水资源监测的技术有哪些

【专家解说】：关于水资源监测、水生态监测及城市水文工作的专题报告 水利部水文局副局长 林祚顶 (2010年3月27日) 在去年的全国水文工作会议上，陈雷部长明确了"大水文"发展理念，强调要从"行业水文"向"社会水文"转变，要"立足水利，面向全社会服务"，并提出了新时期水文工作的指导思想、发展布局、工作重点和保障措施，为今后一个时期我国水文发展指明了方向。刚才刘宁副部长充分肯定了去年水文工作的成绩，分析了当前水文形势，就贯彻落实陈雷部长对水文工作的要求，提出了要"夯实三个基础、强化五项工作"，并强调"大水文"就是"大服务"，要进一步强化服务等要求。 水资源监测、水生态监测和城市水文工作是水文服务民生水利、服务经济社会发展的重要基础工作，也是今后需要水文部门进一步强化服务的重点工作。 下面我就水资源监测、水生态监测和城市水文工作向大家作简要汇报。 一、水资源监测 1、最严格的水资源管理制度 随着经济社会发展和人民生活水平的提高，水资源短缺和水污染等问题越来越突出，已成为制约经济社会发展的重要因素。 为加强水资源管理和保护等工作，陈雷部长在2009年2月召开的全国水资源工作会议上，提出要实行最严格的水资源管理制度，划定水资源管理红线。一是要围绕水资源的配置、节约和保护，明确水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制;二是要明确水功能区限制纳污红线，严格控制入河排污总量;三是要明确用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费。在今年的全国水利厅局长会议上，陈雷部长强调要"全面推进最严格的水资源管理制度"，"抓紧建立和完善水资源开发利用、水功能区限制纳污、用水效率控制等指标体系，做到能操作、可检查、易考核、有奖惩"。经我部协调有关部门，国务院八个部委已经会签同意国务院关于实行最严格水资源管理制度的有关意见。 2、水资源管理指标体系 为落实最严格的水资源管理制度，目前，我部水资源司正在组织制定水资源开发利用、水功能区限制纳污、用水效率控制等指标体系。总体目标与要求如下: 水资源开发利用红线。到2015年，以2008年《水资源公报》统计的全国用水量5910亿立方米，全国新增用水量按290亿立方米控制，全国用水总量控制在6200亿立方米以内。其中，全国生活用水总量增长控制在105亿立方米，新增农业用水总量控制在123亿立方米，全部用于千亿斤粮食增产区，新增工业用水总量控制在62亿立方米;全国地下水开采总量控制在1000亿立方米，其中浅层地下水965亿立方米，深层承压水35亿立方米。 用水效率控制红线。用水效率红线指标分为监督考核指标和监测评价指标两级指标。监督考核指标为:到2015年，万元GDP用水量比2010年下降30%以上，全国万元工业增加值用水量比现状下降30%以上，农业灌溉水有效利用系数提高到0.52以上，全国城市污水处理回用率提高到9%以上。监测评价指标为:到2015年，农田实际亩均灌溉用水量降到370立方米以下，规模以上工业企业用水重复率提高到90%以上，七大高用水行业(火力发电、石油炼制、钢铁、纺织、造纸、化工、食品等)主要产品用水定额年均下降，城市供水管网漏损率控制在13%以下，城镇节水器具普及率达到85%以上。 水功能区限制纳污红线。到2015年，国家重要饮用水水源地名录水源地安全综合评估达标比例为100%，建制市的集中式饮用水水源标准评估比例达到100%;国家重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到60%(主要水质指标为高锰酸盐指数或COD、氨氮)。 