粤港澳大湾区重要饮用水水源地监督性监测技术体系

崔 凡，寇馨月，冯佑斌，谢宇宁，何颖清，郑 宁

(1.水利部珠江水利委员会水文局，广东 广州 510611；2.珠江水利委员会珠江流域水土保持监测中心站，广东 广州 510611；3.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510611；4.水利部珠江水利委员会，广东 广州 510611)

水利部自2006年起建立了全国重要饮用水水源地核准和安全评估制度，饮用水水源地监督管理采用达标建设[1]的4个一级指标和25个二级指标，从水量、水质、监控、制度[2]4个方面进行评估，评价重要水源地的供水安全。各流域机构、水行政主管部门自2011年至今有序推进水源地安全状况评估工作，饮用水水源保护取得一定成效[3]。新时代中国人民群众对水资源水生态水环境提出了新的需求[4]，仅依靠达标建设体系不能完全适应建设优质水资源、健康水生态、宜居水环境[5]的要求。为进一步解决高需求与监管能力不足之间的问题，主动管好“盆里的水”，在水利改革发展强监管的背景下[6]，急需采用新的监管手段和技术体系从被动发现问题转变为主动发现问题，被动管理转变为主动管理，进一步推动饮用水水源专项监督向常态监管转变。目前饮用水水源地监测，主要以取水口人工监测结合水源地自动监测站为主，在专项保护行动中偶尔采用无人机巡航开展水源地污染源监测，以上监测独自开展，未能互相融合。2020年珠江流域监督性监测以粤港澳大湾区为试点，首次将现代化智慧监管手段与业务管理深度融合，对粤港澳大湾区35个重要饮用水水源地开展全覆盖监督性监测，并初步建立了珠江流域重要饮用水水源地监督性监测技术体系，推进监测活动全流程可追溯和全过程质量可控制，确保监督性监测数据全面、准确、客观、真实。

本文总结了流域内重要饮用水水源地监督性监测技术体系并进一步思考完善技术体系，以期为水行政主管部门开展饮用水水源地监督提供技术支撑，不断提升流域饮用水水源监管效能。

1 概况

依据2018、2019年度全国重要饮用水水源地安全保障达标建设评估结果和2017—2019年水源地水质监测数据(月度)，参考生态环境部2018年水源地专项督查结果，结合粤港澳大湾区水安全保障工作需求[7]，选取粤港澳大湾区重要饮用水水源地目录内的35个水源地开展2020年重要饮用水水源地监督性监测工作，见图1。根据前期水源地资料情况、分布位置及遥感宏观监测结果，选取13个饮用水水源地采用遥感宏观监测[8-10]、无人机巡航监测[11-13]相结合，3个饮用水水源地采用遥感宏观监测、无人机巡航监测、定点监测相结合的技术体系开展定期监测；抽查监测19个水源地，以遥感宏观监测判别为主，发现问题时与无人机巡航相结合，必要时与人工定点监测结果比对。

注：各序号对应的水源地名称见表1。

2 材料与方法

2.1 技术体系

粤港澳大湾区重要饮用水水源地监督性监测技术体系(图2)主要包含2个层面：①采用遥感宏观监测技术手段全覆盖监测水源地现状，初步排查风险源，监测叶绿素a、悬浮物、CODMn等指标，发现水源地疑似存在的敏感问题，依据水源地实际情况进一步开展精细化监测；②采用无人机巡航监测或定点监测或2种技术手段并行开展水源地精细化监测。其中无人机巡航监测分为常规监测[11]和高光谱监测[12-13]，常规监测开展工作主要为近地面排查风险源和辅助选取采样断面，高光谱监测主要是补充水质遥感监测时效性手段之一，卫星遥感影像具有一定的滞后性，对于具有风险源的重要水源地，通过无人机高光谱技术及时监测到水源地的相关指标评估安全情况。定点监测分为人工定点监测和自动定点监测[14]。人工定点监测可根据水源地现状及安全评估工作需求，选取4个方面指标开展监测，因地制宜，实现科学、高质量、精准监督管理粤港澳大湾区重要饮用水水源地。自动定点监测依托已建、在建、规划的水文站开展重要河段、跨省(区)市河流水文要素自动监测，实现重要水源地全时段全空间预警、监督。各监测技术手段应用频次无限制，可根据工作实际需求规划安排。

