水生态环境监测终端技术简介

水生态环境监测包括水功能区监测、河流水量水质监测、水生态环境保护与修复监测、水土保持监测、河口水质监测和应急监测等。监测项目有水量、水质、水位等。监测手段采用地面监测手段(如地表水功能区控制断面监测等)、地下监测手段(如地下水功能区水位、水质监测等)和北斗卫星遥感等空中监测手段(如生态保护区植被监测、河道生态治理监测等)相结合的空天地一体化立体监测方式。水生态环境监测体系结构如图4.3所示。

图4.3　水生态环境监测体系结构

4.2.4.1 水功能区监测

1.地表水水功能区监测

根据《地表水和污水技术规范》(HJ/T91—2002),对于水体功能区要设置控制监测断面,同一水体功能区至少要设置1个监测断面,基本实现地表水功能区100%的监测。

《大连市水功能区划登记表》指出,大连市共有62个地表水水功能区控制断面,需要对这些控制断面分别进行水量水质在线监测。每个控制断面设计1个监测断面,对于因河段较长等需要增加监测点的情况,在本章4.2.3.2节中给予考虑。

大连市地表水功能区监测断面分布如附图4所示。

2.地下水水功能区监测

(1)大连市地下水水功能区划。根据《大连市水资源可持续利用综合规划》可知,大连市全市共划分地下水水功能区48个,其中划分1个开发区、47个保护区,保留区没有。开发区划分出1个分散式开发利用区;保护区划分出2个生态脆弱区、32个地质灾害易发区和13个地下水水源涵养区。大连市地下水水功能区划统计情况见表4.13。

表4.13　大连市地下水水功能区划统计表

(2)各功能区地下水利用与保护基本要求。

1)分散式开发利用区。

水质标准:生活供水功能的区域,水质标准不低于《地下水质量标准》(GB/T14848—93)的Ⅲ类水的标准值,现状水质优于Ⅲ类水时,以现状水质作为保护目标;工业供水功能的区域,水质标准不低于《地下水质量标准》(GB/T14848—93)的Ⅳ类水的标准值,现状水质优于Ⅳ类水时,以现状水质作为保护目标;地下水仅作为农田灌溉的区域,现状水质或经治理后的水质要符合农田灌溉有关水质标准,现状水质优于Ⅴ类水时,以现状水质作为保护目标。

水量标准:年均开采量不大于可开采量。

水位标准:开采地下水期间,不会造成地下水水位持续下降,不引起地下水系统和地面生态系统退化,不诱发环境地质灾害。

2)生态脆弱区。

水质标准:水质良好的地区,维持现有水质状况。受到污染的地区,原则上以污染前该区域天然水质作为保护目标。

水量标准:控制开发利用期间的开采强度,始终保持一定的地下水水位,不引发湿地退化或绿洲荒漠化。

水位标准:维持合理生态水位,不引发湿地退化和绿洲荒漠化。

3)地质灾害易发区。

水质标准:水质良好的地区,维持现有水质状况;受到污染的地区,原则上以污染前该区域天然水质作为保护目标。

水量标准:控制开发利用期间的开采强度,始终保持一定的地下水水位,不引发海水入侵、咸水入侵、地面沉降、地面塌陷、地下水污染等灾害。

水位标准:维持合理生态水位,不引发海水入侵、咸水入侵、地面沉降、地面塌陷、地下水污染等灾害。

4)地下水水源涵养区。

水质标准:现状水质良好的地区,维持现有水质状况;受到污染的地区,原则上以污染前该区域天然水质作为保护目标。

水量标准:限制地下水开采,始终保持泉水出露区有一定的喷涌流量或维持河流的生态基流。

水位标准:在开发利用期间,维持较高的地下水水位,保持泉水出露区有一定的喷涌流量或河流的生态基流。

(3)监测点重点部署区域。《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》提到,目前大连市地下水监测网络很不完善,监测网点数量严重不足,分布不合理,监测项目少,监测结果难以全面、系统地反映地下水超采和污染等的真实状况,地下水监测现状与经济社会可持续发展的要求还不相适应。因此,加快完善建立大连市地下水监测网络,开展地下水监测工程建设是十分必要和迫切的。在区域骨干监测网的基础上,延伸布设重点地区监测网,加强重点地区的地下水监测,对地下水水源地、城市人口密集区、工矿业开发区等地段进行重点监测。

