基于河湖长制管理信息系统的水污染溯源技术

基于河湖长制管理信息系统的水污染溯源技术

肖超  洪帅 郑联庆

海口市河长制办公室  海南省海口市570100

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。水污染防治是河湖长制工作的六大任务之一，在推进水污染防治时要充分考虑“水中污染、岸上问题、基层解决”的特点，统筹兼顾水岸污染，加强对河湖水环境的长期监管。由于重点水域的重要性及特殊性，针对重点水域，特别是水质不稳定的水域对其进行水污染防治和水环境治理工作显得迫在眉睫且具有十分重要的现实意义。随着河湖长制工作的不断推进及深化落实，完成水污染防治和水环境治理任务，不仅仅需要行政管理手段和考核体系，同时也需要积极地综合各领域专业技术手段，以科技创新驱动业务发展，支撑并保障日常工作任务的开展和监督管理活动。

关键词：河湖长制管理；信息系统；水污染溯源技术

引言

如何快速、精准地进行污染源识别,是一项亟待解决的科学问题。为准确、高效地追踪污染物的来源,对水质进行快速监测评估是前提,此外,受水文过程、河流动态的影响,建立有效的溯源识别方法是关键。

1“河湖长制”建设的重要组成

水污染防治的成效，直接体现了河湖长的履职尽责效率，同时对于河湖水环境治理改善也有着积极的作用。目前已建的河湖长制管理信息系统平台中也将有关河湖水质监测功能作为系统的重点建设内容。水污染溯源作为水污染防治的重要前置功能，以相关水环境参数融合形成数据深度处理和分析和预警为基础，以江河湖泊重点水域作为监管对象，将水污染溯源监管系统的先进技术方法应用到河湖长制管理信息系统平台中，为相关工作人员提供决策支撑，助力河湖长制工作落地生根，推动“智慧河湖”的创新发展和深化探索。

2地下水污染常用的溯源技术

2.1水化学特征分析法

化学方法是一种常用的水污染防治技术，主要包括氧化、还原、中和等手段。这些方法通过化学反应，将水体中的污染物转化为无害物质，从而达到净化水体的目的。首先，氧化是一种常见的化学方法，它是通过氧化剂将污染物氧化成无害物质，从而达到去除水体中污染物的目的。氧化技术一般适用于有机物、异味物质等污染物的去除。常见的氧化技术包括高级氧化技术、臭氧氧化技术、过氧化氢氧化技术等；其次，还原是一种常见的化学方法，它是通过还原剂将污染物还原成无害物质，从而达到去除水体中污染物的目的。还原技术一般适用于重金属等污染物的去除。常见的还原技术包括硫化技术、还原铁技术等；再次，中和是一种常见的化学方法，它是通过将酸性或碱性的污染物与中和剂反应，使其中和成中性物质，从而去除水体中的污染物。中和技术一般适用于酸性或碱性污染物的去除。常见的中和技术包括石灰中和技术、氢氧化钠中和技术等。化学方法在水污染防治中具有广泛的应用价值，其不仅可以单独使用，也可以与其他技术相结合，提高水质净化的效果和质量。随着技术的不断进步和发展，化学方法在水污染防治中的应用将变得更加广泛和有效。

2.2同位素技术

同位素技术是根据稳定同位素比值或同位素分馏导致的同位素比值变化规律判断污染源头的方法。常见稳定同位素包括碳、氢、氮、铅等，由于该方法能够忽略污染物的产生来源（原本存在或中间产物），对农药等有机污染物的溯源发挥了很大作用。此类研究国外发展较早，其中地下水污染广泛使用的氮同位素技术于20世纪70年代就有研究，提出了3种主要污染源的氮同位素特征：化肥-4‰～+4‰，矿化的土壤有机氮4‰～8‰，粪便或污水8‰～20‰。

