藍藻葉綠素在線(xiàn)監測預警系統

    中國水源地水華暴發(fā)的現象己經(jīng)打破了地域限制，在國內各地區均有水華暴發(fā)的文獻記載，特別是長(cháng)江中下游地區湖泊全面富營(yíng)養化，己成為水華暴發(fā)頻率zui高的地區。與水華暴發(fā)相關(guān)的主要是藍藻和葉綠素指標，在線(xiàn)監測系統技術(shù)均比較成熟且與研究處于同一水平。

 藍藻葉綠素在線(xiàn)監測預警系統

中國水源地水華暴發(fā)的現象己經(jīng)打破了地域限制，在國內各地區均有水華暴發(fā)的文獻記載，特別是長(cháng)江中下游地區湖泊全面富營(yíng)養化，己成為水華暴發(fā)頻率zui高的地區。與水華暴發(fā)相關(guān)的主要是藍藻和葉綠素指標，在線(xiàn)監測系統技術(shù)均比較成熟且與研究處于同一水平。

水華暴發(fā)的預測預警方面，則多采用數學(xué)模型模擬湖泊或水庫的富營(yíng)養化狀態(tài)進(jìn)而預警藍藻暴發(fā)，如太湖地區在水動(dòng)力學(xué)、水質(zhì)和生態(tài)系統動(dòng)力學(xué)模型方面開(kāi)展了多項研究，得到了多項研究成果，但大部分模型未對湖泊的生態(tài)動(dòng)力學(xué)變化作深入研究，無(wú)法真正做到預警。

上海清淼光電科技有限公司采用深紫外光譜測量，直接通過(guò)測量藍藻或葉綠素含量，可以直觀(guān)監測藍藻等水華藻類(lèi)濃度變化趨勢，進(jìn)而實(shí)現預警。

由于藍藻暴發(fā)過(guò)程復雜、機制不明確、影響因素多樣等限制條件的存在，至今國內外均沒(méi)有*成功的案例，部分曾被認為藍藻己經(jīng)絕跡的地區重新出現藍藻暴發(fā)(武漢東湖)，更多的區域則是在長(cháng)達幾十年的治理之后仍無(wú)法*這個(gè)問(wèn)題(日本霞浦湖、中國太湖等)。藍藻暴發(fā)可以隨時(shí)間、地域、緯度而變化，暴發(fā)機理存在共同點(diǎn)，但影響因素、控制措施則存在較大的差異。

存在問(wèn)題與發(fā)展趨勢

國內外對于水源地藍藻暴發(fā)的關(guān)注集中在暴發(fā)機制、風(fēng)險評估、控制對策、預警預測等幾個(gè)方面，但由于藍藻暴發(fā)發(fā)生歷史成因復雜，在機理機制方面尚未形成統一認知，對于暴發(fā)之后的風(fēng)險評估手段、控制對策的研究也存在地域差異，而預警預測的研究理論仍在探索中。

在氣候變暖的大背景下，出現藍藻的地方越來(lái)越多，不少已經(jīng)得到控制的水體又重新出現藍藻暴發(fā)，越來(lái)越復雜化。

有關(guān)藍藻暴發(fā)預警預測的研究zui難以突破，現有的研究集中于模型預測，但無(wú)論是基于經(jīng)驗模型還是機理模型由于其本身發(fā)展仍存在種種未知，往往對于歷史的回溯較好，但對于未來(lái)藍藻暴發(fā)的預測往往驗證結果存在較大誤差，同時(shí)建模過(guò)程復雜、模型過(guò)于龐大不便于調控等問(wèn)題也限制了這種預測模式的推開(kāi)，因而未來(lái)有關(guān)預警、預測的研究更注重時(shí)效性、準確性以及便于調控等方面。

通過(guò)對已經(jīng)暴發(fā)藍藻的水源地分析尋找影響藍藻暴發(fā)的內在、外在因素，同時(shí)對未來(lái)新的水源地重心進(jìn)行調查、模擬研究，評估新水源地藍藻暴發(fā)的風(fēng)險，以期能為新建水源地基于藍藻暴發(fā)的調控管理提供理論支持與對策研究。在以上研究的基礎上，針對不同類(lèi)型的水源地，提出包含監測、預控、控藻及應急響應在內的上海水源地基于藍藻暴發(fā)的控制管理體系。

