农村水环境在线监测及其应用体系构建初探

□ 杨剑峰 曲洋样 李海瑞 廖剑宇

（湖南工业大学城市与环境学院，湖南 株洲 412007）

我国的“三农”工作在改革开放以来取得了举世瞩目的成就［2］。然而，在快速工业化、城镇化进程中，乡村一度面临落后和衰败的客观事实，工业“三废”持续向农业和农村转移，不少乡村生态环境被严重破坏。乡村振兴是我国新时期实现民族复兴的重大战略举措，其实施的要点主要在农村的可持续发展，宜居的农村生态环境和人居环境是推动乡村振兴战略实施的关键环节［3］。2015年7月，习近平总书记强调，要推进全国生态环境监测数据联网共享，开展生态环境监测大数据分析［4］。2019年5月，国家相关部门印发了《数字乡村发展战略纲要》，明确提出数字乡村是伴随网络化、信息化和数字化在农业农村经济社会发展中的应用，是深入贯彻新发展理念、加快构建新发展格局、实现乡村全面振兴的关键一环［5］。为此，我国制定了《生态环境监测网络建设方案》《数字乡村建设指南1.0》《生态环境大数据建设总体方案》［6］等多项政策，以期为在线环境监测建设和构建智慧化环境治理体系提供政策基础。环境在线监测技术是智慧乡村建设的重要一环，本文所讨论的水环境在线监测技术不仅是我国村镇治理环境的重要手段，也是推动乡村振兴的有力臂膀。

一、我国农村水环境污染现状

（一）生活污水的污染

目前我国农村还有很大一部分地区未设生活污水处理的设备和基础设施，生活污水径直排放到居民房屋附近的自然水系或者农田，直接对地表水造成污染，同时污水中所含有的氮、磷、钾等有害化学物质也会经过长时间的沉淀而渗入地下，对地下水也造成了很大的污染。此外，随意排放的生活污水会随着雨水、溪水的流动汇入江河湖泊中，使农村地区饮用水中的氮、磷、细菌总数等指标严重超标，对饮用水源也造成了很大的破坏。

（二）农业生产发展的污染

随着农村地区种植业和养殖业的发展，相应也带来了一系列的污染，其中尤以水环境的污染最为严重。农村地区农业种植较为分散，农民缺乏科学的种植知识，过量使用农药、化肥，查阅相关资料发现，农用肥料的利用、吸收率是较低的，未吸收的肥料会随着时间的沉淀而慢慢渗入地下，进而对地下水造成污染，与此同时，由于农村养殖业的发展，农民饲养的各类家禽和牲畜的粪便大多数都未经过有效的处理直接排放到农村环境中，在对水环境严重污染的同时还容易使细菌滋生，诱发和传播各种疾病，对农村地区的居住环境有很大的影响。

此外，随着我国农村地区经济的快速发展，乡镇开始大力发展企业，导致农村地区出现了一些高污染工业，且这些工业多以化学工业为主，在工业生产过程中大量的工业废水直接排放到农村的农田以及河流中，这些工业废水是没有经过有效处理的，这就会导致水中的某些矿物质元素超标，对地下水和地表水造成严重污染［7］。

二、农村水环境在线监测技术现状问题

（一）应用推广程度低，监测能力相对不足

我国农村地区呈现地域广居住地分散、基础设施不够完善等特点，很大程度上制约了在线水环境监测工作的全面推广。同时，现有监测手段自动化程度低，监测设备智能化不足，监测数据的精度以及稳定性也难以达到人工监测水平。

（二）监测技术差距较大，缺乏完整的监测体系与标准

目前我国的水环境自动监测技术还比较落后，尤其是农村地区应用相对较少，水环境在线监测技术与技术先进的国家相比差距较大。更为严重的是，现有的水环境监测技术监测体系不够完整，监测的标准也没有统一，难以在水环境在线监测中正常发挥巨大的作用。

（三）监测设备成本高，专业技术人员不足

水环境在线监测技术是一项复杂又精细的技术，目前数字乡村建设也逐步兴起，通过信息化的手段来监测农村地区的环境，尤其是对水环境的监测势在必行。现阶段，监测设备的购置需要很大的成本投入，多数农村地区难以投入充足的资金用于购买设备和技术研究。同时，水环境在线监测技术的实施对技术人员自身的操作水平和综合素质有着很高的需求，就目前我国水环境在线监测技术的应用来看，相对缺乏具有较高技术素质人员。

