甘丹科技河北有限公司作者
水庫環(huán)境監(jiān)測涉及水質(zhì)、水文、生態(tài)等多維度數(shù)據(jù)采集與分析,需結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代科技手段。以下是常見的監(jiān)測技術(shù)和方法及其應(yīng)用場景:
一、水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)
1. 傳統(tǒng)實驗室分析
方法:采集水樣后,通過化學(xué)試劑滴定、分光光度法、色譜分析(如氣相色譜、液相色譜)等手段,檢測水質(zhì)指標(biāo)(如重金屬、有機物、營養(yǎng)鹽等)。
應(yīng)用場景:適用于精準(zhǔn)定量分析,如總磷、總氮、重金屬離子(鉛、鎘、汞)、農(nóng)藥殘留等關(guān)鍵指標(biāo)的實驗室檢測。
優(yōu)點:結(jié)果準(zhǔn)確性高,是水質(zhì)評價的 “金標(biāo)準(zhǔn)”。
缺點:耗時較長,需人工采樣和操作,難以實時監(jiān)測。
2. 在線自動監(jiān)測技術(shù)
水質(zhì)自動監(jiān)測站
原理:通過傳感器(如 pH 電極、溶解氧電極、濁度儀)和自動分析儀,實時連續(xù)監(jiān)測水溫、pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等參數(shù)。
應(yīng)用場景:布設(shè)在水庫入庫口、壩前、出水口等關(guān)鍵點位,實現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)分鐘級更新,預(yù)警水體污染或富營養(yǎng)化風(fēng)險。
優(yōu)點:實時性強,可遠程傳輸數(shù)據(jù),支持動態(tài)趨勢分析。
典型設(shè)備:哈希(Hach)、聚光科技(FPI)等品牌的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。
浮標(biāo)式監(jiān)測系統(tǒng)
原理:搭載多參數(shù)水質(zhì)傳感器、氣象傳感器(風(fēng)速、光照)和數(shù)據(jù)傳輸模塊的浮標(biāo),漂浮于水面監(jiān)測表層水質(zhì)。
應(yīng)用場景:適用于大型水庫或湖泊的長期動態(tài)監(jiān)測,可集成藻類熒光傳感器預(yù)警水華風(fēng)險。
優(yōu)點:安裝靈活,可移動,適合復(fù)雜水域(如分層水庫)的立體監(jiān)測。
3. 生物監(jiān)測技術(shù)
浮游生物監(jiān)測
方法:采集水樣后,通過顯微鏡鑒定浮游植物(如硅藻、綠藻)和浮游動物(如橈足類、枝角類)的種類與密度,評估水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)(如中營養(yǎng)、富營養(yǎng))。
應(yīng)用場景:輔助判斷水庫是否存在富營養(yǎng)化趨勢,如小灣水庫通過浮游生物垂直分布研究水體分層問題。
技術(shù)升級:流式細胞術(shù)、DNA 條形碼技術(shù)可快速鑒定微生物種類,提高監(jiān)測效率。
魚類生態(tài)監(jiān)測
聲吶技術(shù):利用回聲探測儀(如 ADCP)監(jiān)測魚類種群數(shù)量、分布及活動軌跡。
魚探機器人:如密云水庫使用水下機器人拍攝魚類影像,結(jié)合圖像識別技術(shù)分析種類和數(shù)量。
方法:
應(yīng)用場景:評估水庫生態(tài)健康,判斷食物鏈穩(wěn)定性及人類活動(如過度捕撈)的影響。
二、水文與氣象監(jiān)測技術(shù)
1. 水文參數(shù)監(jiān)測
水位與流量監(jiān)測
雷達水位計:通過雷達波反射測量水位,精度高、抗干擾強。
流速儀:如聲學(xué)多普勒流速儀(ADCP),測量入庫、出庫水流速度及流量。
方法:
應(yīng)用場景:監(jiān)測水庫蓄水量變化、洪水期水位預(yù)警、水體交換周期計算等。
水溫與分層監(jiān)測
方法:垂直剖面溫度傳感器(如溫鹽深儀 CTD),測量不同水層溫度,分析水庫熱分層現(xiàn)象(如夏季溫躍層對溶解氧分布的影響)。
應(yīng)用場景:溫帶或高海拔水庫的水質(zhì)分層研究,如小灣水庫通過水溫分層分析浮游生物分布差異。
2. 氣象參數(shù)監(jiān)測
方法:安裝氣象站監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、降水、日照時長等,分析氣象條件對水質(zhì)的影響(如暴雨導(dǎo)致面源污染入庫)。
應(yīng)用場景:結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù),建立 “氣象 - 水質(zhì)” 關(guān)聯(lián)模型,預(yù)測天氣下的水質(zhì)波動。
三、遙感與地理信息技術(shù)(GIS)
1. 衛(wèi)星遙感監(jiān)測
原理:利用 Landsat、哨兵衛(wèi)星(Sentinel)等遙感影像,反演水體面積、透明度、葉綠素 a 濃度、熱異常(如排污口熱污染)等參數(shù)。
應(yīng)用場景:
大范圍水庫水面動態(tài)監(jiān)測(如干旱期蓄水面積變化)。
