研發(fā)風(fēng)險預(yù)警平臺 助力流域水質(zhì)監(jiān)管
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圖為太湖流域（江蘇）水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺。
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針對太湖流域（江蘇）主要水污染物總量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分散、預(yù)警體系不完善、溯源控污能力不足、監(jiān)控數(shù)據(jù)與信息管理不集中等問題，“十二五”伊始，江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心牽頭，中國環(huán)境科學(xué)研究院、南京大學(xué)、江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心（江蘇省環(huán)境信息中心）3家高校、研究機(jī)構(gòu)參與，共同申報了“太湖流域（江蘇）主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺構(gòu)建及示范”課題。課題分屬國家水體污染控制與治理科技重大專項流域水污染防治監(jiān)控預(yù)警技術(shù)與綜合示范主題太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成綜合示范項目。
目前，這一課題已經(jīng)完成了成果研發(fā)和綜合集成，研究開發(fā)了太湖流域（江蘇）主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺，完成了主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺數(shù)據(jù)中心建設(shè)，實現(xiàn)了風(fēng)險源監(jiān)控、預(yù)警和溯源三大功能，并在示范區(qū)示范運行。
課題以說清太湖流域（江蘇）主要水污染物（COD、氨氮、總磷、總氮）風(fēng)險源排放總量及其在水環(huán)境中的累積性污染為主線，著力開展流域內(nèi)主要水污染物總量監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)警方面的關(guān)鍵技術(shù)、管理制度研究，包括太湖流域（江蘇）主要水污染物排放風(fēng)險源監(jiān)控體系建設(shè)、主要水污染物排放總量和環(huán)境風(fēng)險監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、主要水污染物排放總量動態(tài)監(jiān)控和評估系統(tǒng)建設(shè)、主要水污染物累積性環(huán)境風(fēng)險預(yù)警與溯源技術(shù)研究與示范等內(nèi)容，建立流域、區(qū)域和控制單元3級主要水污染物總量監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)警平臺，在太湖流域（江蘇）范圍內(nèi)實現(xiàn)90%主要水污染物風(fēng)險源監(jiān)控，在典型匯水通道和入湖河流開展風(fēng)險預(yù)警示范，并將研究成果通過管理制度與水環(huán)境監(jiān)管、流域水質(zhì)監(jiān)測工作并軌運行，推動相關(guān)評價技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險預(yù)警管理平臺的業(yè)務(wù)化運行。
課題最終的研究目標(biāo)，是圍繞太湖流域（江蘇）水污染事故、企業(yè)偷排行為和總量超標(biāo)等突出環(huán)境問題，結(jié)合總量減排等環(huán)境管理實際需求，按控制單元水生態(tài)功能目標(biāo)要求優(yōu)化流域內(nèi)主要水污染物總量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建流域內(nèi)水質(zhì)自動監(jiān)測質(zhì)控中心，建立主要水污染物總量減排、考核和動態(tài)評估指標(biāo)體系，利用流域主要水污染物排放總量累積性風(fēng)險預(yù)警及示蹤溯源技術(shù)，建立風(fēng)險源污染及事故管理、湖體主要水污染物監(jiān)控預(yù)警、入湖總量風(fēng)險評估、污染源主要水污染物排放風(fēng)險評價和企業(yè)偷排示蹤溯源管理平臺并進(jìn)行示范化運行，實現(xiàn)對太湖流域（江蘇）水污染物總量監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)警的管理目標(biāo)，為加強(qiáng)太湖水污染治理和污染事故防控提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。
研究1
初步建成主要水污染物總量超標(biāo)和累積性風(fēng)險監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)
課題以江蘇省太湖流域為研究區(qū)域，以影響太湖流域水環(huán)境安全的主要水污染物排放風(fēng)險源為研究對象，按照“風(fēng)險源識別與分級——氮磷排放評估——超標(biāo)預(yù)測預(yù)警與管理”的技術(shù)路線，開展了流域內(nèi)主要水污染源識別研究和環(huán)境風(fēng)險調(diào)查，以主要污染物質(zhì)識別清單、排放途徑與管理因素、受納水體敏感性3方面要素構(gòu)建水環(huán)境風(fēng)險源與分級評估指標(biāo)體系，建立了水污染風(fēng)險源識別與分級方法。
