水源突发重金属污染中多维矢量水质监测预警的应用

谈剑宏 杨文晶 杨 惠

(江苏省水文水资源勘测局苏州分局, 江苏 苏州 215011)

水源突发重金属污染中多维矢量水质监测预警的应用

谈剑宏 杨文晶 杨 惠

(江苏省水文水资源勘测局苏州分局, 江苏 苏州 215011)

本文以昆山市水功能区为例，利用多维矢量监测方法对水源重金属污染进行了监测。监测结果证明：有11个镇浅层地下水质的综合评价较差，其他5个评价极差，11个镇浅层地下水大肠菌指标均超标，需要采取相应的措施进行控制和处理。

水源突发； 重金属污染； 多维矢量； 应用

近年来，水源突发重金属污染事件频频发生，对居民的正常生活造成了很大影响。由于水源突发重金属污染具有复杂性、偶然性和不可预知性，导致水质监测和预警的难度随之增加。为了实现突发性重金属污染的水质监测，本文采用多维矢量预警系统对水质进行检测，实现了水质的动态监测，具有较高的应用价值。

1 概 况

昆山市为了进一步做好水功能区的监督管理工作，及时掌握水质状况，为水资源保护和水污染防治工作提供准确、可靠的科学依据，在水功能区监测的基础上，利用多维矢量水质监测预警的方法来进行大气降水监测、圩内河道监测和地下水(包括浅层和深层)监测。为全面反映昆山市大气降水水质情况，根据昆山的气候和地形特点，在昆北、昆中、昆南和昆东各设置1个降水固定采样点。昆北：巴城(石牌水利站)；昆中：昆山(玉山水利站)；昆南：陈墓(锦溪水利站)；昆东：花桥(花桥水利站)。

2 多维矢量水质监测预警系统简介

多维矢量水质监测预警系统主要由SW1000水质监测面板、事件监测器、高位水箱等组成。事件监测器是控制中心，主要用于建立模型、输出数据和预警结果、通信操作等；水质监测面板和系统中的参数探头相连接，可以实现水质数据的在线收集、传输和显示；高位水箱可以用来将药剂混匀，提供水压等。

系统在运行过程中，会利用探头收集水质数据，然后根据水质性质设置电导率、有机物、浊度、pH值、溶解氧、硝酸盐氮、氧化还原电位参数，并根据各个参数的权重合成预警触发值。每一分钟系统都会获取异常预警触发值，初始触发值设计下限为0.7，当有污染物进入水体后，探头收集到的水质参数也会出现变化，并对trigger值造成影响，如果超过或者接近触发下限，系统就会发出警报。对于类型不同、浓度不同的污染物，可以利用系统中的模型对多维矢量图进行分析和识别，进而达到定量、定性分析的目的。

3 多维矢量水质监测预警系统的应用

3.1 降水水质监测

降水水质监测包括pH值、电导率、钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、硫酸根、氯离子、总磷、总氮、二氧化硫、一氧化碳等项目。

降水水质监测按春、夏、秋、冬4季，每季采样送检1次，并按《大气降水采样和分析方法总则》(GB 13580.1—1992)和《大气降水样品采集与保存》(GB 13580.2—1992)等规定的要求进行采集、保存和分析。监测成果如表1所示。

表1 昆山市2015年第一季度降水水质监测成果

由于空气中存在二氧化碳、氮氧化物等酸性气体，故降水一般呈弱酸性，但pH值小于5.65即称为酸雨(雪)。从本次监测结果来看，昆山市4个雨水监测点，pH值为6.81～6.92， 4个监测点pH值锦溪站最高，花桥站最低；硫酸根为巴城最高，花桥站最低；氯离子为玉山站最高，花桥站最低。参照地表水评价标准，四个监测点总氮均为Ⅳ类水，主要为空气中二氧化氮溶于雨水形成，降落地面会对地表水及地下水的氮含量产生一定影响。总磷均在Ⅲ类水以内。4个监测点的金属离子中，钙离子的含量较高，钾、钠、镁离子相对较低。电导率值均为36.5～42.1，巴城站最高，锦溪站最低。此外，游离态二氧化硫和一氧化碳均未检出。本次监测结果中pH值弱酸性居多，金属离子及阴离子浓度均比往年有所上升，因此电导率也有所上升。总氮、总磷都有所上升，其中总氮上升幅度较大；二氧化硫、一氧化碳和第四季度持平。

