地表水环境监测技术
一、概述
改革开放以来，随着我国经济迅速增长，人口增加和城市化进程加快，全国环境形势日趋严重。2001年，我国废水排放量约为433亿吨，其中工业废水排放量为203亿吨，而且其中大部分都未经处理或间接排入水体。目前，我国废水排放量缓慢增长，水环境有继续恶化的趋势。水是人类赖以生存和社会发展不可替代的自然资源。随着人口的急剧增加、社会经济的迅速发展，以资源匮乏和污染为主要特征的水资源危机日益成为全球性问题，亦是我国生态环境改善和社会可持续发展的主要制约因素。因此控制水环境污染势在必行。水环境监测是水环境控制战略的基础，水环境控制目标的确定及水环境质量状况的改善要依靠水环境监测。
二、国外水环境监测概况
自工业革命以来，水污染问题首先成为区域性问题，然后是欧洲大陆，现在已经发展为全球性问题。19世纪中叶至20世纪初，水环境污染还未引起人们的足够重视。随着污染的加剧和污染事故的频频发生，在环境危机下的冲击下公众反公害运动风起云涌，在公众的推动下，在1948年美国政府出台了《水污染控制法》，日本则在20世纪50年代开始对水质进行监测，并先后颁布了《水质保全法》、《工业排污法》及《矿山保安法》。英国在第二次世界大战前就开始用pH 计来了解工业废水的酸碱程度，以便控制工业废水向下水道排放，1968年研制成功多项目的水质监测器。国外的水质监测工作在20世纪50年代初还处于一个不发达的阶段，当时的监测工作仅限于河流的几个断面，监测时间为每月数次，监测方法多为人工操作。监测项目主要为一些常规项目和综合指标。这一阶段的水质监测与当时各国的水环境保护政策、人们的认识、当时所具备的技术、经济条件紧密相连。美国70年代设立了国家环保局，英国在1970年成立了环保部，日本在1971年成立了环境厅，西德成立了环保局。特别是1972年斯德哥 尔摩全球环境大会迅速开展起来。现在，水质监测技术已经发展到水质自动监测系统。
在美国，1976年6月，美国环保局颁布了水中优先监测德65类、129种污染物名单。该名单标志着水环境管理与监测进入到一个高级的崭新的阶段。该名单的提出，引起了各国环保部门的高度重视，先后颁布了水中优先监测的名单。
美国水质监测的特点：（1）常规的水质监测从严格的河流标准转移到河流和排放标准基础的结合；（2）严格立法并针对不同时期水质热点问题对水法进行修改；（3）水环境中必须监测的污染物名单直接列入法规中；（4）及时将先进的分析测试技术应用于水环境监测；（5）水环境监测的目标随着国家水环境管理的需要随时调整并始终把保护人体健康为其宗旨。
美国水质监测分为常规项目和有毒污染物项目。常规项目包括BOD、COD、pH、油和脂、悬浮物、氨氮、重金属等。有毒污染物项目包括在1977年就被列入《清洁水法》的65类、129种作为应该优先监测的污染物。美国环保局水环境管理与水环境监测的新动向是：重视和重点控制非点源污染问题；制定长期对地下水实施监测的计划；重视水体富营养化问题。
在前苏联，在1972年，前苏测联通过了《关于加强自然保护和改善自然资源利用率》的决议，并成立负责环境污染水平监测的全国性业务机构。该业务机构的主要任务：物理、化学和水生生物方面对水的污染水平进行监测；污染物的动态和搞清楚污染水平突然波动的条件，以保证对水体污染做出预测；研究自净过程的规律和污染物在水底沉积物中聚集的情况；研究流经河口断面处污染物冲积规律，确定这些物质在水体内的平衡。国家监测系统主要由三种类型的监测组成：固定监测站、专项监测站、临时监测站。至1975年底，全国设立了4000多个监测站，组成了全国监测网。并按照水体性质不同设置不同类别的监测站：一类站、二类站、三类站、四类站。按照实际需要选择测定项目，监测网站的监测项目取决于污水的主要成分。其中包括：水温、悬浮物、矿物质、色度、pH、DO、BOD、COD、有机物、重金属等。
