南水北调中线水源工程水质监测保障工作研究

南水北调中线水源工程水质监测保障工作研究
作者：王健
来源：《长江技术经济》2022年第02期
摘要：南水北调中线工程供水水质备受社会关注。

通过对丹江口水库5年多的水质监测，特别是2021年首次蓄水至正常蓄水位170m的高水位水质监测工作，总结经验、发现差距，着力提升水质监测保障能力。

通过梳理水质监测工作情况，分析工作中存在的困难和问题，对水质监测保障工作提出了进一步明确工作思路、推进能力建设、提升应急处置能力的建议。

关键词：南水北调;中线工程;水源地;水质监测
中图法分类号：X832 文献标志码：A
2021年10月10日14时，加高后的丹江口水库首次蓄水至170m正常蓄水位。

丹江口水库作为南水北调中线一期工程的水源地，供水水质至关重要，为实时掌握水库水质情况，保障南水北调中线工程水质安全，南水北调中线水源有限责任公司（以下简称“中线水源公司”）切实履行水质监测主体责任，组织实施了首次达蓄库区水质监测，取得了显著成效。

1 水质监测基本情况
1.1 丹江口水库概况
丹江口水库位于汉江中上游，控制流域面积9.52万km2，主库区核心区分布于湖北省十堰市5个县（区）和河南省南阳市淅川县。

丹江口水库是以防洪、供水为主，结合发电、航运等综合利用功能的大（1）型水库，作为南水北调中线工程水源地，承担着向河南、河北、北京、天津等4个省市的20多座大中城市供水任务，同时兼顾农业和生态用水的任务。

丹江口大坝加高工程是南水北调中线一期工程的关键性控制工程，2013年5月全面完工，加高后的丹江口水库正常蓄水位提高至170m，相应库容达到290.5亿m3，水库面积超过1 000km2。

2014年12月12日，南水北调中线一期工程正式通水。

中线水源工程已顺利完成了7个年度的供水任务，供水量逐年提高，累计向北方调水430多亿m3，2020—2021供水年度供水量创历史新高，超过90亿m3;陶岔渠首入干渠水质常年保持在地表水Ⅱ类及以上。

1.2 库区水质监测基本情况
丹江口库区水质监测站网于2016年完成建设，2017年投入监测运行。

水质监测工作包括自动实时监测和人工采样监测2种方式。

（1）自动监测。

设置了7个自动监测站，实时掌握省界、库中、坝前和陶岔取水口等重要点位的重要水质监测指标的变化趋势，包括3个固定式水质自动监测站（以下简称固定站）和4个浮动式水质自动监测站（以下简称浮动站）。

固定站监测15项水质指标和5项气象指标，浮动站监测10个水质监测指标，每4个小时进行1次自动采样和监测分析，并通过无线网络将检测结果自动发送至信息化平台。

（2）人工监测。

布设了32个人工监测断面，包括16个库内断面和16个入库支流断面，按照每日、每月、每季、每年的频次，通过人工现场采样和实验室检测的方式，掌握库区水质总体状况。

水质监测指标从每日2次的常规9项，到每月1次的基本24项，再到每年2次的
全指标109项，另外还有补充5项、叶绿素a、透明度、水生生物、生物残毒、底质等进行监测，基本实现了库区水质的全面掌握。

1.3 水质监测指标
依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），根据自动监测站和人工监测断面的实际情况和需求，丹江口库区水质监测站网分别确定了相应的水质监测指标。

（1）自动监测指标。

考虑固定站和浮动站的建设位置，根据配置的设备设施情况，分别确定了固定站15项和浮动站10项。

固定站15项。

陶岔、青山、馬蹬3个固定站每4小时监测1次，包括水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、叶绿素a、总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数、铅、锌、镉、铜、生物毒性等15项指标。

浮动站10项。

陶岔区界、仓房香花、坝前、龙口浪河4个浮动站每4小时监测1次，包括水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、叶绿素a、总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数等10项指标。

（2）人工监测指标。

根据各类人工监测断面的目标和任务，以及采样、检测的频次，分别确定了常规9项、常规24项、补充5项和全指标109项。

常规9项。

陶岔渠首人工监测断面每日2次监测的常规9项，包括水温、pH、TDS、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮等9项指标。

常规24项。

32个库内和入库支流人工监测断面每月1次监测的常规24项，包括《地表水环境质量标准》规定的地表水环境质量标准基本项目，即水温、pH、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群等。