监测项目包括地下水水位、水量、水质等。水量水质监测井点主要部署在城区、地下水水源地、地下水污染严重区等;水位监测点主要部署在超采区、海水入侵区、漏斗区等。

(4)地下水水功能区监测点的布设。大连市城市供水处现负责174个地下水位监测点。

对于地下水监测规划,《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》提到:第一阶段到近期规划水平年,基本覆盖完整的水文地质单元,重点为海水入侵区域和地下水水源地,布置水位监测点352个、水量监测点352个、水质监测点76个;第二阶段到远期规划水平年,是在第一阶段的基础上,再增设水位监测点160个、水量监测点160个、水质监测点32个。

地下水监测站点的布设主要依据如下。

1)《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》提出:在分散式开发利用区,水位、水量监测网点的布设密度要求保证1～12站/10km2;水质监测网点的布设密度要求按8～12站/1000km2部署;在保护区中的各地下水二级功能区,地下水水位、水量监测网点的布设密度要求是,地质灾害易发区(海水入侵区)1～12站/100km2、生态脆弱区1～6站/100km2、地下水水源涵养区1～3站/100km2,水质监测站的布设密度要求是,地质灾害易发区和生态脆弱区8～12站/1000km2、地下水水源涵养区2～3站/1000km2。

2)《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》提出:主要监测对地区经济社会发展具有重要意义的地下水分布区,重点部署在城市、工矿区、农牧区、地下水水源地、海水入侵区(地质灾害易发区)。在区域骨干监测网的基础上,延伸布设重点地区监测网,加强重点地区的地下水监测,对地下水水源地、城市人口密集区、工矿业开发区等地段进行重点监测。

3)《环境监测》提到,监测站网布设密度的原则为:主要供水区密,一般地区稀;城区密,农村稀;地下水污染严重地区密,非污染区稀;尽可能以最少的监测点获取足够的有代表性的环境信息。

以行政区为单位,综合考虑区域地下水超采、海水入侵、漏斗区分布、地下水水源地情况、地下水污染源分布、人口密集区、地下水水质、地下水水位动态变化等情况,各区域以不同的密度来规划相应的监测点数。在地下水超采区、漏斗区、海水入侵区、地下水水源地、水质较差等地区加密布设监测点,并根据程度的轻重以不同的加密密度进行监测点布设,以《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》提出的监测网点的布设保证密度为基础,在此密度基础上进行不同程度的加密。

a.监测点重点部署区域以《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》为依据,布设密度主要以供水区和城区密度稍大。

b.在地质灾害易发区,如果分布地带是严重超采区和漏斗区或海水入侵严重区,布设密度应比一般地质灾害易发区稍大,并根据超采严重程度调整密度大小。水位、水量监测点布设比一般地区更密,以便了解和掌握地下水水位动态变化。

c.部分地区现状布设监测点已足够,不需要增设,如革镇堡地质灾害易发区。

d.在水源涵养区,如果分布地带是地下水水源地,应适当对监测区增大布设密度,以水质监测点为主,并根据水质质量状况调整密度大小。e.各功能区中,在水质污染严重地区监测点布设密度适当增大。大连市地下水水功能区监测站点分布如附图3所示。

4.2.4.2 河流水量水质监测

河流监测在总体和宏观上需能反映水系或所在区域的水环境质量及水量状况,监测断面的信息需能反映所在区域环境的污染特征及流量特征。

智慧水务的河流监测要通过尽可能少的监测断面获取足够的、有代表性的水信息,同时还需考虑实际采样的可行性和方便性。

对于河流监测,部分可由地表水水功能区断面的监测实现,除此之外,还应对河流上的入河排污口、支流汇入口等处进行监测,另外对于较长河流还需要设计一定数量的监测断面进行加密监测等。

1.入河排污水量水质监测

《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》中提到,为从根本上减少污染来源,应对重点工业污染源、乡镇企业排污大户加以治理。另外,《大连市水务现代化规划》中提到,建立最严格的水资源管理制度;建立市县两级用水总量、用水效率和入河排污总量指标考核、评价、监督体系等。

结合上述内容,考虑智慧水务监测需要,需对大连市入河排污53个单位的排水进行水量水质监测。

2.支流汇入口水量水质监测

在有大的支流汇入河段处,以及主要河流的入海口等处,需要进行水量水质监测。入海河流水量水质监测可借助河口水文站等监测设施实现。

具体监测点布设需要根据河流的具体分布情况进行,部分可借助汛情监测部分的水文站进行监测。综上所述,要实现对河流各段水流状况的全面、在线监测,为水生态环境管理提供信息支撑。

