物（二氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烯、苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、氯苯、，二氯苯、，二氯苯、异丙苯、苯乙烯、对，间二甲苯、四氯乙烯、顺式，二氯 长江科学院院报 年 图 走航自动监测点位 乙烯、反式，二氯乙烯）。走航自动监测参数、分析方法及方法检出限如表 所示。表 监测参数及其分析方法 序号监测参数分析方法检出限电导率电极法水温铂电阻法 值（无量纲）玻璃电极法溶解氧荧光法浊度光散射法 叶绿素 荧光法 蓝绿藻荧光法 氨氮水杨酸分光光度法 总磷紫外分光光度法 总氮紫外分光光度法 高锰酸盐指数高锰酸钾氧化滴定分光光度法 铜阳极溶出伏安法 镉阳极溶出伏安法 铅阳极溶出伏安法 锌阳极溶出伏安法 砷新银盐分光光度法 汞冷原子吸收分光光度法 六价铬二苯碳酰二肼分光光度法 挥发酚氨基安替比林分光光度法 阴离子表面活性剂亚甲蓝分光光度法 铁邻菲啰啉分光光度法 氰化物异烟酸巴比妥酸分光光度法 石油类紫外荧光光度法 二氯甲烷、三氯乙烯气相色谱法 二氯乙烷气相色谱法 氯苯气相色谱法 甲苯、，二氯苯、，二氯苯气相色谱法 苯、乙苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯、对、间二甲苯气相色谱法 四氯乙烯、顺式，二氯乙烯、反式，二氯乙烯气相色谱法 人工监测 人工监测断面人工监测是利用移动实验室载体平台，开展人工监测工作，监测技术人员完成采样、检测、计算和评价等工作。本次在干流国控断面、典型支流与干流交汇口、支流部分点位开展了人工监测。在开展自动巡测的 个断面中，个断面同时开展巡测和人工比对监测。监测参数人工比对监测参数 项，包括水温、值、浊度、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、氨氮、总氮。分析方法参考水环境质量标准（）推荐的检测方法及其最新修订版。运行管理与质量控制在水质巡测过程中，参考地表水自动监测技术规范（试行）（）、地表水水质自动监测站运行维护技术要求、国家地表水水质自动监测数据审核技术细则（试行）等技术规范，执行相应的运行保障和质量管理措施。指派专人负责维护，技术人员随船值守，开展日常维护工作。实时查看并审核监测数据，确保监测数据有效。制定并执行了相应的质控措施。自动监测质量控制主要包括标样核查、平行样测试和加标回收测试。为保证自动监测全流程进行有效质量控制，配置有质控盲样 项（类），每个监测日至少完成一个参数的质控盲样检测。人工监测质量控制主要采用实验室空白样、现场平行样、平行双样测试、加标回收率测试 种方式。人工比对监测项目每批次至少完成一个参数的质控盲样检测。结果与讨论 水质总体情况按照水环境质量标准（），选择基本项目中开展监测的 值、溶解氧、高锰酸盐 第 期李名扬 等 船载自动巡测模式在长江水质监测中的应用指数、总磷、氨氮、六价铬、石油类、挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂、铜、锌、镉、砷、汞等 个指标进01 02 03 04 05 0秭归港云阳港白帝城清溪场秭归宜昌主城区云阳荆州重庆主城区2 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 001 02 03 04 05 06 07 08 09 00123400.0 50.1 00.1 50.2 00.2 50.3 0氨氮/(m gL-1)024681 0香溪河口小江河口御临河口汝溪河口汤溪河口大宁河口012345678汝溪河口汤溪河口小江河口长寿00.0 0 50.0 1 00.0 1 50.0 2 00.0 2 50.0 3 00.0 3 50.0 4 0石油类/(m gL-1)02 04 06 08 01 0 01 2 0龙河口00.0 20.0 40.0 60.0 80.1 00.1 20.1 40.1 60.1 8铁/(m gL-1)00.0 20.0 40.0 60.0 80.1 00.1 20.1 40.1 6均值2 0.5均值4.1 7均值0.0 1 8均值0.0 1 9 6类均值0.0 6均值0.0 3 6均值1.4均值3 7 5浊度/(N T U)均值1 6.8均值1.6高锰酸盐指数/(m gL-1)丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳武汉荆州宜昌重庆主城区重庆丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳秭归宜昌主城区云阳重庆主城区丰都万州巴东岳阳均值1.1 9(a)(b)(c)(d)(e)(f)a(g)(h)(i)(j)(k)总磷/(m gL-1)武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆武汉宜昌重庆咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁咸宁图 长江干流巡测特征指标变化规律 行水质评价，年巡测时段内长江重庆至武汉段（干流和库区支流）水质总体良好，在监测的 个点位中，全线水质基本达到 类水标准，其中 类水占比，类水占比。宜昌猇亭区范家台及武汉杨泗港江段水质为类，影响水质类别的参数是总磷。根据 中国生态环境状况公报数据，年长江干流水质全线达到 类。此次巡测水质评价结果与公报数据基本一致。由于此次巡测是集中在一段时间，同时监测断面比国控断面数量多，而公报是反映全年国控断面水质整体情况，因此有略微偏差。由此可以说明，水质自动巡测能够有效发现局部水环境问题，是对传统监测模式的有效补充。干流巡测沿程水质变化从干流各个监测指标的巡测结果看，六价铬、挥发酚、镉、砷、邻二甲苯、，二氯苯、，二氯苯、异丙苯、苯乙烯、对，间二甲苯、四氯乙烯等 项指标低于方法检出限，其余 项指标均有检出。开展监测的基本项目浓度均满足水环境质量标准（）类水质标准要求，但浓度呈现一定的区域高低差异。变化特征较为明显的指标包括电导率、浊度、高锰酸盐指数、总磷、氨氮、叶绿素、蓝绿藻、铁、石油类、二氯甲烷、氯苯等，如图 所示，以下进行详细分析。（）电导率：重庆至武汉段电导率范围为 ，均值为 ，从重庆到武汉区段沿程干流来看，电导率呈现一定的下降趋势，而且电导率在岳阳段呈现明显的降低情况，分析原因主要是洞庭湖汇入大量电导率较低的淡水，稀释了长江干流中的电解质。（）浊度：重庆至武汉区段，浊度均值为 长江科学院院报 年；浊度值呈现先下降后上升的总体趋势。在长江干流重庆主城区段、岳阳至武汉段范围内，浊度值相对较高