（详见表1）
补充5项。

库内16个人工监测断面每月1次监测的补充5项，是指《地表水环境质量标准》规定的集中式生活饮用水地表水源地补充项目，包括硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁、锰等5项指标。

（详见表2）
全指标109项。

陶岔、汉库中心、丹库中心和鄂豫省界4个重要人工监测断面每年2次监测的全指标109项，是指《地表水环境质量标准》规定的地表水环境质量标准基本项目24项，集中式生活饮用水地表水源地补充项目5项，以及集中式生活饮用水地表水源地特定项目80项。

其他。

对部分断面的叶绿素a、透明度2项指标，以及水生生物、生物残毒和底质等指标进行监测。

2 首次达蓄水质监测实践
2017年10月，丹江口水库蓄水至历史最高167m。

根据水雨情预测预报情况，2021年汛末、汛后，丹江口水库蓄水位可能再创新高。

为及时掌握丹江口水库汛期及汛后蓄水期间的水质状况，中线水源公司及时制定了水质监测实施方案，组建了工作机构，配备了高素质的水质监测人员，有效开展了首次达蓄的水质监测工作，圆满完成目标任务。

2.1 水质监测措施
丹江口汛期及汛后蓄水水质监测工作，从库水位达到164m时开始启动实施，在自动监测数据分析频次由每月1次调整为每日1次的基础上，重点开展了人工加密水质监测。

（1）实施全覆盖监测。

当库水位每升高1m，即达到167m、168m、169m、170m时，开展1次16个库内人工监测断面和16个入库支流人工监测断面基本24项及叶绿素a、透明度的人工采样监测。

（2）增设监测断面。

增设了坝前人工监测断面，按照每3天1次的频次，开展常规9项水质指标的监测，当天可以取得检测结果。

2.2 水质监测情况
水库水质的评价，先按照时间序列计算各断面（点位）各单项水质监测指标算术平均值，再按空间序列计算各单项指标算术平均值，最后依据各单项指标算术平均值，采取单因子评价法，根据评价时段内参评指标中类别最高的一项来确定。

根据原环境保护部2011年印发的《地表水环境质量评价办法》，地表水水质评价指标《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）基本24项中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标;水温、总氮、粪大肠菌群作为参考指标单独评价（河流总氮除外）。

水库营养状态评价指标为叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）和高锰酸盐指数（CODMn）共5项。

（1）日常监测水质情况。

从5年多来水质监测成果来看，丹江口水库水质总体良好，库内水体总体保持在中营养状态，特别是陶岔渠首水质明显优于库内水体水质;大部分入库支流水质能够达到管理目标，虽然局部库湾及个别入库支流水质距管理目标仍有一定差距，但已明显呈现向好趋势。

以2021年为例，按照年均值进行评价，库内16个监测断面均符合Ⅰ～Ⅱ类
水质标准，其中Ⅰ类断面超过40%;入库支流16个断面均符合Ⅰ～Ⅲ类水质标准，其中Ⅱ类断面接近90%。

（2）高水位监测水质情况。

近150天的高水位水质监测成果显示，坝前断面水质优良，符合Ⅰ～Ⅱ类水质标准，主要为Ⅱ类水质;库内16个人工监测断面和入库支流16个人工监测断面水质大多数有所下降，初步判断是由于2021年汛末汉江流域发生历史最大秋汛，强降导致上游地表径流汇入使面源污染增加，且167m至170m间首次蓄水，亦有相应物质释放、析出，汛后（11～12月）随着水位回落，水质状况已明显好转，与历史状况基本一致。

3 着力提升水质监测保障能力的建议
2021年8月下旬，丹江口水库蓄水至164m开始，直至2022年1月中旬回落到167m，丹江口水库开展高水位、长历时的水质监测尚属首次，通过首次达蓄的水质监测实践，客观真实地展现了水库高水位情况下库区水质的情况，全面系统的反映了库区及其入库支流水质变化情况。