2.3数值模型模拟技术

（1）该技术主要是利用计算机技术，并通过数据分析和图像展示的方法来研究自然界的各类问题。而在地下水污染溯源中应用数值模型模拟技术的主要目的是，对污染源进行定性判断，同时再运用计算机技术建立模型来模拟污染物的演变和运动。这项技术的优势在于，运用高效灵活，且在运算时可以对污染情况进行顺向推理，所以能对污染物的来源进行较为准确的判断。（2）目前，广泛应用于地下水污染溯源的是以上三项技术，且每项技术都有一定的优势，但也各自存在不足之处。其中，水化学特征分析法的重点在于定性分析，但不能判断污染物的权重；而同位素技术由于同位素分馏问题的存在，导致准确性不高；数值模型模拟技术在应用时需要复杂的编程，所以在实际应用中不够方便。因此，在进行地下水污染溯源时，为了保证溯源结果的准确性，需要将这些技术结合起来综合使用，以充分发挥出各自优势，同时互相弥补缺陷。例如，在当前阶段，工作人员可以选择LocalLDAP把节点元数据存放起来，再根据实际区域（如国家、省、市等）将其组织到同一个GlobalLDAP中，这样做可以实现各节点数据之间的关联，达到数据共享要求。以我国为例，把中国环境科学研究院节点作为GlobalLDAP主节点，将它与其他子节点关联后可建立所需的虚拟组织。具体关联中每个节点选择InformationGridService作为支撑技术，利用其中的动态地组建或撤销（RegisterAgent/UnregisterAgent）功能，并在设置好节点访问权限的前提下，实现主节点对子节点的直接动态调用与控制等。

2.5水纹识别法

水纹识别法是指通过分析水中某些特征污染因子与各污染源之间的关系来识别水污染来源以及各来源的贡献。利用事先采集好的指纹,在对污染物进行源解析时,只需进行逐一对照,寻找相同特征的污染物,从而更好更快地确定污染源。

2.6溯源与预警技术的结合研究

及时发现地下水污染并快速预警，能够大大减少污染影响范围并降低溯源难度。目前的溯源技术尚未和污染预警技术进行有效结合，仅在部分文献里谈及根据日常检测的水化学特征变化发现污染，但很难及时发现不存在于日常检测项目里的污染物种类。水质指纹库的建立能够有效识别具有行业特征的污染物，但不能做到自主实时预警；同位素技术则检测成本相对较高且种类繁多，无法在控制成本情况下做到应检尽检。对溯源技术与预警技术进行有机结合，成为下一步地下水污染管控的重点。

3地下水污染治理措施

3.1建立完善的整体规划体系

在城市的土地规划过程中，必须要遵循可持续发展的原则，规划土地时不仅要考虑城市的发展，还需要全面考虑城市的自然生态和地下水资源。同时，在进行土地规划时要完善整体的统筹规划，禁止与城市职能无关的工厂或企业进入城市占用土地，尤其是在生产过程中会造成环境污染和地下水污染的企业；要大力推动相关企业搬迁，合理规划工厂用地；同时对于城市中的生活饮用水源区域要展开大力保护，而对于任何企业、工厂和居民区的选址都要进行严格的整体性规划，以加强对地下水资源的保护。

3.2人工智能(AI)在水污染溯源预警中的应用

随着人工智能和计算机技术的飞速发展,河流污染的预警与溯源越来越智能化,对违规排放等环境违法行为的发现已不再是难以实现。AI技术对于指纹图谱的特征识别、提取、匹配和分类具有很好的辅助作用,可有效提升对污染物源解析的精确性和计算速度,并节约成本。机器学习是AI算法的核心,按照模型自主学习、自适应、数据集训练数据进行不断的学习和优化,最后通过分类器获得主要污染物类别,经过分类匹配追踪污染物来源。机器学习应用在水质预警和污染物溯源的相关研究越来越多,将成为新的研究热点。

结语

随着社会经济的快速发展和生产力的提升，地下水的污染问题受到越来越多的关注。而地下水溯源技术的应用和发展让人们掌握了基本的污染源和污染途径，在这样的背景下开展地下水污染治理工作能得到更好的效果，从而也可以使地下水资源得到更好的保护。

参考文献

[1]王会霞.地下水污染识别与溯源指示因子研究进展[J].环境科学研究，2021，34（8）：1886-1898.

[2]李敏.基于微型水站的小流域污染溯源技术思路研究[J].黑龙江环境通报，2021，34（3）：14-16.

[3]田颖.紫外—可见指纹图谱溯源技术及应用研究[J].环境污染与防治，2021，43（7）：843-846+863.