环境监测技术智能化在水生态环境的应用及展望

环境监测技术智能化在水生态环境的应用及展望

陈海峰

广东宇南检测技术有限公司

摘要:中国经济进入了高质量发展以来,中国水业高质量发展时代亦需要进行资源化、智慧化、生态化的技术发展方向；环境监测是水生态环境保护中的基础，对于水生态环境监测的重要性愈发的显要。本文将通过水生态环境中的环境监测智能化作用来分析其未来的发展研究趋势。

关键词：环境监测、智能化、水生态环境、科学预测

在水生态环境中，如湖畔、江河、城市的水体等，利用各种环境监测技术掌握其环境的数据以及未来的变化，为环境保护和制定生态治理方案提供可靠的参考数据。近年来国家对于水生态治理的投入有效地将生态环境的保护水平带向了一个全面发展的时代，“十四五”的“监测先行、监测灵敏、监测准确”的总体思路，需要构建面向生态环境治理体系与治理能力现代化的智慧监测体系，实现精准化、公开化、便民化，从而更好地保障了民众的绿色水生态环境。因此，对水生态环境的智能化监测技术的需求巨大。

1. 水生态环境保护与监测的重要性

1.1水生态环境的特殊性

水生态环境的特殊性在于其循环系统的高流动性与全面性。随着国家的城市建设的现代化，城市的水循环已成为水生态系统的重要一环，影响着自然中的其他水环境；由于各个城市和地区水资源分配不均匀，严重导致不同城市每日人均用水量的高低不一；此外，在城市中容易出现严重的水体污染现象，水中含有的次生态化学垃圾散发的恶臭气味或有害化学的气体，会严重影响周边居住环境的空气质量，还有可能导致城市居民日常饮用水有害致病菌的滋生，威胁到了城市居民的日常生活和身体健康。以上种种原因，均有碍于我国现阶段对生态文明建设的发展。因此，需要加大力度对水生态环境进行快速、精准地监测和保护。

1.2水生态监测的技术概述

上个世纪80年代后期,我国开始从国外引进水质自动监测系统,对水环境开展实时动态监测,并基于物联网技术构建了污染源自动监控系统[1]。“十一五”至“十三五”期间，我国水质监测设备通过各项科研攻关、产业化项目的实施，在检测性能、功能等方面取得了长足的进步，部分国产设备综合性能已超过进口设备，自动化监测系统集成、设备管理平台开发等方面取得了重大进展。“十四五”的规划提出“有河有水、有鱼有草、人水和谐”要求，促进水生态保护修复和水生生物多样性提升为导向，对水生态环境监测体系的构建提出更高要求。

目前，水生态环境监测传感器主要有三大类：化学、物理、生物等。化学传感器测量周期长，需定期人工维护，有毒化学物质对水体造成二次污染。物理传感器一般采用光化学方法或电化学方法，整个测量过程只需几秒钟，无试剂添加。随着精度、稳定性和使用寿命的不断提高，物理传感器在水体中的应用越来越广泛。生物传感器则直接利用生物与被测物体之间的相互作用产生响应信号，具有选择性好、灵敏度高、稳定性差等优点。目前，生物传感器已实现在线监测水体生化需氧量、重金属、有机物等指标，随着生物传感器技术的不断发展，其应用前景和发展空间广阔。

2.水生态环境智能化监测技术

2.1实时监控系统的自动化

当前，水生态系统的实时在线监测技术主要包括3种类型：固定式、浮标式和微型移动式[2]。

固定式监控系统是一种建立在室内的自动化监控设备，可以安装网络监控设备，实现对监控实时更新，也可以通过手动的方法对监控进行记录，其具有多种类型的仪表、检测结果具有很高的精度，但占用空间大、施工和维修费用高、位置固定，容易受气象条件影响，导致未能准确地体现出较大水体的现状，监测范围小，不能大规模进行，因此其应用范围受到限制，主要在我国地表水的重要点位进行了自动检测应用。