因此，加強水源地藍藻水華的控制管理體系研究，對于保障上海市城市供水安全有著(zhù)十分突出的戰略意義和作用。

藍藻暴發(fā)是整個(gè)水體生態(tài)系統嚴重退化的表現，是水體富營(yíng)養化累積到一定程度出現的不可逆轉的表現。

處于較嚴重富營(yíng)養化狀態(tài)的淺水湖泊而言，浮游細菌和浮游藻類(lèi)中所儲存營(yíng)養物質(zhì)的總量遠大于底泥中所持有的營(yíng)養物質(zhì)總量。此外，大部分此類(lèi)營(yíng)養物質(zhì)被浮游細菌分解而直接進(jìn)入湖體，僅小部分營(yíng)養物質(zhì)被輸入到底泥中。浮游細菌的分解產(chǎn)物一般可直接被湖體藻類(lèi)所吸收，尤其氮的分解產(chǎn)物主要為氨氮，水生生物對其利用效率*。這也可能是大部分此類(lèi)富營(yíng)養化湖泊氨氮濃度持續上升、藍藻暴發(fā)頻率不斷增大的關(guān)鍵原因之一。

水源地藍藻暴發(fā)預警體系初探

藍藻水華的暴發(fā)可能對當地漁業(yè)、供水、景觀(guān)等多方面造成不利影響，不同的利益團體對藍藻水華的關(guān)注有一定的差異，但對飲用水安全的影響zui為引為關(guān)注。世界衛生組織  (WHO)在上世紀90年代在范圍內組織開(kāi)展了相關(guān)的調查和研究，對藍藻水華的預警和風(fēng)險管理提出了指導意見(jiàn)。

目前上開(kāi)展藍藻水華的預警多以世界衛生組織提出的相關(guān)資料為依據。在線(xiàn)常規和應急監測方案設計

為預防藍藻水華的環(huán)境監測分為常規監測和應急監測兩方面，其監測的項目和方法各有側重。同時(shí)不僅要開(kāi)展水質(zhì)相關(guān)項目的監測，還應配套相應的水文氣象等要素監測。為藍藻水華暴發(fā)的預警和防控提供及時(shí)準確的依據。

在線(xiàn)監測方案

     監測項目:

 pH、溶解氧、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷、藍藻、葉綠素a、透明度、懸浮物、電導率等;

藍藻暴發(fā)預警信息獲取

預警信息的分級評估、預案制定和執行的基礎，論文借鑒WHO將評估藍藻毒素的健康風(fēng)險的信息來(lái)源和相應的管理方案分為六個(gè)類(lèi)型。

藍藻暴發(fā)預警分級體系

藍藻暴發(fā)預警等級快速識別，是科學(xué)評估藍藻暴發(fā)影響和采取有效減緩對策措施的關(guān)鍵步驟。然而，藍藻暴發(fā)的影響因素較多，其中許多因素的分析監測相對復雜，難以快速得出準確結果

借鑒通用的臺風(fēng)預警等級標準，將水庫藍藻暴發(fā)的預警等級從低到高劃分為白色預警、綠色預警、黃色預警、紅色預警等4級。

對于藍藻增殖的影響而言，在不同的運行狀態(tài)、水文氣象條件下，水體中營(yíng)養鹽的臨界標準值難以有統一確定的標準限值，還需結合更深入的室內模擬和多年的運行資料進(jìn)行分析。         

通常采用藻類(lèi)的調查指標作為主要判別因子，浮游植物細胞計數指標受觀(guān)測者的操作水平影響較大，采用葉綠素a的質(zhì)量濃度相對操作更易統一和準確，同時(shí)也有較直觀(guān)的意義。

藍藻暴發(fā)分級應急對策

根據風(fēng)險識別的結果，及時(shí)采取相應的對策措施，以減緩藍藻水華風(fēng)險的危害，是風(fēng)險預警和管理的目標。風(fēng)險應急對策應針對不同的風(fēng)險等級、主要風(fēng)險因素等提出相應的策略:

 .白色預警:開(kāi)展連續的水環(huán)境監測，根據編制的詳細預案，對近期藍藻水華的變化態(tài) 勢進(jìn)行預測，并對可能造成的危害進(jìn)行預判:

 .綠色預警，當藍藻和營(yíng)養鹽超過(guò)臨界值，應加強對取水口和進(jìn)入水廠(chǎng)的原水進(jìn)行藻毒素的，啟動(dòng)水庫排水閘，盡量將表層水排出水庫，以減少水庫內浮游藻類(lèi)的聚集:

 .黃色預警，進(jìn)行連續的水質(zhì)和藻毒素的監控，進(jìn)行風(fēng)險評估，在庫區進(jìn)行攔藻，施用無(wú)毒的殺藻劑和絮凝劑，以抑制藻類(lèi)的過(guò)度增殖:

 .紅色預警，關(guān)閉水源，停止向水廠(chǎng)供水，進(jìn)行高頻次的監測，對以后重新啟用水源進(jìn)行評估。

上海清淼光電科技開(kāi)發(fā)的水質(zhì)遠程測控系統----藍藻葉綠素監測預警系統，實(shí)現對水質(zhì)進(jìn)行及時(shí)、有效地遠程監測和水華預測預警，從而為提前治理水華提供決策支持。

系統結構

水質(zhì)監測與水華預警系統按照物理功能分類(lèi)主要由三個(gè)部分組成，即：水質(zhì)信息采集終端、GPRS網(wǎng)絡(luò )及監控中心系統。

水質(zhì)信息采集終端負責采集水質(zhì)信息數據并將采集到的水質(zhì)信息數據送上GPRS網(wǎng)絡(luò )，GPRS網(wǎng)絡(luò )負責將水質(zhì)信息數據通過(guò)Internet上傳至監測中心，監測中心由監測中心服務(wù)器、數據庫服務(wù)器和監測中心終端操作計算機構成，在相應的軟件系統支持下完成對上傳數據進(jìn)行接收、處理及顯示的功能。

功能介紹

水質(zhì)信息采集

水質(zhì)信息采集設備置有水質(zhì)傳感器和變送器。采集的量有PH值、濁度、溶解氧、總磷、總氮、藍藻、葉綠素濃度等。傳感器輸出的模擬電平信號接入無(wú)線(xiàn)采集終端的數據采集單元，采用單片機進(jìn)行模擬量采集。由單片機完成時(shí)間和水質(zhì)信息數據打包，打包后的數據可由單片機外設接口將采集到的水質(zhì)信息數據通過(guò)串口通信方式發(fā)送給后端的GPRS模塊。 GPRS遠程傳輸

考慮到水質(zhì)檢測傳感器的布點(diǎn)靈活、傳輸數據量不大、測量數據可根據用戶(hù)設置的時(shí)間間隔進(jìn)行傳輸等特點(diǎn)，選擇GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)用于水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)傳輸。GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸具有設備成本低、數據傳輸安全可靠、使用靈活方便等特點(diǎn)，非常適合遠程數據傳輸上的應用。

對于水質(zhì)信息實(shí)時(shí)監測系統來(lái)說(shuō)，GPRS能夠利用電信運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行靈活的布點(diǎn)，而其流量計費的方式和較高的數據傳輸速度都符合水質(zhì)信息的傳輸特點(diǎn)。并且利用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)還可將不同水域的水質(zhì)信息匯集到監測中心進(jìn)行處理，從而實(shí)現一個(gè)監測中心同時(shí)對多個(gè)水域進(jìn)行水質(zhì)監測與水華預測。

  水華上位監測預警系統

在水質(zhì)監測與水華預警系統中，水質(zhì)信息數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )由監測中心服務(wù)器接收后，數據實(shí)時(shí)存儲于數據庫服務(wù)器中，終端操作計算機通過(guò)實(shí)時(shí)獲取數據庫中的水質(zhì)信息數據，進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)和水華預測預警處理。

  該系統能快速、準確的完成水質(zhì)檢測數據的采集和無(wú)線(xiàn)傳輸，使檢測人員能夠實(shí)時(shí)查看水質(zhì)信息，還能夠查詢(xún)歷史數據，進(jìn)行后期的處理。提供美觀(guān)友好的監控畫(huà)面，方便有關(guān)領(lǐng)導檢查和監視；對水體進(jìn)行富營(yíng)養化評價(jià)，預測發(fā)現異常即自動(dòng)報警。