3、水资源监测的目标和方法 水资源监测是水资源管理和保护的重要基础工作。近年来，全国水文系统强化了地表水、地下水的水量和水质监测，加强了水资源评价和分析论证等工作，为水资源管理和保护提供了大量信息，起到了重要的技术支撑作用，做出了重要贡献。但总体来说，目前水资源监测工作还比较薄弱，还不能满足实行最严格水资源管理制度的要求。 今年年初，我局组织一些专家，根据实行最严格水资源管理制度的要求，制定了《水资源监测实施方案(征求意见稿)》。现将水资源监测目标和方法介绍如下，供大家讨论和工作时参考。 (1)水资源监测目标 水资源监测目标分解为以下五个方面。 ①地表水监测目标。2012年前达到全国省界监测断面监测率60%、调查率20%，满足监测率达到80%要求;设区市县行政区界控制断面、敏感地区的监测断面监测率40%、调查率10%，满足监测率达到50%要求;2015年全国省界监测断面监测率85%，调查率10-15%;设区市县行政区界断面监测率60%，调查率30%。断面监测应满足控制70%以上区域水量总量的目标。 ②取水计量监测目标。2012年，实现取水许可的全国非农业取水量监测与资料复核率100%;万亩以上大中型灌区取水口取水计量和资料复核率达到60%;取水许可的规模以上非农业取水口门的自动监测率达40%。2015年，万亩以上大中型灌区取水口取水量监测与资料复核率达80%，并对斗口以上取水量的监测调查和资料复核率达到50%;缺水地区大中型灌区斗口以上取水量的监测调查和资料复核率达到80%。基本满足各流域各省级行政区取水许可总量控制监测要求。 ③行业用水监测目标。2015年前，对确定的百家大中型灌区、千家重点用水企业和万家生活服务业用水单位作为用水监控单位，重点监控农田实际亩均灌溉用水量、万元工业增加值用水量、工业用水重复利用率、单位产品用水定额、节水器具普及率等指标。通过典型监测与调查，基本满足用水效率控制指标监督考核和监测评价的有关要求。 ④地下水监测目标。2012年，对超采区地下水开采量进行监测与调查，监测与调查率达到70%，对地下水超采区、保护区和水源地等进行地下水水位监测，监测率达到80%以上;2015年，完成国家地下水监测网络系统建设，基本满足对各水资源一级区地下水开发利用的全面监控，地下水监测基本满足地下水控采要求。 ⑤水质监测目标。国家重要江河湖泊水功能区必须设立水质监测站，开展水质监测，包括:国家重要江河干流及其主要支流水功能区，国家重点湖库水域水功能区，国家重点保护水域水功能区和重要界河(湖)水域水功能区等。其中，2012年，必须首先开展省界(缓冲区)和下述重要饮用水水源地的监测:水利部已核准公布的118个国家重要饮用水水源地名录水源地;《全国城市饮用水水源地安全保障规划》中确定的2131个集中式饮用水水源地。 (2)水资源监测断面布设和监测方法 ①地表水监测按对省界断面和对区市县行政区界控制断面分别进行布设。其中，在大江大河干流、流域内一级支流(或水系集水面积>1000Km2)河流所涉及的省界、重要调水(供水)沿线跨省界跨流域的、以及水质污染严重的河流(或水系集水面积<1000Km2水事敏感区域)所涉及的省界等应设置监测断面、开展监测;在省界断面中可以兼作为区市县界断面的、大江大河的二级支流(或河流集水面积>500km2)的、重要跨区市县界跨流域(水系)调水(供水)线路上或水系集水面积<500Km2水事敏感区域所涉及的区市县界等应设置控制断面、开展监测。 一般情况下，对水位的监测应采用自动监测记录方法;流量测验主要采取巡测、自动测流等技术。当流量监测断面通过测流断面整治、单值化等技术处理能建立稳定可靠的水位流量关系时，尽量采取自动监测水位以推取流量的方法。 ②地下水监测应依托现有地下水监测站网，提高地下水自动监测能力。