3.重要较长河流加密监测

对流程较长的重要河流,为准确掌握水质变化情况,需要设计一定数量的监测断面进行加密监测。(www.xing528.com)

4.2.4.3 水生态环境保护与修复监测

根据《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》,水生态环境保护与修复是水资源保护的重要内容,因此也是智慧水务的重点监测对象。水生态环境保护与修复包括生态需水与保障、重要生境保护与修复、水源地生态修复与保护等内容。针对这部分内容,智慧水务结合大连市水生态环境建设现状及规划情况,从亲水廊道,湿地,水生物环境,植被、河道生态治理工程等4个方面进行监测规划。

目前,国内水生态环境保护与修复监测尚无规范、实例可以参考,智慧水务结合大连市现有规划中提到的水生态环境建设情况,同时考虑大连市的经济发展等情况,给出了各部分的监测规划。

1.亲水廊道监测

《大连市水务现代化规划》提出,结合城市建设及商业开发,建设集防洪、休闲、娱乐为一体的景观河段,打造成城市商业和休闲中心。规划近期规划水平年完成青云河(开发区)8km亲水廊道景观建设,远期规划水平年完成庄河20km、大沙河20km(瓦房店段)、鞍子河15km(普兰店段)亲水廊道景观建设。

相关规范中并没有提及亲水廊道的监测点布设方法,考虑到青云河长度比较小,因此规划到近期规划水平年对青云河设置1个水量水质监测点;到远期规划水平年,考虑到庄河、大沙河、鞍子河长度均较长,适当对其监测点进行加密,分别设置3个水量水质监测点。

另外,结合《大连市水务现代化规划》,智慧水务需要对生态科技城区内的6条河流进行监测,每条河流布设1个监测点,共6个。

按上述分析,近期规划水平年,亲水廊道布设7个水量水质监测点;远期规划水平年,亲水廊道增设9个水生态监测点,见表4.14。

表4.14　亲水廊道水量水质监测点布设情况

2.湿地监测

《大连市水务现代化规划》提出,在湿地修复的基础上,加快城市湿地公园建设。近期规划水平年前完成主城区的牧城塘湾、金龙寺等2处城市湿地公园建设,远期规划水平年前完成庄河市的庄河入海口、瓦房店市的复州河入海口、普湾新区的鞍子河入海口、旅顺口区北大河入海口4处城市湿地公园建设。大连市湿地分布示意图如附图4所示。

在近期规划水平年前规划完成的主城区的牧城塘湾、金龙寺2处城市湿地公园,考虑到2处湿地将受人类活动影响较大,分别布设2个水质监测站点,共4处;在远期规划水平年规划完成的庄河市的庄河入海口、瓦房店市的复州河入海口、普湾新区的鞍子河入海口、旅顺口区北大河入海口4处城市湿地公园,因河流入海口受人类活动影响会较小,因此分别布设1个水质监测点,共4处。规划水平年的湿地水质监测点一共有8处,见表4.15。

表4.15　湿地水质监测点布设情况

3.水生物环境监测

水生物环境监测主要是对生物生活场所的水量水质等情况进行监测,即对大连市相关水库、河流等生物生活场所的水量水质等情况进行监测,以有效地采集和管理信息,为水生态环境管理提供业务支持。对于水库水量水质监测,因大中型水库库容较大,水生物环境情况复杂,因此考虑在起始断面、控制断面和终止断面分别设置水生物环境监测点。对于河流监测,因河流大的支流汇合处流速、流量、水质等变化会较大,会使水生物环境发生较大变化,因此考虑在这些断面分别布设监测点,并根据河流长度适当加密布设监测点。植被、河道生态治理工程分布范围比较广,且分布不均匀,只靠布设固定的监测点很难掌握所有植被、河道生态治理工程的分布情况,难以满足监测目标及要求,因此考虑采用北斗卫星遥感和地面观测相结合的方式,监测植被、河道生态治理工程类型及空间分布,以及河道生态治理工程措施与效果。以遥感监测为主,人工监测为辅。