日本水环境监测的组织机构：全日本都道府县都设立环境监测专门机构，从事环境和污染源的监测。水污染常规监测的目的：在统一的立场上对该水域的水质进行综合的测定，把握水质污染的实际情况。初期的水质监测工作主要是靠手工操作。之后发展成建立水质自动监测站、遥感监测，对水质进行常规监测。日本水质监测项目，针对性很强，根据公共用水的水质性状而不同。水质常规项目5项：水温、pH、DO、浊度及电导。日本环境厅从1974年起开展了化学物质环境安全性普查，到1985年底，普查过的化学品达600多种。.日本水质监测有一套全国统一规定的环境标准和排水执行。污染物分析项目有一套完整的、经过适用性检验的标准分析方法。从水质监测的角度出发，发展目前没有开展的遥测项目：COD、DO、重金属、pH等。
西欧国家的水环境检测系统主要目的是为人类健康、水生生物多样化服务，为水环境管理提供科学依据，实现监测信息直接转化为管理措施；按水环境管理单元设置，打破行政区界限；打破专业界限，由水文、气象、水质监测等多项专业综合；重视监测信息的时效性，水环境监测系统拥有很强的数据传送、通讯能力。
三、国外水环境监测的布点原则
1.国外水环境监测一般性原则
（1） 监测工厂排放的废水，控制排污浓度与排放总量。
（2） 经常监测水系水质，掌握水质污染动向，及时发现污染危险，以便采取防污染措施，保护水系。
2. 污染源废水监测点布点一般性原则
（1） 在距污染源上游约1000m处设置一个监测点；
（2）在距排污水口或者在污染源下游500m处设置1个或几个监测点。
3. 河流水质采样点的设计原则
（1） 宏观位置——在流域中要采样的河段；
（2） 微观位置——河段内相对于河口的位置或具有其他唯一特征的位置
（3） 代表性位置——河流横断面上的各测点
4. 确定宏观位置的基本方法
（1） 根据监测面积的覆盖率
（2） 根据流域区域居住人口密度指标。
（3） 根据监测目的。
5. 确定微观位置的基本方法
流域内宏观位置确定之后，微观位置确定的步骤为：信息（包括影响水体水质的所有因素、水的用途及用量和水质要求、未来潜在的污染源、水体已有的水质数据）汇总；数据评估；现场勘察；站位优选。
6. 确定采样点位置的基本方法
采样断面（微观位置）确定之后，假如那里存在完全混合，并且为得到代表性样品，在横面上只要取一个样即可；如果在要采样的断面没有完全混合带，则有3种具体选择。
四、国外水环境监测分析方法
监测分析方法是执行法规的前提。国外水环境监测标准分析方法已系统化，如国际标准化组织（ISO）有一个水质技术委员会，专门负责起草并颁布水环境方面的标准分析方法，目前已覆盖了水环境监测的所有项目。其中许多ISO的方法为世界各国等效采用，或在它的基础上在
五、水质自动监测系统
水质自动监测系统代表水环境监测高级阶段，可以实现对本地区水系的河道、湖泊、水库乃至海域实现长时间的连续监控，实时监视水质状况和动态变化规律，及时发现污染事件，随时做出水质状况报告，定期做出阶段报告，并进而建立水质变化模式，做到水质的预测报告。
水质自动监测系统的类型：
（1） 以水文自动监测为主，水文、水质监测相结合的水质自动监测系统
（2） 以流域水质监测为主，由若干子站和中心站组成纯水质自动监测系统
（3） 以污染源监测为主，由污染源子站、污水处理场子站和水环境子站共同组成的水质自动监测系统
（4） 由水子站中设自动采样器，将定时、按比例或按流量采集的水样送实验室分析，以弥补自动监测项目的不足
（5） 其他自动监测系统
水质自动监测系统的范例：泰晤士河流大型水监测管理系统、日本琵琶湖自动水质监测系统、日本东京都水质自动监测系统、美国国家水质自动监测网（国家水文基准点网、国家河流质量统计网、国家水质警戒系统、美国流域监测网）。
水质自动监测系统的特点：对水质的变化能做到快速反应，及时预报。