浮标式监控系统由浮标、维护平台、传感器、通讯设备、供电系统、锚系等构成，该系统一般采用了柔性的结构，采用锚索将其与水体中的水体连接起来，能够快速准确地对水体进行水质监控，并能够及时地传送监测资料，具有很好的抗干扰性能，可为江河湖泊和海洋等水体环境提供长期性连续的实时、可靠的观测结果[3]。该系统技术由于硬件设备昂贵，成本高，目前主要应用在海洋环境调查中。

微型流动监控是利用便携式实时监控装置对多个水体进行实时监控。该系统具有监控范围广、仪器一体化程度高等特点，能够实现对监控的实时数据进行远距离传送。由于具有规模小、投入低等优点，它适合城市中的小型河流、景观河流和一些有代表性的河流。近年来，随着我国水质快速检测技术的不断发展，微型便携式自动监控装置能够对11项水质指标进行实时、动态的监测，所占的空间不大于1m3。该方法具有标定方便、不需要改变试剂、占用空间小的优点，但是容易受到环境污染。

 2.2紧急情况下的实时监控技术

为应对突发水环境污染事件，需要对其所受的水生态环境进行快速的应急监测，其监测设备主要有便携式、移动式、实时监测、实时监测等。基于光学、电化学、色谱、质谱等技术研制的各种便携式监测仪器，具有体积小、便于携带、可实现对各种常规水质的快速定量要求

[4]。可通过构建移动现场监控系统，实现现场快速分析、数据处理和通讯传送等多种工作方式，来适合野外现场采样、存储和分析。如应急监测船，由船体、船载流动实验室、便携式应急监测设备、应急保护设备等设备构成，具备移动监测、水上实验、快速预警等多种设备，对所管辖区域的环境进行实时监测。

2.3远程监控技术

远程监控技术，主要通过遥感技术对水体中各种物质的折射性反应物质的成分和浓度等信息利用，可以监控水体中的悬浮物质、叶绿素a、水体透明度、热污染、石油污染等[5]。由于卫星遥感监测范围广，数据采集方便，图像处理和解释方便，可以监测大范围的水体。而无人机的遥感技术主要有传感技术、图像拼接技术以及实时的数据传送和储存功能特点，逐步得到广泛应用。与传统遥感相比，无人驾驶飞机能自行设计飞行路线，操作简单，可安装多种高分辨率的多个感应器，分辨率达到毫米，适合于实时获取小范围高分辨率遥感资料，从大尺度上进行监测，同时还能收集到大量的河川水文资料。

3.水生态环境智能化监测技术的展望

环境监测技术智能化的应用节约了大量的人力与物力资源，保证了监测结果的准确性与客观性，为水生态环境保护工作的开展提供了重要依据。随着5 G技术的日益普及，将进一步促进水资源的安全监控。利用5 G技术，结合“十四五”规划发展，实现对我国重要水体进行监测数据的精准分析与智能化的数据处理；使生态环境监控系统的网络化、小型化、智能化，大大增强了对水生态环境的实时监控。同时，藻类、浮游生物等与水体状态有关的智能感测装置也将会是未来水生态环境监控系统研究与使用的一个重要趋势。

参考文献

[1]贾益刚.物联网技术在环境监测和预警中的应用研究[J].上海建设科技,2010(6):65-67.

[2]印士勇,刘辉,王英才.水质传感网的多载体检测及自适应组网技术研究[M]. 北京:科学出版社,2018.

[3]王波,李民,刘世萱,等.海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势[J].仪器仪表学报,2014,35(11):2401-2414.

[4]朱小红，王亦伟.突发水环境污染事故应急监测技术分析[J].环保节能，2022，38（6）:164-166.

[5]李燕萍.基于遥感技术的地表水水质检测方法分析[J].化学化工资源,2022,49(10):122-125.