饮用水源地预警系统构建

张全+徐达

摘 要：随着经济发展和工业建设规模的扩大，水源地的水质污染、水衰竭的问题日渐突出。导致水源地频发安全质量事故，给国家安全和人类生存带来极大威胁。建立饮用水水源地安全预警系统，提供区域联网供水、集中供水，对保障饮用水水源地安全，维护社会经济良性运行具有战略意义。

关键词：饮用水水源地；预警系统；框架建立

中图分类号：X832 文献标识码：A

为了保证社会的稳定和谐发展，限制工业排污对环境的巨大破坏，应对饮用水水源地的安全风险进行深入地分析，保证水源地有足够的水量和安全的水质。这就需要采用可持续饮用水水源地预警的应急体系，维持饮用水水源的可持续利用，满足经济社会和工业、民用用水安全。

一、水源地安全预警系统构架

浙江省饮用水源地水质自动监测系统采用了固定站、集装箱站、浮标站3种形式。系统基本监测项目为水质常规五参数（pH、水温、溶解氧、电导率、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮，同时根据各监测点位的实际水质情况加增急性毒性、藻类分类、总有机碳、重金属、叶绿素a、挥发性有机物（可监测有18种以上参数）、氟化物、氰化物等特征污染物，实现监测数据、视频图像的采集、分析、传输功能，具备发布、远程控制、自动留样等管理功能，具备水源地水质安全预警能力。

1.预警指标体系构建

预警指标体系的构建描述水源地的安全现状和变化趋势等方面，评价和监测一定时期的水源地的水质状况，分析影响水源地安全因素等。第二，对安全状况、自然状况等进行分析，预测未来的发展状况，确定水质变化趋势、速度，对不正常状况的范围和危害程度进行预报。第三能够对各种变化和恶化的情况提出综合性对策，对未出现的问题给予防范措施，设定有级别的警示信息。第四是正确判断水污染带来的经济后果和环境后果，按照警情来寻找警源，以便采取有效的防控措施加以化解。

2.生物毒性监测技术

Toxicity（毒性）：化合物或混合物对生物的有害效应特性。

在水源地水质预警能力上，化学监测具有一定的局限性，指标有限、各污染物综合效应难以监测，而生物毒性监测技术能反映水质的综合污染，揭示潜在的生物和生态效应。生物毒性自动监测系统一般基于活体生物毒性检测技术，大致分为微生物急性毒性测试、浮游动物急/慢性毒性测和鱼类不同生命周期急/慢性毒性测试。相对而言，发光细菌法监测的水质适应面广，敏感性强，监测的污染物复杂程度高，事故出现后连续监测能力强。其检测原理：通过测定发光菌与水样接触反应前后发光强度的变化来判断水中综合毒性的大小。浓缩/稀释倍数法：由于环境水样的毒性大小差异很大，有些水样毒性太强或太弱，无法直接检测LC50或EC50，需进行一定倍数的稀释或浓缩处理以实现准确检测。 因此，为了便于比较水体毒性，通常采用达到半数致死效应所对应的稀释或浓缩倍数表征水样毒性大小，稀释倍数越大、浓缩倍数越小表明原始水样的生物毒性越强。当量浓度法：为了比较不同水样的毒性效应，近年逐渐有研究者选用致毒机制明确的物质作为毒性测试的阳性参照物，将待测水样的毒性测试结果转换为产生与之相当效应的阳性参照物的当量浓度。

3.藻类分类监测技术

藻类荧光反应有两种特性：一是同一种藻受到不同波长单位强度激励光激励时，发出的荧光强度不同；二是不同的藻在受到相同波长单位强度激励光激励时，发出的荧光强度也不同。利用藻类的荧光特性进行分类定量分析。

4.安全预警系统

安全预警系统包含了对警义等进行明确、寻找、分析和预报以及报警等内容。对于水源地的预警系统，具有多目标的功能。在预警系统的逻辑框架中，水源地的风险被划分为多个指标体系，通过自动监测仪器可以实现各种预警阚值的测算和预警。并根据不同的时间和污染物发布发出预警信号，采取预防、预控的措施的综合系统，对饮用水水源地的安全进行监控。

体系的构建包括信息重叠、定性分析、分层设计等手法。安全预警模型的建立使用人工神经网络框架。模拟社会经济环境，通过神经元网络分析的功能，对数据的模型采用安全预警的方式，通过多个载水源地构件的预警模型，对警兆指标等加以精确计算，得到关于输入层、输出层以及隐藏层的节点数值。节点对应警情指标。

通过安全预警模型，将节点指标加以输入，获得具有隐含层节点数的神经网络工具，然后采用水源地安全预警模型的学习和训练模式进行网络模型对水源地安全的预警分析。

二、饮用水源地预警系统应用重点

1.对水源水中异味的监测和预警

近十幾年内，水体异味问题发生较多，引起社会广泛关注。如霉腐味、鱼腥味等，针对异味的分析包括了很多方法，而且获得成分也相对复杂，如带有土腥味的Geosmin（二甲萘烷醇）、2-甲基异茨醇等。饮用水源水体中产生异味的因素除了直接来自于化工业污水排放以外，更常见的为水体富营养化产生异味的藻类，现在已知大约50余种。

第一，根据历史数据进行分析，不同于平常的某一时段存在异常高的污染物系统可自动报警。

第二，从异味藻的数量上进行预警。比对发现水体中各月都可以嗅到土腥味和霉腐味，异味藻的细胞密度往往达到每升2万个。当为预警值来说，可以初步定在1×1O4/L细胞。

第三，对于水中产生异味的数量和变化规律等，采用分季节、分时段的方法进行监测，主要把监测的时间和重点予以记录。

第四，水中异味物质多为挥发性和半挥发性有机物，嗅阈值非常低，其浓度为痕量甚至超痕量，往往人工嗅辨水质有异味，而仪器检测不出，可引入SPME、SBSE等痕量物质前处理方法，并加强对重点异味因子（苯酚类）的分析。

2.应急预警监测和数据分析

在通过自动预警监测的同时，通过卫星遥感、气象观测等可以将监测范围扩大到饮用水水源地取水口、水源地I到II级保护区、取水口5km以外。随着现代科技手段的不断创新，水源地建立了基于宽带IP网的数字网络视频监控系统，对饮用水进行24h监控，并实时进行监测数据的分析，为采取应急措施提供科学依据。

结语

浙江省饮用水源地水质自动监测系统项目建设前，饮用水源地水质监测主要依靠月度水质人工监测工作，每次监测间隔时间过长，同保障饮用水源地水质安全，连续报告水质变化，及时发现和排查安全隐患等工作需要比，存在较大的不足与盲点，影响到了公众健康和社会经济持续发展。

本项目成功建成后，基本实现主要饮用水源地水质监测和预警的自动化，实时快速反映饮用水水环境质量和变化状况。有效提升了饮用水源地水质监测、预警、处理和发布能力，满足地方政府环境管理与决策的实时需要，为环境决策、管理和科研部门提供更为科学、详实、有效的科学基础数据，为保障人民群众的饮用水安全，加强饮用水源地水质保护工作发挥更高、更深层次的作用。

参考文献

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