方法建立后，課題組對太湖流域（江蘇）4889家工業(yè)源企業(yè)與污水處理廠進(jìn)行評估與分級，確定重點水環(huán)境風(fēng)險源（一級水環(huán)境風(fēng)險源）317家，實現(xiàn)了對288家重點水污染累積性風(fēng)險源污染排放狀況的監(jiān)控，監(jiān)控比例達(dá)到91%。同時，構(gòu)建了基于WEB-GIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）的太湖流域主要水污染風(fēng)險源基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫與分級管理系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)匯總、上傳、整理，并保存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，初步實現(xiàn)了重點水環(huán)境風(fēng)險源的分級監(jiān)控管理。
同時，課題組從典型匯水通道主要水污染物通量自動監(jiān)測、主要水污染物總量減排水質(zhì)目標(biāo)考核斷面自動在線監(jiān)測、基于控制單元的流域主要水污染物總量監(jiān)測、太湖湖體自動監(jiān)測四大監(jiān)測體系現(xiàn)狀出發(fā)，分析太湖流域水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，對不再適應(yīng)需求的斷面進(jìn)行了調(diào)整，新增一批滿足工作及研究要求的監(jiān)測斷面，逐步建立了流域、區(qū)域和控制單元三級主要水污染物總量超標(biāo)和累積性風(fēng)險監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，最終形成了涵蓋143個水質(zhì)監(jiān)測斷面（點位）的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
研究2
構(gòu)建4個流域性水環(huán)境自動監(jiān)測質(zhì)控（分）中心，增建10個太湖湖體浮標(biāo)站
結(jié)合實際工作需求，目前，課題已在無錫宜興市（大浦港）構(gòu)建了1個流域性水環(huán)境自動監(jiān)測質(zhì)控中心，在常州市（丁莊）、無錫市（直湖港）、無錫宜興市（陳東港）分別構(gòu)建了1個質(zhì)控（分）中心。質(zhì)控（分）中心是水質(zhì)自動站質(zhì)控管理機(jī)構(gòu)，是省級質(zhì)控管理的基礎(chǔ)和延伸。主要用于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)自動站運行維護(hù)，管理區(qū)域內(nèi)自動站質(zhì)量控制，包括對運營商監(jiān)督檢查、質(zhì)控考核、質(zhì)控管理，對地方監(jiān)測站技術(shù)指導(dǎo)、聯(lián)合比對，應(yīng)急污染事故期間的應(yīng)急質(zhì)控以及應(yīng)急監(jiān)測等。
課題還在太湖湖體中增建了10個浮標(biāo)式多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱浮標(biāo)站），監(jiān)測項目一般包括水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素和藍(lán)綠藻等，部分站點還增設(shè)了富營養(yǎng)化指標(biāo)監(jiān)測項目氨氮、總磷的監(jiān)測。一般監(jiān)測頻次可設(shè)為每兩小時或4小時監(jiān)測一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)狀況明顯變化或發(fā)生污染事故時，監(jiān)測頻率也可調(diào)整為連續(xù)監(jiān)測。
目前，4個質(zhì)控（分）中心及新建的10個浮標(biāo)站均正式投入太湖流域運行。質(zhì)控（分）中心的建設(shè)，強(qiáng)化了區(qū)域內(nèi)水質(zhì)自動站的質(zhì)量管理，整合各級管理和運營機(jī)構(gòu)功能，統(tǒng)一了監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)控平臺，為最大限度發(fā)揮監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的作用提供了保障。浮標(biāo)式自動監(jiān)測系統(tǒng)與實驗室手工監(jiān)測、遙感監(jiān)測互相結(jié)合，尤其在藍(lán)藻預(yù)警工作期間，浮標(biāo)式自動監(jiān)測預(yù)警成果為調(diào)水引流、藍(lán)藻打撈、控源截污、湖泛預(yù)警等綜合治理太湖措施的推進(jìn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，且對水質(zhì)異常情況“早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報、早行動”意義重大。
研究3
動態(tài)監(jiān)控與評估太湖流域主要水污染物排放總量
課題于2013年開展了竺山湖流域的污染現(xiàn)狀調(diào)查，通過建立污染源端元混合模型和同位素示蹤庫，運用宿主特異性生物標(biāo)志物定性、定量溯源方法，開展了氮磷累積性風(fēng)險溯源分析，建立了面源污染點源化GIS技術(shù)，編制了污染物累積性風(fēng)險溯源技術(shù)優(yōu)化模型軟件，并進(jìn)行了示范區(qū)內(nèi)營養(yǎng)物溯源分析，解析出示范區(qū)內(nèi)氮、磷營養(yǎng)物累積性風(fēng)險的污染結(jié)構(gòu)、時空分布特征、關(guān)鍵風(fēng)險源。
同時，課題提出了適用于太湖示范區(qū)的日最大污染負(fù)荷核算方法（TMDL模型），并對示范區(qū)進(jìn)行面源污染負(fù)荷的核算，擬定了風(fēng)險預(yù)警閾值的確定方案，優(yōu)化集成了流域排污總量環(huán)境風(fēng)險面源污染的溯源成套技術(shù)、太湖流域（江蘇）面源污染負(fù)荷核算方法、示范區(qū)水污染過程陸域——水域復(fù)合模型，并進(jìn)行了示范應(yīng)用研究。