水生物环境监测对象主要包括水库及河流。大连市大中型水库有23座,主要河流7条,即碧流河、英那河、湖里河、复州河、大沙河、庄河、浮渡河。布设原则为在水库设置监测断面、在河流大的支流汇合处布设监测点,另外可适当根据河流的长度加设监测点。

综上所述,近期规划水平年监测点合计共5个,远期规划水平年新增监测点共15个,两个规划水平年合计20个。

4.植被、河道生态治理工程监测

《大连市水资源可持续利用综合规划——水资源保护专项规划》中提到,水生态修复工程是对复州河、大沙河、碧流河、庄河、英那河等主要河流,进行水生态河道治理,通过水源置换与生态调度,保障河道内生态环境用水,满足水功能区要求。以山水为载体,打造水绿相依的生态河流。以庄河、鞍子河、大沙河(瓦房店段)、桃房河、青云河、泉水河(周水河)的城镇河段部分为代表,在满足城市防洪要求下,还原河道自然形态,保障河流通畅,保障河道水量水质,加大污水收集处理力度,避免污染物直接入河,结合城市功能充分考虑亲水需要合理布局堤防、桥梁,融合历史、现代文化和城市特色打造水景观。建成有历史文化底蕴、生态环境友好型、人与自然和谐、充满经济发展活力的景观精品河。近期规划水平年前完成153条河生态河道修复工程,远期规划水平年前完成341条河生态河道修复工程。

《大连市水务现代化规划》提出,以流域面积10km2以上河道的穿城区(人口密集区)河段和20km2以上的河道为治理重点开展河道生态治理,因地制宜、突出特色,按照河流上游涵养水源段、河流城市和路桥景观段、河流乡镇村生态段、河流农村田野段、河流入海口湿地段等5种类型分类施治。

对于上述规划内容,可通过北斗卫星遥感信息和地面观测监测植被、河道生态治理工程类型及空间分布,以及河道生态治理工程措施与效果。智慧水务采用遥感信息与地面观测2种监测方式对大连市植被、河道生态治理工程状况进行监测,以遥感监测为主,地面监测为辅。

综上所述,大连市水生态环境保护与修复监测站点分布如附图4所示。

4.2.4.4 水土保持监测

《大连市水务现代化规划》中提到,全市现有水土流失面积4300km2,主要分布在瓦房店市、普兰店市、庄河市、长海县,其中包括北部土石质山地区、中部丘陵台地区、滨海平原与台地区、长海县岛屿综合区。土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主,风力侵蚀次之。

《大连市水务现代化规划》中还提出:以侵蚀较严重的丘陵地区、沿海地带为重点治理区域,按照“预防为主,全面规划,综合治理;因地制宜,加强管理,注重效益”的原则,水力侵蚀地区,以小流域为单元,采取工程措施和生物措施相结合,进行集中、连续、综合治理;风力侵蚀地区,采取开发水源、植树种草、设置海防林、防风固沙林、农田防护林带等措施进行治理。近期规划水平年水土流失治理率达到60%,远期规划水平年水土流失治理率达到80%。

《水土保持监测技术规程》(SL277—2002)中提到的水土保持监测点布设应遵循以下原则。

(1)根据水土流失类型区和水土保持规划,确定监测点的布局。

(2)以大江大河流域为单元进行统一规划。

(3)与水文站、水土保持试验(推广)站(所)、长期生态研究站网相结合。

《水土保持监测技术规程》(SL277—2002)规范还指出:水土保持监测点的密度与水土流失防治重点区的类型、监测点的具体情况和监测目标密切相关,应根据实际合理确定。大连市土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主,因此水土保持监测可主要通过对降水、蒸发、土壤墒情和洪涝灾情等的监测来实现。

大连市现状山洪灾害防治县级非工程措施建设雨量遥测站点78个、水位遥测站点29个。在现状基础上,汛期监测部分对洪水通过的主要河流、山洪易发、高发灾害区等地进行了雨量站的加密布设,另外对水文站和墒情等站点进行了分析布设。智慧水务中土壤侵蚀监测可借助上述监测站网实现。

另外,大连市属于沿海城市,区域内海岸线较长,因此水土保持监测应考虑海水侵蚀,采用北斗卫星等遥感技术对海岸侵蚀等情况进行监测。大连市水土保持监测站点分布如附图4所示。