对于浅层地下水，长江以北地区每县(长江以南地区每地市)应选择3-5眼地下水监测井为控制代表井，并结合现有监测井，通过点与区域相结合的方法，实现对地下水位监督控制。对于深层承压水，长江以北地区每县(长江以南地区每地市)应选择1-3眼地下水监测井为控制代表井，并结合现有测井，通过点、区域和开采量结合方法，实现对承压水监控。对地下水超采区、大中型水源地、海水入侵区、大中城市建成区、大型调水工程沿线等特殊类型区应适当加密监控，满足地下水控采的要求。 一般情况下，对地下水开采量的监测，农业用水监测应采用典型监测与调查统计相结合的方法;工业和居民用水监测宜采用调查统计和综合分析方法，主要进行抽样监测与复核。 ③取用水量监测主要开展对农业、工业和居民用水的典型监测与调查，满足对取用水指标的监测监督考核要求。其中， 农业取用水的监测，主要对全国大型灌区斗口以上取水口进行监测与水量复核，并对重要的中型灌区进行抽样监测与统计复核。 工业取用水的监测，主要对工业取水用户进行抽样监测与统计复核。对代表性七大高用水行业(火力发电、石油炼制、钢铁、纺织、造纸、化工、食品等)主要产品用水定额进行监测评价，对其用水量的供、用、耗、排等环节监测，开展水平衡测试分析。 居民用水的监测，重点针对居民用水习惯、用水器皿以及节水意识等进行抽样调查，抽样核查用水量(水表)。 ④水质监测按国家重要江河湖泊水功能区监测及国家重要饮用水水源地监测开展。其中， 水功能区水质监测断面应按《水环境监测规范》要求进行布设。纳污总量控制断面应实现对所有重点入河排污口的有效控制，且所控制的纳污量应不小于该水功能区污染物入河总量的80%;监测断面应尽可能与水文测量断面重合。缓冲区监测断面布设需考虑省际河流的上下游或者左右岸关系。 饮用水水源地监测断面的布设中，对于河流监测断面，一般在水厂取水口上游100米处设置监测断面，同一河流有多个取水口，且取水口之间无污染源排放口的，可在最上游100米处设置监测断面，对于湖、库监测断面，原则上按常规监测点位采样，但每个水源地的监测点位至少应在2个以上，采样深度应在水面以下0.5米处。 4、对进一步加强水资源监测的要求 (1)加强需求调研。各单位要密切与水资源管理部门的联系，及时了解实行最严格水资源管理的新需求。同时，要尽快摸清辖区内河湖情况、监测情况、河道污染等情况。 (2)开展站网规划。在需求调研和摸清情况的基础上，按照水资源监测目标，规划水资源监测站网，统筹完善布设监测站点(断面)，加强和提高自动监测能力以及应急监测能力建设，并纳入"十二五"水文建设规划中。 (3)加强监测工作。要因地制宜，有计划、分阶段地逐步扩大水资源监测范围，在具备条件的水文测站(断面)应首先开展监测，以尽快满足实行最严格水资源管理的要求。 (4)理顺水文体制。目前的水文机构设置主要是根据流域水系防洪和水利水电工程建设需要进行的。水资源管理主要是以按省、市、县行政区为单元进行。因此，水文部门要积极推进双重管理体制建设，尽快完善和建立地市级、县级水文机构。 (5)争取经费投入。要多渠道争取水资源监测经费，要将水资源监测分析等业务工作纳入各级财政预算。同时也希望各级水行政主管部门能在水资源费等专项经费安排上向水文倾斜，在水资源费中明确一定比例或一定经费用于水资源监测，保证水资源监测工作正常运行。 二、水生态监测 1、水生态监测的定义及要求 水生态是指环境水因子对生物的影响和生物对各种水分条件的适应。水生态监测则是对环境水因子的观察和数据收集，并加以分析研究，以了解水生态环境的现状和变化。 (1)《欧盟水框架指令》对水生态的要求 2000年10月23日，欧洲议会与欧盟理事会(2000/60/EC号令)通过了《欧盟水框架指令》，成为欧盟水领域的行动法令。