（四）宣传引导力度不够，配套政策法规滞后

目前对于水环境在线监测技术知识的普及还存在很大的空白，政府层面的宣传和引导力度还需要加强。完整的法律法规、完善的管理制度是水环境在线监测技术能顺利实施的重要保证。相对于城市来说，目前我国农村地区还没有较为完整的监测管理制度，不能保证相关的部门和技术人员在水环境监测过程中按部就班地开展工作，对于监测设备的管理使用和维护也存在很大的漏洞。

三、农村水环境在线监测体系构建

（一）布点原则

根据我国农村地区的特殊地理环境和现实情况，确定了水环境在线监测系统的布点原则，即代表性、连续性和易操作性。其中，代表性是指在需要监测的地区选择水环境污染问题比较突出的生产和生活区域，布设相应的监测点位，获取的结果必须是能够真实反应该地区的水环境质量状况；连续性是指在立足当前情况的前提下又长远考虑连续布设样点，保证每个监测点位监测数据的连续性，能连续反映不同季节和不同历史时期的水环境状况［8］；易操作性是指选取的监测点位要易布置监控设备，可以直观地得到监测数据，实际操作容易。

（二）监测指标的筛选和优化

农村水环境在线监测指标的筛选和优化是根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）以及《水污染源在线监测系统（CODCr、NH3-N等）验收技术规范》（HJ354-2019代替HJ/T354-2007）的相关规定布设监测点位，选择相应的监测指标来监测农村地区的水环境质量［9］。详细监测指标见表1。

（三）监测系统的构建

水环境在线监测系统的构建主要是由硬件和软件这两部分组成。具体包括了应用场景、支撑平台和基础设施等内容，如图1所示。水环境在线监测系统主要应用于乡村的绿色生产和绿色生活，通过传感器等一些先进的设备设施来获得一系列的监测数据，再采用相应的模型和算法对采集的数据进行分析验证，以期达到对村镇水环境的实时监测和预警的目的。

图1 水环境在线监测系统总体构架

四、农村水环境在线监测应用管理策略

（一）完善和深化现有的水环境监测管理体系

完善的技术管理体系和制定相关的法律法规是水环境在线监测技术广泛应用和推广的重要政策保障。基于此，在监测过程中，要明确政府相关部门的职能，对环境监测部门统一进行管理，同时结合水环境监测的相关需求，科学地应用水环境在线监测技术，对监测中需要应用的仪器和设备定期检查和维护，提高设备的精准度，避免数据出现误差的现象。

（二）提高水环境在线监测技术应用水平

相关科学研究人员要利用现有的通信技术、传感器技术、数据存储等先进科学信息技术不断提高水环境在线监测技术的水平和应用，充分将现代技术与水环境监测结合起来，使促进监测流程更为高效、简单和灵活，同时开发具有低成本、稳定性高以及便捷性强的成套监测设备。

（三）加大对水环境监测技术的资金投入与政策扶持

水环境监测与我国生态环境的治理有着密不可分的联系，是有效处理各类水环境污染问题的重要手段，是人民群众能安全用水的前提和保障。政府部门应该适当加大财政拨款力度，用于配置各类新型先进的仪器设备和信息化技术的研发。鼓励和引导相关部门机构或者公司加大对水环境在线监测技术的资金投入，在水环境在线监测技术上不断推陈出新，为不同的地区量身打造与之相适应的监测方案和监测设备，保证监测工作的顺利进行和有序开展。

（四）加强水环境监测人员的技术培训

监测人员是水环境监测技术实施过程中的首要执行者，也是对监测质量和监测数据的第一个影响因素。相关环境部门要对监测人员定期进行监测技术的培训和考核，对考核不达标者可以采取淘汰的方式，这样可以从根本上提高监测人员的监测水平和综合能力。在配备管理人才队伍时，可以大力引进高新技术人才，同时相关对即将上岗的监测人员进行全方面考核，力争打造一支工作能力强、专业素养高的水环境监测团队。

五、结语

综上所述，人类社会的水环境污染问题已经相当严重，水环境的在线监测势在必行，加大水环境在线监测工作的力度刻不容缓。在我国农村经济快速发展的过程中，加强农村地区的水环境在线监测，对于保护和改善农村地区的环境质量非常关键。基于此，我们要研究出针对性强、符合农村地区特殊性的水环境在线监测体系，为农村地区的水资源保护和环境与经济的协调发展提供强力支撑。