4.2.4.5 河口水质监测

河口属陆海交汇地带,陆地污染物会通过河口进入海洋,对周边海域造成污染。大连市是一个沿海城市,因此有必要在河口处设立水文站,实现对水量水质等的监测,满足水生态环境及水资源管理等业务需求。该部分监测利用自然水循环监测中水文监测的河口水文站来实现。

4.2.4.6 应急监测

应急监测主要包括洪水水量水质监测和重大突发水污染事件应急监测。

1.洪水水量水质监测

水质监测目的是为了更好地分析研究面源入河规律,检验面源控制效果,衡量水资源保护规划落实状况,提供水资源保护技术支撑,掌握洪水期与退水期地表水水质现状和变化趋势,及时准确地为国家环境保护行政主管部门提供可靠信息,以便对可能发生的水污染事故制定相应的处理对策,为保障洪涝区域人民的健康与重建工作提供科学依据。监测水质的同时,对洪水水量进行监测,从而对洪水的危害进行评估。

利用茧场水文站、冰峪水文站、沙里涂水文站、登沙河水文站、关家屯水文站、碧流河水库入库口及水库坝前的站点等进行监测。另外,再对洪水经过的河流、湖、库及引用水源地加密布设监测断面进行水量水质监测,把监测重点放在城、镇、村的饮用水源地(含水井周围)和洪涝区的城、镇、村河流,淹没区危险品存放地的周围要加密布点。根据《地表水和污水技术规范》(HJ/T91—2002),城镇村的饮用水源地在进水和出水方位加密布点。洪涝区域和淹没区域的工矿企业周围,在入水方向每20m布设1个采样点,出水方向要加密布点,以能够切实监测出污染物泄流浓度和总量为原则,以危险品存放地或流经洪水的工矿企业为中心,按一定间隔的扇形布点,同时在洪水进流方向的上游设3～4个对照点位。

2.重大突发水污染事件应急监测

突发性水环境污染事故,尤其是有毒有害化学品的泄漏事故,往往会对水生态环境造成极大的破坏,并直接威胁人民群众的生命安全。因此,突发性水环境污染事故的应急监测与水环境质量监测是环境监测工作的重要组成部分。

应急监测工作是完善水质监控体系,提高水质监测系统的机动能力、快速反应能力和预警预测机制体制建设的重要部分。大连市重大突发水污染事件应急监测工程包括应急体系建设和应急监测装置与设备建设。应急体系建设已在《大连市重大突发水污染事件应急预案》中明确,智慧水务中仅就应急监测装置与设备建设提出方案。

应急监测装置与设备包括应急监测车、应急防护设施、应急监测仪器与设备、应急监测物资等内容,智慧水务布设2套监测装置与设备。

根据《地表水和污水技术规范》(HJ/T91—2002),事故发生后,监测人员应携带必要的简易快速检测器材和采样器材及安全防护装备尽快赶赴现场。根据事故现场的具体情况立即布点采样,利用检测管和便携式监测仪器等快速检测手段鉴别、鉴定污染物的种类,并给出定量或半定量的监测结果。现场无法鉴定或测定的项目应立即将样品送回实验室进行分析。根据监测结果,确定污染程度和可能污染的范围并提出处理处置建议,及时上报有关部门。

(1)现场监测采样。现场监测采样一般以事故发生地点及附近为主,根据现场的具体情况和污染水体的特性布点采样和确定采样频次。对江河的监测应在事故地点及其下游布点采样,并在事故发生地点上游采对照样品。对湖(库)的采样点布设以事故发生地点为中心,按水流方向在一定间隔的扇形或圆形布点采样,同时采集对照样品。

(2)跟踪监测采样。污染物质进入水体后,随着稀释、扩散和沉降作用,其浓度会逐渐降低。为掌握污染程度、范围及变化趋势,在事故发生后,往往要进行连续的跟踪监测,直至水体环境恢复正常。

1)对江河污染的跟踪监测要根据污染物质的性质和数量及河流的水文要素等,沿河段设置数个采样断面,并在采样点设立明显标志。采样频次根据事故严重程度确定。

2)对湖(库)污染的跟踪监测,应根据具体情况布点,但在出水口和饮用水取水口处必须设置采样点。由于湖(库)的水体较稳定,要考虑不同水层采样。

4.2.4.7 小结

水生态环境现状、近期规划水平年、远期规划水平年监测站点布设情况汇总见表4.16,大连市水生态环境监测点布设如附图4所示。

表4.16　水生态环境监测站点布设汇总表　单位:个