《欧盟水框架指令》划分了地表水生态状况，对河流、湖泊、过渡性水域和沿海水域生态状况进行了定义。其中，"良好状况"是指由于人类活动，地表水体类型的生物质量要素值显示出较轻的偏离，但基本符合未受干扰条件下的水体类型质量。 《欧盟水框架指令》认为，可靠的信息是进行有效流域管理的关键，包括流域的地质和地理信息以及物理方面、地形、流量、取水和排放的相关信息。了解掌握这些因素后，结合预测模型，就可以为制订有关流域管理规划等提供依据。 《欧盟水框架指令》还提出了有关河流水生态监测要素。一是河流的生物质量要素，包括:①浮生植物的组成与数量;②底栖无脊椎动物的组成与数量;③鱼类的构成、数量与年龄结构。二是河流中支持生物质量要素的水文形态质量要素，包括:①水文状况，主要指水量与动力学特征以及与地下水体的联系;②河流的连续性;③形态情况。主要指河流的深度与宽度的变化、河床结构与底层、以及河岸地带的结构等。三是河流中支持生物质量要素的化学与物理化学质量要素，包括:①总体情况，主要指热状况，氧化状况，盐度，酸化状况，营养状态等;②特定污染物，主要指由排入水体中的所有重点物质造成的污染，以及由大量排入水体中的其他物质造成的污染等。 (2)《欧盟地下水指令》的有关要求 2006年通过的《关于保护地下水免受污染和防止状况恶化的指令》(简称《欧盟地下水指令》) 还提出了地下水良好状态的定义: ①具有良好数量状况的地下水体将:具有稳定的地下水水位,平均年抽取量不减少可用地下水资源量/平均年补给量;不会对地表水体和依赖于地下水的陆地生态系统产生负面影响;降低了盐水和其他物质入侵的风险。 ②具有良好化学状况的地下水体将:符合水框架指令和地下水指令及相关指令的质量标准;不会对地表水体和相关陆地生态系统产生负面影响;没有盐水或其他物质入侵的迹象或影响。 《欧盟地下水指令》明确提出地下水监测结果必须用于以下方面:确定地下水体的化学状况和数量状况(包括对可用地下水资源进行评估);帮助进一步的地下水体特征鉴定;验证特征鉴定中开展的风险评估;估计跨越成员国国界的地下水体的流向和流速;为措施计划制定提供帮助;评估措施计划的效力;论证饮用水保护区和其他保护区目标的实现情况;鉴定地下水的天然质量包括自然趋势(基准);确定人类活动引起的污染物浓度的变化趋势及其扭转情况。 《欧盟水框架指令》是近年来国际上享有声誉的水领域的框架性法令，对于指导水生态监测、开展水资源管理具有很好的参考价值。 2、水利部门重视水生态保护与修复 (1)水生态现状 在我国，由于经济社会发展，水生态问题愈来愈突出，如水体污染、湖泊面积减少、湿地退化、河道断流、地下水位持续下降、入海水量减少等等。近十年来，湖泊富营养化发生的频次越来越高，富营养化发生湖区面积越来越大，无论是南方还是北方都有富营养化发生的现象。如2007年5月，太湖蓝藻大规模暴发，水源地水质遭受严重污染，给无锡市群众生活带来很大影响。我国湖泊生态功能退化问题也十分严重。据统计，平均每年消失约20个天然湖泊。此外，由于大量持续开发利用地下水造成局部地下水超采、地下水位大幅下降，据统计，全国现有超采区164片，地下水超采区总面积近19万km2，其中严重超采区面积约7.2万km2。 (2)水利部门积极开展水生态保护与修复等工作 随着经济社会的发展、生活水平的提高，人们对生态保护的要求也越来越高。水利部门高度重视，积极组织开展了水生态保护与修复等工作，成效显著。如，从2002年起水利部运用黄河小浪底水库进行调水调沙，通过冲刷下游河道来实现黄河下游水沙冲淤平衡。开展了黑河、塔里木河调水，使黑河水滚滚不断地涌入东居延海，这个一度消失10年之久的北方著名湖泊，水域面积已达约40 km2，重现了昔日烟波浩淼的秀美景观。塔里木河水进入300多km的下游台特玛湖，使干涸30余年的台特玛湖形成面积达24 km2的水面。