水质自动监测系统存在的问题：
自动监测系统中的传感装置抗干扰性差、精度低、寿命短；大多数水质自动监测系统需要有人去维护；监测项目较少，有许多新的污染物，特别是有毒有机污染物不能测定；一般只限于水质常规5项或6项，多数项目在很大程度上依赖实验室完成；一次性投资及日常维修经费大等。
六、我国地表水环境监测现状
1、概况
我国现有2229个环境监测站，其中地市级站391个，县级站1799个。资料统计，70%左右的县级站、97%左右的市级站均已经开展了至少5个项目的水环境质量监测。1982年，国家环保总局会同17个部门和各地的监测站组成了国家环境监测网，并在逐步的扩大中。1994年以来，分别组建了长江暨三峡生态环境监测网、淮河流域环境监测网、太湖流域环境监测网、近海海域环境监测网等。我国于1988年在天津建立了一个水质连续自动监测系统。包括一个中心站和四个子站。1998年以来，我国水质自动监测站的建设有了较快的发展。
2、我国地表水水质监测技术水平
我国现行水质监测技术水平与发达国家20世纪60年代水质监测技术水平相似，主要体现在：
1）我国1987年颁布的《环境监测技术规范》中规定，地表水常规监测项目为41个（见表1），其中必测项目为22个。在22个必测项目中重金属6个、无机污染物及综合性指标14个、有机污染物2个。绝大部分国控网站均能完成必测项目的监测分析，部分网站开展了地下水质的监测项目（共25项）
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我国从1994年开始修改地表水监测技术规范，目前已正式发布。
2）我国对一般河流设置：对照断面、控制断面、削断断面、背景断面、入境断面、化学异常断面。
3）我国地域辽阔，故各地的水质监测时间与采样频率不同。
4）地表水采集方法以手工采样为主。手工采样方式分为两种：采样器和水桶。
5）我国地表水环境质量标准中所有的基本项目均有配套的国家标准分析方法。
6）全国环境监测系统中广泛开展了实验室的QA/QC活动。
7）我国水质监测实验室仪器装备逐步改善。目前环保系统仪器原值约5.2亿。
8）我国各级监测站每年约上报有效监测数据3000多万个，其中国控网站上报1030万个。
9）我国根据水环境监测数据对地表水质的评价方法采用《全国环境质量报告书编写技术规定》中的方法。
10）水中优先控制污染物黑名单的研究。1992年，由国家环保局公布了水中控制的污染物黑名单，共68种，其中有毒有机污染物58种。
环境监测20余年来在我国环境保护工作中起到重要作用。了解监测中存在的问题与差距，可以更好的使环境监测为环境管理服务。我国水环境监测的问题和差距：1、水环境监测的作用与地位不明显。许多部门对环境监测是一项政府行为和技术监督职能的认识不足，在有关政策和制度的制定中往往忽略了其权利和义务，经费的投入得不到保障。2、监测队伍不适应新形势下的社会主义市场经济的要求。监测系统本身对职责缺乏认识，对政府职能、监督职能的内涵缺乏完整的准确的理解。3、环境监测管理体制不适应《计划纲要》的要求。目前水环境监测体制的特点是遵照行政隶属关系的管理模式，因此各地区监测站在水环境流域监测、污染源监测、污染事故应急监测等方面缺乏足够的联系和配合。国外现行的管理体制大多以流域管理为主。
1. 现行的水质断面布设不能满足《计划纲要》的特殊要求。我国现行的地表水质量监测中，国控点位经过了两次优化，从宏观上可反映我国整体水环境质量状况。但是，国家提出“三河”“三湖”的流域管理思路与控制目标后，依靠现行的水系国控面就不能及时反映“三河”“三湖”的治理效果。
2. 水环境监测技术与国家总量控制要求不适应。总量控制对水环境质量监测提出了新的要求，目前就其设备和技术方法尚未完全解决。