注：①常规指标指GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中“表1地表水环境质量标准基本项目标准限值”和“表2集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值”涉及的29种项目指标；②特定指标指GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中“表3集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值”涉及的80种项目指标。

2.2 研究材料与方法

开展遥感宏观监测使用的卫星遥感数据是欧空局哨兵二号(Sentinel-2)，影像处理流程主要包括辐射定标、大气校正、地理配准等，使得影像能够更好地展现专题信息，为后续工作奠定基础。无人机巡航监测采用大疆精灵4pro，设定飞行高度50～120 m，速度0.5～2.0 m/s。定点监测的常规指标、比对指标和其他指标的检测方法见表2，所采用的试剂等材料均依照检测方法的要求。

表1 粤港澳大湾区重要饮用水水源地监督性监测方法汇总

表2 定点监测指标的检测方法汇总

3 研究结果

3.1 遥感宏观监测

3.1.1风险源排查

对35个水源地开展遥感宏观监测，共发现疑似风险源计196处，其中定期监测的16个水源地发现疑似风险源102处，抽查监测的19个水源地发现疑似风险源94处。根据《饮用水水源保护区污染防治管理规定》(1989年发布，2010年修正)分类要求，排查发现存在建设项目31处、水质较差入河(库)支流35处、临时停靠点56处、垃圾堆放15处、农业生产活动59处等5类疑似风险源。从遥感影像上可判别出：疑似建设项目以码头为主，疑似临时停靠点以木制临时渔船停靠板为主，疑似农业生产活动以保护区内鱼塘养殖为主。

3.1.2叶绿素a、悬浮物、CODMn等指标

基于欧空局哨兵二号(Sentinel-2)2020年1月30日的遥感影像开展水源地水质反演工作，得到叶绿素a、悬浮颗粒物、CODMn的相对空间分布情况(图3)。3种水质参数在各水源地取水口附近的含量普遍较低，疑似入河(库)支流、封闭水域含量较高。其中广州市流溪河水源地西村水厂附近工业区、小楼水厂上游东岸有一处入河明渠和北部库区河湾段水色较深；珠海-中山磨刀门水道水源地附近，汇入磨刀门水道的石岐河水质较差。以上因素可能会对下游水厂水质造成影响。

a)叶绿素a

3.2 无人机巡航监测

针对于纳入定期监测的16个水源地开展无人机巡航监测，主要排查遥感宏观监测发现的102处疑似风险源。经现场排查，一级保护区内存在疑似风险源43处；二级保护区存在疑似风险源24处。排除了35处疑似风险源，且16个水源地保护区内未发现疑似排污口设施。风险源类型仍为5类，与遥感宏观监测风险源类型一致，数量有变化，见表3，其中存在疑似建设项目2处、疑似水质较差入河(库)支流22处、疑似临时停靠点30处、疑似垃圾堆放2处、疑似农业生产活动11处。疑似建设项目以码头为主，经现场核查，均具备建设前置手续，码头附近有安全生产警示牌。疑似临时停靠点均为渔船临时停靠。疑似垃圾堆放1处为垃圾回收站，1处为小规模建筑垃圾堆放。疑似农业生产活动有鱼塘养殖、果园种植等，疑似水质较差入河(库)支流源于上游存在农田种植、村庄污水排放等。示例见表4。