白洋淀是华北平原为数不多的生态湿地之一，近年来，河北省年降水量一直偏少，致使太行山区大中型水库和白洋淀入水量严重不足。从1997年以来，白洋淀已经15次从流域内紧急调水。2006开始实施"引黄济淀"工程，从黄河调水补充白洋淀水量。目前，白洋淀的生态环境得到了明显改善，白洋淀湿地的生态功能也逐步恢复。从2005年开始，水利部先后确定了江苏无锡市、湖北省武汉市、广西桂林市等12个全国水生态系统保护和修复试点，组织开展了一系列保护水资源、改善水环境、修复水生态的工作，取得了显著成效，用实际行动践行了人与自然和谐共处的可持续发展理念。 3、今后水生态监测分析的重点 水生态监测是保护和修复水生态环境的关键、是不可或缺的基础。最近几年，水文系统根据水利部加强水生态监测工作部署，开展了黄河调水调沙、黑河和塔里木河水资源调度、湿地补水等监测，加强了地下水、水质和水土保持监测等，为水生态保护和修复提供了及时的监测信息。2008年初，部水文局要求加强水生态监测，并要求首先针对我国很多湖库发生藻类污染事件，造成的生态环境恶化及供水危机，开展藻类监测试点。2008年，确定启动了太湖、潘家口水库等16个湖库藻类监测试点工作;2009年扩大至33个区域，21个单位参加。但是，对于水生态监测工作而言还仅仅是起步，要全面开展还有很多工作要做。 开展水生态监测将随着经济社会的发展和人民生活水平的提高而日益重要。今后水生态监测分析工作将重点考虑以下几个方面: (1)河湖流量管理监测 在现有监测的基础上，要根据抗旱及水资源调度的需要，加强干旱期与枯水期旱限水位和流量、生态最低水位和最小流量的研究确定及监测预报工作等;要重视河流、湖泊、水库流量管理监测，实现常年对重要河湖流量的管理;要加强水工程运行对河湖生态影响监测及调度;要进一步做好湿地补水等监测(扎龙、白洋淀等);要加强水利部水生态修复和保护试点区的监测。 (2)水质(藻类等生物类)监测 根据生态环境的要求，要在常规水质监测的基础上，增加监测断面和监测项目。目前水文系统已在全国21个单位、33个区域开展了藻类监测试点工作，我局今年将进一步推进藻类监测试点工作，2010年拟进一步扩大至40个区域，有28个单位参加。监测内容也进一步扩大，要逐步开展对浮生植物的组成与数量、底栖无脊椎动物的组成与数量等方面的监测。要在总结前两年藻类监测试点经验的基础上，不断完善监测技术标准(《试点监测技术规程》)，组织编制"常见淡水藻类原色图谱"。针对藻类监测缺乏技术力量，今年拟委托长江流域监测中心再举办一期藻类监测技术培训班。各试点单位也应加强相关专业技术人才的引进和培养工作，积极争取藻类监测经费，争取纳入财政预算，购置必要的监测分析设备，全面提升监测能力。 (3)绿水监测 绿水是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸散发消耗掉的水资源。从水循环的角度分析，全球尺度上总降水的65%通过森林、草地、湿地和雨养农田的蒸散返回到大气中，成为绿水流(绿水)，仅有35%的降水储存于河流、湖泊以及含水层中，成为蓝水。要研究植被需水及蒸散发情况，积极开展绿水监测试点。 此外，我们还将进一步加强地下水监测，特别要加强对生态脆弱区、海水入侵区等特殊类型区的监测;加强土壤墒情监测，要研究分析土壤水，研究地下水、土壤水与植被的关系等;要积极推动水文形态监测，加强河流、湖泊水文及支持生物质量要素的形态情况监测和分析，包括:监测湖流和浪高、河湖的深度与宽度的变化、河床结构与底层、河岸地带的结构等。 三、城市水文工作 1、城市水文工作的重要性 城市化是一个国家或地区经济社会发展到一定水平的必然产物或过程。