大连市饮用水水源地水环境监控预警体系研究

中国环境学会  2011年 03月31日

  徐辉   王日东    夏莹 (大连市环境监测中心,辽宁 大连  116023)
  
  摘  要:本文从水质在线监测系统监测点位的选择及设置等技术集成、预警监测网络主要建设内容、         水质监控预警管理与决策系统的构建、突发性污染事故应急预案系统建立等方面介绍了大连市饮用水水源地水环境监控预警体系研究,为大连市饮用水水源地水环境监控预警提供示范。
  关键词: 水源地  监测 预警
   
  1、前言 


  在经济发展日益加速的当今社会,人类对水的依赖性越发明显,水源的科学保护和风险管理受到了前所未有的关注。大连市三面环海,地形狭窄,是一个水资源极为紧缺的城市。人均占有水资源量540立方米,仅为全世界人均占有量的1/16,为全国人均占有量2700立方米的1/4。随着我市经济的快速发展、人口的不断增加和城镇化进度的加快,水资源的需求量日益增加,饮水安全状况关系到人民群众切身利益。大连市虽未发生水资源污染事故,但是饮水安全形势十分严峻,存在供水保证率低等问题。目前碧流河及英那河水库水质监测的条件和监测手段不能够实时、准确的掌握水库及入库河流水质的状况,也就不能及时发现水库及其上游入库河流水质的变化情况。为了随时掌握大连市重要的饮用水源地的动态,确保水库水质安全,加强水质自动监测能力,建立水库水质监控与预警体系迫在眉睫。该体系的建立可以保障水库水质的安全,为改善水质提供科学依据,还可以警示人们开发利用活动对水质造成的影响、规范人们的开发行为。
   
  2、碧流河及英那河水库基本情况及水质现状


  2.1、水库自然概况
  碧流河水库位于辽宁省普兰店、庄河、盖州三市交界处,距大连市区170km。碧流河发源于盖州境内的棋盘岭山。河源海拔高程为1045m,流域位置在东经122°10′~122°53′,北纬39°24′~40°20′,是大连地区最大的河流。碧流河干流全长156km,平均比降1.89‰,坝址距入海口55km。水库最大库容9.34亿m3,正常库容7.14亿m3,死库容0.7亿m3,正常水位线高度69.0 m,是一座以城市供水为主,兼有防洪、发电、灌溉、养殖、旅游等综合效益的大型国家水利枢纽工程。
  英那河水库位于庄河市,距大连市区200 km。英那河水库的主要来水是英那河。英那河发源于鞍山市岫岩县龙潭乡老北沟,海拔高程653 m。河流全长94.4 km,平均比降2.31‰,流域面积1004 km2     ,总库容2.87亿m3 正常库容2.31亿m3,是一座以城市供水为主,兼有防洪、灌溉、养殖、旅游等综合效益的大型国家水利枢纽工程。


  2.2、水库监测现状
  碧流河水库库区水质监测共设5个断面(A、B、C、D、E);英那河水库库区水质监测共设3个断面(入库、库中和坝前)。监测项目为:必测项目及选测项目34项,监测频次为枯、丰两个水期。每年进行一次挥发性、半挥发性有机物、有机氯农药、有机磷农药和重金属等80项的全分析。


  2.3、水库水质现状
  多年监测结果显示,碧流河及英那河水库库区水质状况较好,各项常规监测指标均符合国家《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准,挥发性有机物、半挥发性有机物、有机氯农药和有机磷农药均未检出;重金属检出项目的监测值均低于国家《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准。
  碧流河水库及英那河水库库区的营养状态为贫营养和中营养之间。


  2.4、水域环境状况
     碧流河水库入库水主要为碧流河,英那河水库入库水为英那河。依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),按枯水期、丰水期、全年期对其水质进行监测、评价。碧流河及英那河水质状况良好,尚未受到工业污染。但存在跨界污染隐患及附近一些小型加工企业和三产企业对其构成潜在威胁。


  3、国内外研究现状与技术发展趋势


  随着全球经济飞速发展造成的水环境的巨大破坏与污染,水质监控预警技术愈来愈受到国内外环境管理部门的高度重视。水质模型是水环境预警预报系统的核心,其实际应用是过去二十几年才迅速开展的,经过不断完善,直到今天,数学模型已相当成熟。
  目前,很多发达国家均已建立水质监测及污染事故紧急处理系统。我国的水质监控预警技术起步较晚,但近年来取得了显著进展。由北京安恒公司承担的大连英那河水库水质实时预警系统已于2005年11月20日正式运行。该水质预警监测系统可实现对pH、电导率、溶解氧、浊度、蓝绿藻、化学需氧量、氨氮、总磷等水质的实时监测及预警,采用美国哈希公司先进的无膜溶氧测量及蓝绿藻等最新监测技术、配合先进的自清洗、自校正技术,极大地减少了后期的维护量,同时监测系统从数据管理至水质监测设备采用易操作、免维护、高可靠性及易拓展结构,避免了传统自动站的弊端,对于实现水质预警、直到水厂运行、保障大连市供水管网安全起到了至关重要的作用。