总体上来看，首次达蓄后的高水位运行与初期超历史最高水位蓄水情况下的水质变化趋势相仿，与最初的预判情况基本一致。

丹江口水库首次达蓄后的水质监测工作圆满成功，达到了预期的效果，为进一步提升水质监测保障能力提供了实践基础。

3.1 问题与差距
在首次达蓄的水质监测实践过程中，5年来水质监测工作暴露出的问题与差距更加突显，有必要采取针对性措施加以解决。

（1）自动化监测能力不足。

丹江口水库水域面积超过1 000km2，入庫水系众多，现阶段仅设置了3个固定站、4个浮动站，对10～15个水质监测指标进行实时监测，其他32个人工监测断面每月开展一次常规24项和补充5项的人工采样、检测，监测时间间隔较长，特别是针对一些水质情况不好的断面，缺乏对水质变化趋势全面掌握，仍有需要提升的空间。

（2）信息化管理水平不够。

自动监测站监测频次高、人工监测断面数量多，每月监测数据达数万个个，虽然建成了水质监测信息系统，由于信息化技术发展较快，原系统仅停留在数据整理层面，在历史数据比较分析、趋势研判、污染物传播演进等方面均存在较大差距，远未达到数字孪生水利工程建设的要求，必须将水质监测工作纳入数字孪生水源工程建设，全面提升算据、算法和算力，运用先进科技手段，提升信息化管理水平。

（3）应急处置能力仍有差距。

水质超标事件，既有可知污染物进入库区水体的情况，也有上游来水出现未知污染物超标的情况，尤其是第二种情况，需要生态环境部门和运行管理单位互为补充的水质监测体系发现并预警。

目前的库区水质监测站网虽然配置了应急监测车、船，但是日常监测频次不高，对上游来水污染物监测的针对性不强，加之应急监测设备设施配
备尚需进一步科学评估论证，在当前对中线供水水质备受关心、关注的情况下，仍需进一步提高应急监测能力，确保供水水质安全。

3.2 提升能力的思考
通过总结首次达蓄后的水质监测工作，分析工作中存在的困难和问题，找准今后监测工作的重点和难点，从而厘清库区水质日常监测和重点监测的工作思路，为推进水质监测高质量发展提供依据。

（1）持续强化能力建设。

按照新阶段水利高质量发展要求和数字孪生工程建设的安排部署，加强水质监测顶层设计，着力提升水质监测网络体系和自动化监测能力，着力推进水质监测和演化趋势“四预”功能，不断提高水质风险防范能力。

（2）全力提升应急监测。

修订完善应急监测预案，补充完善应急水质监测设备设施，加强水质监测实验室硬件提档升级，提升水质监测人员的素质素养，推进水质监测站网管理标准化、规范化建设，提高应急预演针对性、实战性，不断增强应急处置能力。

参考文献：
[1]张乐群，付昕，白凤朋.丹江口水库典型支流对水库总氮浓度的影响[J].人民长江，2020（7）：40-45.
[2]张乐群，吴敏，万育生.南水北调中线水源地丹江口水库水质安全保障对策研究[J].中国水利，2018（1）：44-47.
2.1 水质监测措施
丹江口汛期及汛后蓄水水质监测工作，从库水位达到164m时开始启动实施，在自动监测数据分析频次由每月1次调整为每日1次的基础上，重点开展了人工加密水质监测。

（1）实施全覆盖监测。

当库水位每升高1m，即达到167m、168m、169m、170m时，开展1次16个库内人工监测断面和16個入库支流人工监测断面基本24项及叶绿素a、透明度的人工采样监测。

（2）增设监测断面。

增设了坝前人工监测断面，按照每3天1次的频次，开展常规9项水质指标的监测，当天可以取得检测结果。

2.2 水质监测情况
水库水质的评价，先按照时间序列计算各断面（点位）各单项水质监测指标算术平均值，再按空间序列计算各单项指标算术平均值，最后依据各单项指标算术平均值，采取单因子评价法，根据评价时段内参评指标中类别最高的一项来确定。

根据原环境保护部2011年印发的《地表水环境质量评价办法》，地表水水质评价指标《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）基本24项中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标;水温、总氮、粪大肠菌群作为参考指标单独评价（河流总氮除外）。

水库营养状态评价指标为叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）和高锰酸盐指数（CODMn）共5项。

（1）日常监测水质情况。

从5年多来水质监测成果来看，丹江口水库水质总体良好，库内水体总体保持在中营养状态，特别是陶岔渠首水质明显优于库内水体水质;大部分入库支流水质能够达到管理目标，虽然局部库湾及个别入库支流水质距管理目标仍有一定差距，但已明显呈现向好趋势。