3.2 圩内河道监测

为全面反映昆山市圩内河道水质状况，结合昆山市圩内河道实际，每个镇区设置2个具有代表性水质监测断面，其中1个断面布设在以城镇居民集中区或工业集中区为主的圩内河道上，另1个断面布设在以耕地、果蔬或鱼塘为主的圩内河道上。监测断面应设置在便于采样、能总体反映该河道水质的河段上，并通过实地查勘确定。全市共设圩内河道水质监测断面23个。重点监测水温、pH值、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、氰化物、挥发酚、总磷、总氮等项目。对存在重金属污染的河道加测铜、锌、氟化物、砷、汞、镉、六价铬、铅等项目。根据监测资料统计：综合评价无Ⅱ～Ⅳ类水的断面，Ⅴ类占95.7%；劣Ⅴ类占4.3%；累计超Ⅲ类水标准的断面占100.0%。

3.3 不同功能分区水质情况

本次共监测23个圩内河道，其中工业集中区有3个，集镇区有9个，农业生产区11个。3个工业集中区河道中，水质综合评价为Ⅴ类水的有2个，劣Ⅴ类水的有1个，分别占总监测点次的67%、33%。9个集镇区河道中，水质综合评价为Ⅴ类水的有2个，劣Ⅴ类水的有7个，分别占总监测点次的22%、78%。11个农业生产区河道中，水质综合评价为Ⅴ类水的有5个，劣Ⅴ类水的有6个，分别占总监测点次的46%、55%。2015年第一季度昆山市圩内河道不同功能分区水质状况如下图所示。

2015年第一季度昆山市圩内河道不同功能分区水质状况图

3.4 浅层井监测

为全面反映昆山市浅层地下水水质状况，在已确定的圩内河道水质监测断面所在的圩区内，选取典型浅层地下水水井及农村家庭潜水井作为监测井。各区镇选择1个监测井，全市共布置11个浅层地下水监测井，其中5个监测井布设在以城镇居民集中区或工业集中区为主的圩区内，5个监测井布设在以耕地、果蔬或鱼塘等农业用地为主的圩区内。各测井的水位每月测量两次。

监测项目：参照深层地下水监测项目，包括水温、pH值、氯化物、氟化物、高锰酸盐指数、硫酸盐、氨氮、氰化物、挥发酚、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总硬度、六价铬、汞、砷、铅、铁、锰、总大肠菌群、溶解性总固体等20项，并监测地下水水位。

采用地下水质量单项组分评价法进行评价，按本标准所列分类指标，划分为五类，代号与类别代号相同，不同类别标准值相同时，从优不从劣。例：挥发性酚类Ⅰ、Ⅱ类标准值均为0.001mg/L，若水质分析结果为0.001mg/L时，应定为Ⅰ类，不定为Ⅱ类。地下水质量综合评价采用加附注的评分法进行评价。

具体要求与步骤:一是参加评分的项目，应不少于本标准规定的监测项目，但不包括细菌学指标；二是首先进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别；三是对各类别按下列规定分别确定单项组分评价分值Fi，见表2。

表2 单项组分评价分值的确定

按式(1)和式(2)计算综合评价分值F。

(1)

(2)

Fmax——单项组分评价分值Fi中的最大值；

n——项数。

根据F值，按表3中的规定划分地下水质量级别，再将细菌学指标评价类别注在级别定名之后，如“优良(Ⅱ类)”“较好(Ⅲ类)”。

表3 地下水质级别的划分

经过分析计算，F值如表4所示。

表4 昆山市第一季度浅层地下水综合评分

从表4不难看出，昆山市2015年第一季度11个镇中，巴城镇、花桥镇、玉山镇、陆家镇、锦溪镇和淀山湖镇浅层地下水水质综合评价为较差；周市镇、开发区、千灯镇、张浦镇、周庄镇地下水水质综合评价为极差。此外，11个镇的浅层地下水的总大肠菌群指标均为Ⅴ类。

4 结 论

综上所述，根据上述得到的监测数据可以得出， 11个镇浅层地下水水质综合评价为较差的有6项，极差的有5项。无综合评价良好以上的浅层井。此外，11个镇的浅层地下水总大肠菌群指标均为Ⅴ类。需要控制污染，采取有效措施保护地下水水质，防止地下水污染和过量开采、人工回灌等引起的地下水质量恶化，保护地下水水源。

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Application of multidimensional vector water quality monitoring and early warning in water source outburst heavy metal pollution

TAN Jianhong, YANG Wenjing, YANG Hui

(JiangsuHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Suzhou215011,China)

In the paper, water function areas in Kunshan are adopted as an example. Multidimensional vector monitoring method is utilized for monitoring water source heavy metal pollution. Monitoring results show that: shallow underground water quality of 11 towns is worse in comprehensive evaluation, the quality is extremely poor in other 5 towns, and shallow groundwater coliform indexes are out of limits in 11 towns. It is necessary to adopt corresponding measures for control and treatment.

water source outburst; heavy metal pollution; multidimensional vector; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.07.008

TV211.2

A

2096-0131(2017)07- 0026- 04