3. 水环境监测技术方法发展不平衡，缺乏整体配套功能。具体表现在水质采样方法、样品的前处理方法比较薄弱。
4. 水质监测分析方法与现行的水环境质量标准和污水排放标准不配套。我国现有的水环境质量标准与污水排放控制98项污染物，而现有的标准分析方法不配套。另外，也没有形成系列的水质分析方法，使得已颁布的标准缺乏严肃性，为其贯彻实施带来一定的困难。
5. 水环境监测的QA/QC未实现全程序控制的系统化。水质监测实验室内质量控制已比较规范。但是野外布点、采样与样品运输等环节的质量保证工作始终比较薄弱。随着环保监测工作的不断深入，水质监测的项目不断增加，许多实验室缺乏相应的仪器设备。
6. 现行水质监测项目不适应水环境状况。水质监测项目与水环境状况不相适应主要表现在两个方面：一是该增加的有机污染指标迟迟增加不上去，造成各大水系中有机污染物呈加重之趋势。二是对某些已经比较清楚的污染程度比较轻的项目进行反复重复地监测。
7. 水质监测报告缺乏及时性、针对性、不能满足环境决策与管理的需要。水质监测数据不能及时上报成为水环境监测质量报告时间滞后的唯一原因，使环境管理的决策者不能及时了解全国水环境质量状况。
8. 水质评价指标体系有待改进。我国对地表水主要采用综合污染指数进行评价，在实际应用中发现综合污染指数有许多局限性，已经不太适应我国新形势下对水环境监测工作的需要。综合污染指数的另一个问题是它不能平等地反映各断面的水质污染情况。
我国地表水环境监测技术路线
我国水环境监测经过20多年的发展，已经形成了以国控网站为骨干的监测网络体系。特别是我国十大水系已经成立了国家水环境监测网络。但是我国水环境监测技术路线不明确，水环境监测没有确定一个长远发展目标。我国经济正处在稳步发展时期，工业生产和人类活动排放的废水对于水体污染的压力也随之增加，我国水体受污染的形势十分严峻。为实现国家环境保护“十五”计划和2010年远景目标，纲要确定的目标及有关举措的实施，水环境监测的主要任务应是：及时地、全面地、准确地反映全国及重点流域、海域、地区水环境质量状况以及治理后的效果；分析水环境质量与污染源废水排放总量之间的关系；预测水环境质量变化趋势；评估水体质量对水生生物和人体健康的影响，为环境保护决策部门提供技术支持。
制定我国地表水环境监测技术路线
原则：
（1）可行性原则
（2）先行性原则
（3）目的性原则
依据：
（1）《国家环境保护“十五”计划和2010年远景目标》
（2）《中华人民共和国水体污染防治法》
（3）《“十五”期间全国主要污染物排放总量控制计划》
（4）《地面水环境质量标准》
（5）《污水综合排放标准》
目的：为了适时了解地表水水质的现状，掌握地表水水质的变化规律，查清水质污染的原因，为流域水污染防治立法、规划、地表水功能区划、流域内污染源的限期治理以及落实流域和区域污染物排放总量控制计划提供科学的依据。
目标：在未来10年，要在全国建成：对主要江、河、湖、库的重点断面实现自动在线监测对一般国控断面按月监测、省控断面实现按双月监测、市控断面实现按季度监测的地表水监测体系。
(1)建立我国水质自动监测系统
到2010年我国水环境监测的总体目标是在重点流域及城市实现水质自动监测系统，对水环境质量和重点污染源进行连续监测，及时反映水质变化情况及污染物的迁移转化规律，及时反映国家控制污染源排污措施的效果并及时调整有关政策。
我国水质自动监测系统的设计思路是：
建立地区水质自动监测系统；建立国家水质自动监测系统；
2005年目标：在一些城市建立地区水质自动监测系统。在国家重点流域初步建立国家水质自动监测系统。
2010年目标：以113年个重点城市为主建立地区水质自动监测系统。
建立并完善重点流域国家水质自动监测系统。
建立我国水质自动监测网络系统。
（2）加强并完善我国水质常规监测系统