  4、大连市饮用水水源地预警监测网络主要建设内容


  针对大连市重要的饮用水水源地碧流河和英那河水库的实际情况,实现全方位、全天候的水质监测,水质污染早期报警和快速及时的应急处理,做到早发现、早制止,最大程度降低经济损失和社会、环境影响。拟在水库建设监控与预警体系,主要包括4部分建设内容。在入库河流上建设水质在线监测系统;同时在GIS技术支持下,进行污染物扩散模拟技术研究,构建水质安全警情报警与识别系统、水污染事故应急预案系统。


  4.1水质在线监测系统
  水质在线监测系统采用两种方案。生物监测与水自动站监测相结合的方法。
  4.1.1监测点位的选择及设置
  本次建设水质自动在线监测系统的目的是监控碧流河水库和英那河水库的水质质量状况,因此监测点位应考虑建在水库上游主要入库河流的断面及下游的出库断面,以便随时掌握水库水质状况,实现水质实时连续监测和远程监控,为水质安全预警、流域性水质污染事故应急提供技术支持。
      由于水库管理权限等问题,水质自动监测站的具体设置应得到水务局等有关单位的支持。
  4.1.2生物监测
  生物监测利用水生生物自动发生行为学上的改变(如逃避),进行水质监测的方法。在遭遇有毒化学物质污染或水质恶化时,生物监测系统会根据预先设置好的警级实现报警,同时进行自动采样,接到报警的实验室人员赶到现场,取回自动采集到水质的样品后,回实验室进行详细分析,定量的确定污染物情况。
  目前使用的在线化学监测仪器可以快速分析出的水质参数十分有限,监测结果并不能够直接反映水体内含有化学物质的毒性大小,尤其是未知化学物质及其的毒性。水质的在线生物监测和预警系统(BEWS)是通过活生物个体的异常生理或行为变化来警报污染事件,是生物监测技术与环境科学技术相结合,运用生物学方法和毒理学方法对环境污染进行分析评估。
  生物预警系统是基于低压电信号技术采集生物行为学变化的水质安全在线生物预警设备:1.生物行为学变化会导致一定范围低压电场变化,结合低压电场的变化,分析生物行为生态学变化;2.分析不同污染物对生物行为单一或联合毒性作用,掌握一定环境压力下生物行为学变化规律;3.实现生物行为学变化与污染物毒性之间关系,在线预警水体突发性污染事故。
  水质在线生物安全预警体系安装在各水库的入库河流的汇水区及水库出库口,对水质突发性变化能够实时监测和预警。可以对水体质量进行综合分析;对突发性事故初始发生的时间以及水体内污染物的综合毒性浓度做出判断;误差不高于15%。所有监测点位的数据通过无限传输的方式,传到市监测中心数据监控中心,并传到相应的手机上,实时监测水质变化情况。
  4.1.3水质自动监测站
  水自动站以自动在线监测为核心,运用相关技术手段形成自动监测系统,实现水质实时连续监测和远程监控,达到及时掌握目标水域的水质状况的目的。
  以碧流河水库及英那河水库上游的特异污染物为主要监测指标。碧流河水库地处大连市和营口市的交接处,碧流河为碧流河水库主要入库河流。根据碧流河水库上游污染源调查,碧流河上游营口境内有5家7处浮选金矿厂,利用氰化钠法工艺进行置换。加之金矿开发及尾矿堆放可导致一定范围内受到重金属污染。英那河为英那河水库主要入库河流,上游的塔岭金矿尾矿坝虽然关闭但持久性重金属及鞍山岫岩地区鞍山轮胎厂的生产废水虽然进行了治理并实现了闭路循环,但其在事故状态下仍然会对英那河水库过程危害。因此碧流河水库及英那河水库主要以金矿及轮胎制造为主要工业污染源,其水质自动站监测选取COD、氨氮、总氮、总磷、氰化物、砷、石油类、蓝绿藻、砷、汞、铜、锌、铅、镉(六价铬)及五参数(浊度、溶解度、电导率、pH、温度)为监测指标。当发生突发性污染事故或水质恶化时,生物监测系统定性的发出报警,通过水质自动站的实时监测数据半定量的找出污染指标和浓度。最后实验人员到现场进行样品采集、实验室分析,最终确定污染物浓度。水质自动站连续实时的监测数据将对污染物扩散模型提供数据支持,通过模拟计算得出污染物影响范围、浓度变化、持续时间等,为环境管理决策做技术支持。