城市化加速了区域或局部环境发生变化，改变了区域下垫面条件，是典型的人类活动影响对区域水文规律改变的过程。 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，城市化水平已由1980年的19.4%迅速增长到2008年的近46%。在我国660多座城市中，绝大多数坐落在江河湖海之滨，其中617座有防洪任务，占93%，而达到规定防洪标准的城市只有204座，占33%。此外，我国城市排涝标准普遍较低，一般不足3~5年一遇。近年来，突发性暴雨频繁，由于城市发展，地面不透水面积增加，城市内涝灾害日趋严重。缺水也是城市化面临的另外一个水问题。全国有400多座城市缺水，占城市总数的2/3，其中100多座严重缺水。2000年山东烟台、威海大旱，水库干涸，城市供水告急，人均月限供水仅1吨水。2006年重庆和四川东部等地发生了百年不遇的特大干旱，给城市生活带来了严重影响。 经济快速发展、人民生活水平和文明程度不断提高、以及城市化的发展，对城市水文提出了越来越高的要求。城市水文也是水文工作更深入、更广泛为经济社会服务的重要方面，是践行大水文的重要内容。 2、城市水文的主要工作内容及特点 城市水文涉及防洪排涝、城市水环境、城市供水、城市给排水、城市规划设计和城市景观等多个方面。城市水文的主要特点可以归纳为两个:一是综合性。城市水文涉及水文科学、水利工程、环境科学和城市科学，是一项综合性很强的交叉学科领域工作;二是动态性。由于城市地区的人类活动十分频繁，随时而变，因此城市水文不能只研究较长时间内的准平衡状态，还须着重考虑随时间变化的动态过程。因此，从城市水文的内容与特点看，城市水文工作具有其特殊性和复杂性，与传统的水文工作有显著区别。 3、城市水文工作现状 近年来，许多水文单位开展并加强了城市水文工作。如:北京、江苏、山东等省市水文单位，调整城市水文站网，增加市区重要河道、湖泊、水库等监测站点，有的还设立视频监控，及时掌握城市雨水情、水质及地下水情况;开展城市水资源精测评价，场次暴雨洪水水资源分析，参与水资源工程论证，参与编制城市水源可持续利用专项规划、城市饮用水水源地保护规划等，为城市管理、改善城市生态环境等做出了重要贡献。 但是长期以来，城市水文工作一直比较薄弱，还不能适应我国城市化和经济社会快速发展要求，存在一些突出问题，需要认真研究。为此，去年11月，水利部水文局在北京召开了城市水文工作座谈会。邓坚局长在会上强调，城市是一个地区政治、经济、文化的中心，为城市发展做好水文工作，是拓展水文服务的重要方面，必须高度重视、积极探索、加快推进。 4、下一步工作要求 (1)调查了解，掌握需求。要调查城市经济社会发展对水文的新需求。水利部水文局也将组织开展专题调研，召开学术研讨会等。 (2)加强城市水文站网规划。要根据城市水文工作的特点，统筹与科学布设各类水文监测站点，增加为城市服务的水文站网密度和功能，加强和提高自动监测及应急监测能力建设。有关内容要纳入"十二五"建设规划。 (3)着力开展城市水文监测。要加强和开展城市水文监测，在传统水文监测基础上，根据城市水文特点，加强水文巡测和自动监测能力，开展对不同量级的暴雨洪水的实时监测，提出城区积水预警，加强对城市饮用水水源地监测等。 (4)提高水文水资源分析预测能力。开展对大场次降水的水资源评价，城市水平衡分析，城市水文预报，实测降雨积水模拟预测，建立城市降雨径流相关预测模型等。 (5)积极提供社会服务。要与城市有关部门沟通，为城市防洪、水资源调度等提供决策支持，为城市交通调度、城市规划设计、城市生态景观等提供咨询服务。 (6)推进理顺水文体制。要根据城市水文工作特点，加快推进地市级、县(市)级水文机构的建设，为实行最严格水资源管理制度和城市水文工作等提供组织和人员保障。