水质自动监测系统具有实时和连续反映水质状况、水质发生变化时及时报警、节省人力、监测数据不受人力因素影响等优点。我国水质常规监测系统经历了20余年的发展，建立了比较完善的符合我国国情的布点、采样、运输、分析、报告 等方面的技术规范。
因此我国地表水监测技术路线应确定为：以流域为单元，优化断面为基础，连续自动监测分析技术为先导；手工采样、实验室分析技术为主体；移动式现场快速应急监测技术为辅助手段的自动监测、常规监测与应急监测相结合的水质监测技术路线。
（1） 水质常规监测方式应体现：
以水环境监测技术规范为核心，以全程序质量控制为基础，逐步以仪器分析替代化学分析方式，加强并完善水质常规监测系统。
强化对国家重点治理流域的监测方式，严格按照水质监测技术规范开展常规监测，增加监测国控点位和监测频次，完善水质监测能力，确保监测数据准确反映流域水质污染状况。
加强水环境监测总量控制技术研究，完善水质监测断面设置，解决水质监测中的测流问题，开展入河口纳污总量的监测，开发污染控制指标的现场简易快速监测技术。
大力开展水环境优先监测研究，增加有机污染物监测项目，删减长期未检出或在标准值以下的项目。
继续推进标准化分析方法的制定，以保证水环境质量标准和污水综合排放标准的贯彻实施，完善实验室内的质量保证和质量控制，强化全程序的质量保证和质量控制。
开发水环境监测数据的综合分析和利用，及时准确地报告水环境质量状况，建立专用环境监测计算机局域网和监测数据专线传输网，开发编制统一的环境监测管理软件。
加强流域国家水环境监测网络建设，强化各专业网的技术职能，建立和完善各专业网的管理规定和技术规范，逐步开展水生生物监测和地下水水质常规监测。
（2） , ;水质自动监测方式为：以污染源和城市河段为基本控制单元，以省级监测站为控制中心，建立我国地区级的水质自动监测系统。
（3） 应急监测的发展方向是：加强对污染物排放废水的监测、突发性水污染事故监测，发展快速应急监测技术，组建以中国环境监测总站为中心、各省级监测站为地区中心的快速应急监测网络。
在各级环境保护行政主管部门的统一指挥下，充分发挥科研院所、厂矿和社会其他部门的监测力量，形成能及时发现、尽快监测、迅速处理的事故应急监测队伍。
建立事故应急监测制度和事故的报告制度，事故发生和处理应及时逐级上报。
实施地表水环境监测技术路线的保证措施
1. 强化环境监测的政府行为
2. 加强国家对环境监测系统的行政管理能力
3. 强化对国家重点治理流域的监测方式
4. 加强水环境监测中的总量控制技术研究
5. 大力开展水环境优先监测研究，增加有机污染物监测项目
6. 监测项目与频次
7. 监测方法
8. 完善实验室内的QA/QC，强化全程序QA/QC
9. 引入市场机制，加强对污染源排放废水的监测
10. 加强突发性水污染事故监测，发展简易快速应急技术
11. 加强水环境监测数据的综合利用，及时、准确地报告水环境质量状况
12. 应逐步开展水生生物的监测
13. 扶持我国环保产业的发展
实施地表水环境监测技术路线的可行性分析
14. 监测技术路线的先进性
在国外，水环境监测领域中针对不同的流域和管理需要都采用了两种监测方式：即水质自动监测和常规监测，并将两种监测方式有机地结合起来。
15. 人员与资金的保证性
实行我国水环境监测的技术路线需要有两个基本条件的保证，人员和资金。在监测队伍中缺乏国家级的学术带头人。资金是实行我国水环境监测技术路线至关重要的条件，无论是常规监测还是自动监测，无论是监测仪器还是标准样品，均与投入监测的资金有关。目前，由于国家及地方政府对环境监测工作的重视，我国水环境监测资金渠道比任何以往都畅通。
水和人们的生活密切相关许多工矿企业农牧鱼业水上运输和旅游事业的发展都受到水资源的制约我国是水资源比较缺乏的国家人均占有量低于世界上多数国家保护仅有的水资源不受污染是环境保护最重要任务之一 .