  4.2水质安全警情报警与识别系统
  建立水质安全警情报警与识别系统,在一定范围内,对一定时期的水质状况进行分析。通过污染物浓度变化和水生生物的反映,依托于地表水环境质量标准、生活饮用水卫生标准等国家标准和生物毒性单位,确定水质和水生态指标阈值,建立警级标准。在某项污染指标浓度发生变化,达到某类警级时迅速发出信息,使技术人员和环境管理部门,及时掌握水质状况,在水质进一步发生恶化前,提前采取行动。同时编制碧流河水库及英那河水库水质安全警报发布流程和管理办法。


  4.3水质监控预警管理与决策系统
  依托地理信息系统,利用水环境容量、污染物入库总量以及监测点位污染物通量实现水库水质评估和预测,建立“污染源-入库河流-水库水质”的多尺度、多信息源的水质监控预警与管理决策支持平台。同时,连接突发性应急事故管理信息系统,建设全市突发环境事故应急指挥系统和视频会议系统,提高环境突发事件的应急能力和判断能力,形成污染事故的“预防、预警、应急”三位一体的管理决策体系。
  基于GIS系统下,研制一套适合碧流河水库及英那河水库的污染物扩散模型,建立水库水质相关信息数据库和地理信息数据库,按需要适时地给出变化或恶化的各种警戒信息及相应的综合性对策,即对已出现的问题提出解决措施,对未出现或即将出现的问题给出防范措施及相应级别的警戒信息。该系统集成实时数据采集系统、数值模拟系统、管理信息系统、办公自动化系统和决策支持系统,可实现智能化的系列快速分析,决策功能。
  系统接收环境污染事故信息后,立即自动启动应急辅助处置系统;在系统中准确定位事故现场,分析最有可能的污染源所在企业、位置;同时分析可能会影响到的人群、空间范围;得到这些资料后在指派环境监测检查车辆走最佳路线以最短的时间去现场;向相关部门、领导、相关人员汇报事故现在情况;自动调用专家库、预案库、应急库、设备库、模型库等应急救援指挥数据库,对现场进行仿真模拟,给出最佳处理方案;经过论证的处理方案变成行动命令,进行事故紧急处理;处理后要向相关部门、领导、相关单位和社会公布处理结果。


  4.4 突发性污染事故应急预案系统
  系统提取接警信息中的有效信息,自动判断事件的类别、级别信息,判断是否需要启动已有的预案。
  根据已有的预案或事故级别、类别,事故的位置等,系统在专网内,自动给相关的人员发布内部短消息,提示通知相应的负责人。同时给出需要系统操作或指挥人员电话通知的相关人员的名单。
  根据事故的位置,系统自动检索现场周边的医疗卫生机构,分析其实力情况,包括医疗水平、医师情况、库存血液情况、病床数量情况等,并指定距离现场最近的、最具有救助实力的治疗救护机构,给出其到达现场的最优路径。指挥决策者也可以调整参与救助的医疗单位;
  系统自动分析距离现场最近的需要参与事故处理的专业和责任单位,给出各单位到达现场的最佳路径。同时指挥决策者可以调整需要参与事故处理的单位;
  根据事故的类别,系统自动分析事故处理的合理方式方法,需要的专业设备、设施的种类、数量、所在的单位、位置等建议。指挥决策者还可以任意进行调整;
  根据事故的位置,结合水文地理等参数,系统自动分析事故的污染扩散情况,影响范围等,提前做好防护准备,降低损失;
  根据事故的位置、类别、级别、污染范围等,系统自动搜索已有的污染源数据库,给出最有可能的污染事故制造单位,快速切除污染源;
  根据实时记录的事故现场实时处理情况,系统提供调整、修改处理方案。

 

  5、结论


  综上所述,大连市饮用水水源地环境预警体系应包含:生物监测水质安全警情报警与识别系统、水质监控预警管理与决策系统和突发性污染事故应急预案系统等。
   
 
  参考文献:

        1 、大连市饮用水水源地污染控制及区划研究     大连市环境科学设计研究院
  2、 安全饮用水保障技术      中国建筑工业出版社
   
   

 
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