以2021年为例，按照年均值进行评价，库内16个监测断面均符合Ⅰ～Ⅱ类水质标准，其中Ⅰ类断面超过40%;入库支流16个断面均符合Ⅰ～Ⅲ类水质标准，其中Ⅱ类断面接近90%。

（2）高水位监测水质情况。

近150天的高水位水质监测成果显示，坝前断面水质优良，符合Ⅰ～Ⅱ类水质标准，主要为Ⅱ类水质;库内16个人工监测断面和入库支流16个人工监测断面水质大多数有所下降，初步判断是由于2021年汛末汉江流域发生历史最大秋汛，强降导致上游地表径流汇入使面源污染增加，且167m至170m间首次蓄水，亦有相应物质释放、析出，汛后（11～12月）随着水位回落，水质状况已明显好转，与历史状况基本一致。

3 着力提升水质监测保障能力的建议
2021年8月下旬，丹江口水库蓄水至164m开始，直至2022年1月中旬回落到167m，丹江口水库开展高水位、长历时的水质监测尚属首次，通过首次达蓄的水质监测实践，客观真实地展现了水库高水位情况下库区水质的情况，全面系统的反映了库区及其入库支流水质变化情况。

总体上来看，首次达蓄后的高水位运行与初期超历史最高水位蓄水情况下的水质变化趋势相仿，与最初的预判情况基本一致。

丹江口水库首次达蓄后的水质监测工作圆满成功，达到了预期的效果，为进一步提升水质监测保障能力提供了实践基础。

3.1 问题与差距
在首次达蓄的水质监测实践过程中，5年来水质监测工作暴露出的问题与差距更加突显，有必要采取针对性措施加以解决。

（1）自动化监测能力不足。

丹江口水库水域面积超过1 000km2，入库水系众多，现阶段仅设置了3个固定站、4个浮动站，对10～15个水质监测指标进行实时监测，其他32个人工
监测断面每月开展一次常规24项和补充5项的人工采样、检测，监测时间间隔较长，特别是针对一些水质情况不好的断面，缺乏对水质变化趋势全面掌握，仍有需要提升的空间。

（2）信息化管理水平不够。

自动监测站监测频次高、人工监测断面数量多，每月监测数据达数万个个，虽然建成了水质监测信息系统，由于信息化技术发展较快，原系统仅停留在数据整理层面，在历史数据比较分析、趋势研判、污染物传播演进等方面均存在较大差距，远未达到数字孪生水利工程建设的要求，必须将水质监测工作纳入数字孪生水源工程建设，全面提升算据、算法和算力，运用先进科技手段，提升信息化管理水平。

（3）应急处置能力仍有差距。

水质超标事件，既有可知污染物进入库区水体的情况，也有上游来水出现未知污染物超标的情况，尤其是第二种情况，需要生态环境部门和运行管理单位互为补充的水质监测体系发现并预警。

目前的库区水质监测站网虽然配置了应急监测车、船，但是日常监测频次不高，对上游来水污染物监测的针对性不强，加之应急监测设备设施配备尚需进一步科学评估论证，在当前对中线供水水质备受关心、关注的情况下，仍需进一步提高应急监测能力，确保供水水质安全。

3.2 提升能力的思考
通过总结首次达蓄后的水质监测工作，分析工作中存在的困难和问题，找准今后监测工作的重点和难点，从而厘清库区水质日常监测和重点监测的工作思路，为推进水质监测高质量发展提供依据。

（1）持续强化能力建设。

按照新阶段水利高质量发展要求和数字孪生工程建设的安排部署，加强水质监测顶层设计，着力提升水质监测网络体系和自动化监测能力，着力推进水质监测和演化趋势“四预”功能，不断提高水质风险防范能力。

（2）全力提升应急监测。

修订完善应急监测预案，补充完善应急水质监测设备设施，加强水质监测实验室硬件提档升级，提升水质监测人员的素质素养，推进水质监测站网管理标准化、规范化建设，提高应急预演针对性、实战性，不断增强应急处置能力。

参考文献：
[1]张乐群，付昕，白凤朋.丹江口水库典型支流对水库总氮浓度的影响[J].人民长江，2020（7）：40-45.
[2]张乐群，吴敏，万育生.南水北调中线水源地丹江口水库水质安全保障对策研究[J].中国水利，2018（1）：44-47.。