藻類水華遙感預(yù)警(如通過近紅外波段識別藍藻聚集區(qū))。
優(yōu)點:覆蓋范圍廣,適合人力難以到達的偏遠水庫。
2. 無人機監(jiān)測
方法:搭載高清攝像頭或多光譜傳感器的無人機,低空飛行拍攝水庫岸線、排污口、漂浮物(如垃圾、死魚)等。
應(yīng)用場景:
應(yīng)急監(jiān)測:突發(fā)污染事件時快速定位污染源。
生態(tài)巡查:監(jiān)測庫區(qū)周邊植被破壞、非法采砂等人類活動。
典型案例:部分水庫利用無人機定期巡查,結(jié)合 AI 圖像識別技術(shù)自動標(biāo)記異常區(qū)域。
3. GIS 空間分析
應(yīng)用:將監(jiān)測數(shù)據(jù)(水質(zhì)、水文、污染源位置)與地理信息結(jié)合,繪制污染擴散模擬圖、水質(zhì)等級空間分布圖,輔助管理部門制定分區(qū)管控策略。
四、智能感知與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IoT)
1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)
原理:在水庫不同點位部署微型傳感器節(jié)點(如 pH、DO 傳感器),通過 Zigbee、NB-IoT 等協(xié)議自組網(wǎng),實時傳輸數(shù)據(jù)至云端平臺。
應(yīng)用場景:構(gòu)建 “空 - 天 - 地 - 水” 一體化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),尤其適合山區(qū)水庫的多節(jié)點分布式監(jiān)測。
2. 區(qū)塊鏈技術(shù)
應(yīng)用:將監(jiān)測數(shù)據(jù)上鏈存儲,確保數(shù)據(jù)不可篡改,提升環(huán)境監(jiān)管的公信力。例如,浙江省部分水庫試點區(qū)塊鏈水質(zhì)數(shù)據(jù)存證,用于生態(tài)補償考核。
五、新興技術(shù)趨勢
1. 人工智能(AI)與大數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)建模:利用機器學(xué)習(xí)算法(如隨機森林、LSTM)分析歷史監(jiān)測數(shù)據(jù),預(yù)測水質(zhì)參數(shù)(如氨氮濃度)的變化趨勢,提前預(yù)警污染風(fēng)險。
圖像識別:通過 AI 算法自動識別水樣中的浮游生物種類,或無人機影像中的污染源(如污水管道出水口)。
2. 生物標(biāo)志物監(jiān)測
方法:檢測水體中特定基因或酶的活性(如藻毒素基因、抗氧化酶),快速判斷污染物毒性或生態(tài)脅迫程度。
應(yīng)用場景:應(yīng)急監(jiān)測中縮短毒性評估時間,如重金屬或有機污染物泄漏事件。
六、監(jiān)測方法的選擇策略
常規(guī)監(jiān)測:以在線自動監(jiān)測站為主,覆蓋 pH、DO、濁度等基礎(chǔ)參數(shù),搭配每月一次的實驗室采樣分析(如重金屬、有機物)。
專項監(jiān)測:
富營養(yǎng)化風(fēng)險:增加葉綠素 a、總磷、總氮監(jiān)測頻次,結(jié)合浮游生物鏡檢。
生態(tài)評估:采用聲吶、無人機、DNA 測序等技術(shù),調(diào)查魚類、底棲生物、植被多樣性。
應(yīng)急監(jiān)測:利用無人機、移動監(jiān)測車(搭載便攜式質(zhì)譜儀)快速響應(yīng),配合衛(wèi)星遙感追蹤污染擴散范圍。
總結(jié)
水庫環(huán)境監(jiān)測需根據(jù)功能定位(如飲用水源地、灌溉水庫)、地理特征(如峽谷型、平原型)和管理目標(biāo),定制 “多技術(shù)融合” 的監(jiān)測方案。未來,隨著 AI、物聯(lián)網(wǎng)和遙感技術(shù)的發(fā)展,監(jiān)測將向智能化、精準(zhǔn)化、一體化方向升級,為水庫生態(tài)保護、水資源管理和風(fēng)險預(yù)警提供更強的技術(shù)支撐。
全年征稿/資訊合作
聯(lián)系郵箱:hbzhan@vip.qq.com
- 版權(quán)與免責(zé)聲明
- 1、凡本網(wǎng)注明"來源:環(huán)保在線"的所有作品,版權(quán)均屬于環(huán)保在線,轉(zhuǎn)載請必須注明環(huán)保在線,http://m.kytsldc.cn。違反者本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
- 2、企業(yè)發(fā)布的公司新聞、技術(shù)文章、資料下載等內(nèi)容,如涉及侵權(quán)、違規(guī)遭投訴的,一律由發(fā)布企業(yè)自行承擔(dān)責(zé)任,本網(wǎng)有權(quán)刪除內(nèi)容并追溯責(zé)任。
- 3、本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性,不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品來源,并自負版權(quán)等法律責(zé)任。
- 4、如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。