在竺山湖湖區(qū)主要水污染物排污總量自動在線監(jiān)測體系和河流匯水通道特征水污染物通量自動監(jiān)測體系構(gòu)建的基礎(chǔ)上，選擇了示范區(qū)內(nèi)的殷村港、漕橋河、太滆運河3條重點河流作為監(jiān)測對象，利用其水質(zhì)自動監(jiān)測站測得的高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮、流量等數(shù)據(jù)，建立主要水污染物排放總量數(shù)據(jù)的采集和傳輸系統(tǒng)，結(jié)合流域、區(qū)域重大減排治理工程對主要污染物排放影響，建立了符合流域、區(qū)域、控制單元容量總量控制和功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)管理需求的，以氮磷排放為重點的主要污染物總量核定方法技術(shù)體系，定期以水質(zhì)月報的形式通報當(dāng)月河流4項指標(biāo)入湖總量、總量月內(nèi)變化趨勢。
課題還選擇典型控制單元和主要污染物指標(biāo)為研究對象，完成了殷村港、漕橋河、太滆運河等主要入湖河流典型水質(zhì)及水文響應(yīng)關(guān)系測試，根據(jù)流域減排量可推求河流入湖水質(zhì)響應(yīng)，反之根據(jù)河流入湖水質(zhì)可推求流域減排總量。建立了符合水生態(tài)功能分區(qū)水質(zhì)目標(biāo)管理的，基于控制單元主要水污染物總量控制與水環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)關(guān)系模型，及時跟蹤新老污染物增減動態(tài)變化情況和流域、區(qū)域重大減排治理工程在控制和削減高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮排放情況，通過模型應(yīng)用，動態(tài)實時預(yù)警總量減排對水環(huán)境質(zhì)量變化的影響。同時完成主要水污染物總量減排動態(tài)評估子系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)包含總量排放核定、減排動態(tài)評估、減排績效評估和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計分析和系統(tǒng)管理幾個模塊。
案例
主要污染物監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺在無錫、常州運行
在以上研究基礎(chǔ)上，課題綜合集成研究成果，研究開發(fā)了太湖流域（江蘇）主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺，已完成示范區(qū)三級功能分區(qū)、控制單元等多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成研究，風(fēng)險源申報系統(tǒng)設(shè)計及主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺數(shù)據(jù)中心建設(shè)，建成集風(fēng)險源監(jiān)控、水環(huán)境監(jiān)測、總量風(fēng)險監(jiān)控為一體的示范區(qū)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了對示范區(qū)內(nèi)風(fēng)險源、環(huán)境質(zhì)量、排污總量的監(jiān)控，并可進(jìn)行總量核定與動態(tài)評估，實現(xiàn)了風(fēng)險源溯源決策的功能。
平臺基于WEB-GIS空間展示系統(tǒng)，緊緊圍繞一個數(shù)據(jù)中心、三個標(biāo)準(zhǔn)、六大模塊進(jìn)行建設(shè)。一個數(shù)據(jù)中心，即課題示范平臺利用分時異構(gòu)傳輸技術(shù)集成了風(fēng)險源、水質(zhì)自動站、水質(zhì)斷面、總量監(jiān)控、典型入湖河流主要污染物最大日負(fù)荷量等數(shù)據(jù)信息的采集和交換，建成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫4類15項，收集的數(shù)據(jù)已超過15萬條。三個標(biāo)準(zhǔn)，即基于研發(fā)的風(fēng)險源分級標(biāo)準(zhǔn)、總量監(jiān)控體系構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、總量預(yù)警閾值標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)險源進(jìn)行篩查和定級、風(fēng)險源總量監(jiān)控預(yù)警、流域總量動態(tài)評估。六大模塊，平臺由風(fēng)險源監(jiān)控、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、總量動態(tài)評估、風(fēng)險溯源管理、監(jiān)測月報、示范區(qū)監(jiān)控六大模塊組成，分別實現(xiàn)了對太湖流域90%以上風(fēng)險源的實時監(jiān)控，對太湖流域出入湖河流、湖體、15條主要入湖河流實行總量實時監(jiān)控與動態(tài)評估、風(fēng)險預(yù)警與溯源等功能。
目前，平臺已在示范區(qū)（無錫宜興市、常州市武進(jìn)區(qū)）進(jìn)行了業(yè)務(wù)化運行，隨著研究成果的落地應(yīng)用，課題配套同時形成了《太湖流域（江蘇）水環(huán)境風(fēng)險源分類分級管理辦法（草案）》《太湖流域水環(huán)境風(fēng)險源超標(biāo)排放預(yù)警通報制度（草案）》，用于支撐水環(huán)境風(fēng)險源的動態(tài)分級管理；形成了《基于水質(zhì)自動站網(wǎng)的典型匯水通道主要水污染物通量監(jiān)測技術(shù)方案》《太湖湖體自動監(jiān)測體系構(gòu)建及試運行報告》《江蘇省太湖流域地表水環(huán)境監(jiān)測點位手冊》等系列管理文本，加強(qiáng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)管理；形成了《太湖流域入湖總量核定研究技術(shù)辦法和通報制度》，并定期對水污染物累積性環(huán)境風(fēng)險預(yù)警與溯源情況進(jìn)行通報，指導(dǎo)地方使用部門操作。
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