自然界存在的水实际上是溶解各种无机物和有机物的水溶液此外还含有悬浮颗粒物微生物等河流湖泊地下水中的化学物质的来源可分为天然的和人为的污染的两个方面大体上来自下列一些渠道。
1 )地面水溶解大气中的各种气体如CO2 SO2 SO3 等。
2 )降水净化了大气同时将大气中的尘粒污染气体转移到水中另外海风海雾挟带着海盐粒子吹到大陆使沿海或海岛降水中NaCl 和MgCl2 浓度比内陆降水要高得多 。
3 )地面水地下水与岩石土壤接触溶解了其中可溶性成分。
4 )现代工农业生产活动及人类的生活活动向水体排放了许多污染物质这些污染物质有。
a 耗氧性污染物有机物和还原性无机物。
b 植物营养物含氮磷钾碳的无机有机污染物会造成水体富营养化。
c 石油类。
d 有毒有机污染物如酚卤代烃氯代苯有机氯杀虫剂有机磷杀虫剂等。
e 有毒无机物如氰化物硫化物重金属等。
上述污染物进入水体其浓度超过了水体本身的自净能力就会使水质变坏进而影响到水质的可利用性。
地表水和地下水中的主要成分是Ca2+ Mg2+ Na+ K+ SO4 2- Cl- HCO3 - SiO32- 即所谓八大基本离子地表水还含有数十种痕量成分多数元素浓度在ppt~ppb 量级实际上环境水的水质标准比其背景值含量要高得多海水所含主要元素是Cl Na Mg S Ca K Br 等其余30 多个元素的平均含量多 ,在ppm 以下有些元素的浓度也是在ppt~ppb 量级工业废水和生活污水是在被利用水资源基体成分的基础上增加了某些污染物质的含量情况千差万别监测分析人员应充分了解所测水样的性质及含污染物的种类和数量只有把握了被监测分析水质的化学成分我们才能估计各个监测分析方法的适应性以便正确地加以选择同时根据资料我们才可能判断测定结果是否合理本专业组遴选推荐的监测分析方法主要是为环境水质的质量标准和废水的排放标准配套因此在选择监测项目时首先考虑的是质量标准和排放标准中所规定的监测项目能尽可能配有监测分析方法其次对某一项目尚未制订标准但可能有局部污染问题或在某些调查研究中需要监测的比较重要的项目根据现在的技术条件作了适当的选择第三增加了有关水化学主要成分即钙镁钾钠硫酸盐氯化物碳酸盐和硅酸盐等的监测方法这对于了解化学类型及水质评价有重要作用在选择监测分析方法时着重考虑了以下诸因素。
1 )灵敏度选择的分析方法能满足环境水质质量标准和废水排放标准准确定量的要求监测方法的检测限至少应小于标准值的三分之一并力求低于标准值的十分之一 。
2 )选择性监测方法的选择性要好抗干扰能力要强若存在干扰能采用适当的掩蔽剂和预分离的方法予以消除所收集的分析方法均给出了干扰试验的数据及消除干扰的具体方法读者可根据样品的组成情况灵活应用。
3 )稳定性保证分析方法具有良好的重复性再现性和准确度。
4 )所用试剂仪器易得操作方法简单快速便于推广应用。
5) 根据我国实际情况并与国际标准方法协调一致的原则优先等效或参照采用国际标准为我国的标准分析方法。
6 )在可能的条件下尽量采用国内外的新技术和新方法推动我国环境监测技术水平的提高任何一个监测方法都有的局限性即有它的适用浓度范围干扰物的种类及允许的限量因此每个监测项目一般都有两个以上的分析方法可供选择根据各个方法已经积累的经验和成熟的程度这些方法可划分为三类
1 国家标准方法这些方法成熟能满足实际工作的需要。
2 统一方法是目前较好的统一监测分析方法但需要积累更多的经验或经过实验室间的验证使之标准化。
3 试行方法这类分析方法尚不够成熟作为试行方法先用起来希望通过实践来不断研究修改和完善。
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