表3 不同监测手段排查风险源个数变化

表4 粤港澳大湾区重要饮用水水源地排查风险源结果示例

3.3 定点监测

3.3.1人工定点监测

广州-东莞-惠州东江北干流水源地、深圳水库水源地和茜坑水库水源地纳入了人工定点监测，开展了常规指标[15]、比对指标和其他指标(水生态指标)的监测工作，其中对常规指标的五日生化需氧量、总磷、总氮、溶解氧、CODMn、氨氮、铁、石油类等8项指标开展监测与评价，得出各采样点水质评价结果和水源地整体水质评价结果，对水生态指标总磷、总氮、CODMn、叶绿素a等4项指标监测开展营养状态评价监测与评价[16]。3个水源地在丰水期8—10月选取10处点位各采样6次，枯水期10月至次年1月选取10处点位各采样1次。依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》、SL 395—2007《地表水资源质量评价技术规程》，深圳水库水源地丰水期和枯水期水质均达Ⅱ类标准，丰水期处于中营养—轻度富营养状态，枯水期处于中营养状态；茜坑水库水源地丰水期和枯水期水质均满足Ⅲ类标准，均处于中营养状态；广州-东莞-惠州东江北干流水源地丰水期一期结果为Ⅳ类，超标项目是溶解氧；二期水质Ⅱ类；枯水期达Ⅱ类标准。

3.3.2遥感宏观监测与人工定点监测对比结果

为进一步验证遥感宏观监测结果的准确性，选取广州-东莞-惠州东江北干流水源地开展人工定点监测和遥感影像水质反演结果进行了比对(图4)。①遥感宏观监测动态对比结果：基于2020年1月30日和10月26日的欧空局哨兵二号遥感影像开展叶绿素a、CODMn的水质遥感反演，2期监测结果表明该水源地的叶绿素a、CODMn水质状况未发生明显变化，浓度较低。②遥感宏观监测与人工定点监测对比结果：对比同期遥感宏观监测(10月26日)和人工定点监测(10月15日)结果，人工监测该水源地中堂水厂水源保护区、新塘镇刘屋洲、新塘水厂取水口附近3处叶绿素含量均低于10 μg/L，CODMn均低于0.08 mg/L，叶绿素a、CODMn的含量较低，评价结果为Ⅰ或Ⅱ类。遥感宏观监测与人工定点监测结果吻合性好。

a)2020年1月30日叶绿素a

4 结语

a)应用遥感宏观监测、无人机巡航监测、定点监测等多项技术，建立粤港澳大湾区重要饮用水水源地监督性监测技术体系，引用无人机高光谱监测技术和自动定点监测提高了监督性监测技术体系的时效性，实现了对35个重要水源地全覆盖、动态、准实时监管，高效发现风险源和水质问题，为监督管理指明方向，逐步实现“优质水资源，健康水生态”的目标。

b)遥感宏观监测疑似风险源196处，对其中纳入定期监测水源地的102处风险源采用无人机巡航监测，排除风险源35处，遥感宏观监测风险源准确率为65.7%，2种技术手段发现疑似风险源种类一致，均为建设项目、水质较差入河(库)支流、临时停靠点、垃圾堆放、农业生产活动。对广州-东莞-惠州东江北干流水源地叶绿素a、CODMn开展了同期的遥感宏观监测和人工定点监测工作，2种技术手段监测结果均表明叶绿素a、CODMn浓度或含量较低，监测结果吻合性好。

c)初次使用遥感宏观监测技术开展水源地风险源识别工作，已有较高准确率，但还可提升。在后续开展工作中，持续建立风险源现状照片与遥感影像图像特征一一对应的样本大数据库，风险源识别准确度将逐渐提高，应用遥感手段识别风险源更具针对性。目前应用水质遥感监测技术已实现初步判别水源地营养状态，但在实际工作中需要定性定量掌握如叶绿素a等多个水源地营养状态评价项目的情况，以精准掌握水源地营养状态分级。基于多期应用水质遥感技术和人工定点监测的水源地水质数据建立模型，可实现应用遥感技术定性定量判别水源地营养分级，此项工作将在后续开展。

致谢：本文在撰写过程中，得到珠江水利委员会珠江水利科学研究院遥感与地理信息研究所的大力支持，在此表示衷心感谢！