三明市饮用水源保护区综合信息监管体系探索与构建

余任重 罗建平

(三明市环境保护信息宣教中心， 福建 三明 365000)

近年来，国家不断加大饮用水水源安全保障力度，实施了一系列提升饮用水水源水质的项目和工程，建立和完善饮用水水源安全监管措施和应急机制，取得了良好的成效。但是，饮用水水源污染时有发生，水源监管任务和能力的矛盾，水质安全风险隐患，水源保护区综合监管能力弱等问题仍然存在，饮用水水源安全形势依然严峻。

1 三明市饮用水源保护区监管存在的主要问题

三明市辖区现有乡镇级以上的集中式饮用水源地138个，各水源保护区基本处于偏远的郊外，开垦种植、垂钓游泳、垃圾倾倒、农业面源污染等影响水质安全的事件时有发生，监管任务大，而监管人员不足和技术装备落后，往往鞭长莫及，疲于应付，难以满足监管要求。为此，在三明市东牙溪水库水源保护区，通过利用现代通信技术、生物指示监测技术、视频监控技术、无人机和遥感遥测技术、云计算及大数据等先进技术及其综合应用，探索并构建了市级饮用水源保护区综合监管技术体系模式。

2 水源保护区监管体系建设

2.1 天地一体视频监控

水源保护区基本处于距离城市较远的郊外或农村，大部分都位于崇山峻岭间，保护区面积较大且交通不便，现场监管不便且大量时间花费在路上，对于垂钓、游泳、破坏周边环境影响水质安全等违法行为很难监管到位，效率低，花费高，成效差。为此，需要构建天地一体视频监控体系，实现对饮用水源保护区进行全方位、全天候、立体的监控和监管，做到随时随地、实时、便捷地查看每个区域实际情况，切实提高管理效率。

2.1.1 建立固定视频监控点

在进入水源保护区的主要路口，重要水域水面以及敏感区域布设固定的高清视频监控点，对保护区周边状况，可能对水源地水质造成影响的垂钓、游泳等行为进行全天候的监控，视频信息将远程传送到相应的平台和移动端上。

在东牙溪水库水源保护区主要路口，坝区，取水口以及重要水域和敏感区设立了16个高清视频监控点，实现全天候对饮用水源地重点区域的视频监控，监管人员可随时、实时、便捷地查看每个区域实际情况，对湖库生态监管和保护意义重大。同时视频监控数据可存储最近30天内的视频数据，随时供决策人员调阅和分析。

2.1.2 无人机巡航

固定视频监控点的点位和监控区域是有限的。当监管人员通过固定视频监控点查看，需要了解保护区更大区域范围的情况，或者有针对性地关注保护区某个区域现场情况，或者因交通不便，不方便到达的区域现场情况时，利用无人机进行巡航巡查。无人机巡航巡查的视频实时传回，弥补了固定视频监控点和监控区域有限的欠缺，灵活便捷，实时高效。

2.1.3 卫星遥感遥测

固定的高清视频监控点可以对特定区域进行监控，无人机的巡航可以更大范围、更大区域地对保护区巡查。但是，由于保护区面积大且大都位于崇山峻岭间，周边环境非常复杂，如东牙溪水源地保护区面积180多km2，林地面积1.1万多公顷，对保护区内的开垦种植，破坏周边生态的违法行为还是难以发现和监管的。

为此，需要利用卫星定期对水源地保护区进行遥感遥测。在东牙溪饮用水源地保护区，每个季度进行一次卫星遥感遥测，并对遥感遥测图片进行分析，通过对前后两次遥感图像数据解译，自动图像比对，查看疑似问题，及时发现可能存在的违法违规活动问题。

2019年三季度和四季度，利用卫星对东牙溪水源地保护区进行遥感遥测，通过系统的自动比对，发现保护区中存在前后不一致的区域，图1中的(A)区域，为此，管理部门有的放矢对A区域进行监管，及时排除影响或破坏周边生态环境的违法行为。

通过建立固定视频监控点、无人机巡航、卫星遥感遥测，构建和实现了天地一体多维的对饮用水源保护区全方位、全天候、立体的监控和监管。

2.2 监测数据挖掘应用

东牙溪水源保护区建有一座水质在线自动监测站，对水体水质的理化指标进行自动在线监测，同时，监测部门每月还定期定点人工采集水样进行理化指标的监测和分析，监测项目多，数据量大，但是，不管是自动站的数据还是手工监测数据，数据分布于各类业务系统中，共享应用差，利用率不高，对数据的潜在价值挖掘利用不足，为此，通过提取分布于各业务系统中存量监测数据，进行趋势分析，从而发现数据的内在变化规律和趋势，挖掘数据的潜在价值，发现可能存在的潜在问题，为水质的动态监管，水质安全的预警预测和综合决策分析提供依据。

以2019年COD监测数据为例(图2)，从数值上看，均达标。但通过将分散的数据进行进一步趋势分析后，发现5月份的数值突然增高，经分析，可能是流域周边还存在制笋作业废水进入水体，为此，相关部门可加大对流域周边制笋废水的监管力度，以减少对水源造成的污染。

图2 水质监测数据趋势

2.3 生物指示系统

目前，对生活饮用水水质的监测，不论是自动在线监测，还是定期采样的人工分析监测，基本都是对水质的理化指标进行监测分析，其不足之处就是不能快速、直接地反映水质的突发性污染事故[1]。

为了弥补理化监测的不足，在东牙溪水源保护区设置了2套水质毒性监测的生物指示系统。通过利用生物监测技术，直接、快速地反映水质毒性的变化，提高水质安全、应急处置和风险管控能力。

生物指示系统通过生物体斑马鱼和大型溞感知水体的毒性反应，利用传感器和高清视频采集摄像机，将信号传到控制主机单元进行分析计算，将计算的预警数据、图像和信息信号传输到远程的信息平台和移动终端，达到及时获取水质预警信息，对水体进行更加全面监测和完整的综合评价，确保了水质的安全[1]。图3为生物体斑马鱼和大型溞行为轨迹信息，图4为生物体斑马鱼和大型溞特征趋势，表1为模拟实测报警信息记录。

图3 生物体斑马鱼和大型溞行为轨迹

图4 生物体斑马鱼和大型溞特征趋势

表1 模拟实测报警信息记录

2.4 移动APP

天地一体视频监控信号，生物指示系统等数据和信息传输汇集到监控指挥中心监管平台上，实现了数据汇聚、数据存储、调阅查询、分析决策、应急处置等应用，同时，还开发了移动APP应用端，通过移动端手机或平板电脑，可以随时随地查看视频监控和水质监测等数据和信息，接收生物毒性监测的报警等信息，监管人员和监管部门可快速、准确、动态了解和掌握水源保护区现场的状况，水质数据、预警信号等信息，便捷高效。

3 结论

建立固定视频监控点，无人机巡航和卫星遥感遥测的天地一体视频监控，可及时便捷地了解和掌握水源保护区现场的局部或整体情况；生物毒性指示系统作为水质理化监测的补充，使水质监测及评价更加全面，提高了安全风险管控能力；对存量监测数据的趋势分析，进一步挖掘和应用数据的潜在价值，为水质的预测预警和综合决策提供依据参考。通过监控指挥中心监管平台建立和移动APP信息化技术应用，从而探索构建出一个较为完善的，可借鉴、可复制的水源地保护区综合监管体系模式。