藍藻葉綠素在線監(jiān)測預警系統(tǒng)

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

 藍藻葉綠素在線監(jiān)測預警系統(tǒng)

中國水源地水華暴發(fā)的現(xiàn)象己經(jīng)打破了地域限制，在國內(nèi)各地區(qū)均有水華暴發(fā)的文獻記載，特別是長江中下游地區(qū)湖泊全面富營養(yǎng)化，己成為水華暴發(fā)頻率zui高的地區(qū)。與水華暴發(fā)相關(guān)的主要是藍藻和葉綠素指標，在線監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)學模型模擬湖泊或水庫的富營養(yǎng)化狀態(tài)進而預警藍藻暴發(fā)，如太湖地區(qū)在水動力學、水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)動力學模型方面開展了多項研究，得到了多項研究成果，但大部分模型未對湖泊的生態(tài)動力學變化作深入研究，無法真正做到預警。

上海清淼光電科技有限公司采用深紫外光譜測量，直接通過測量藍藻或葉綠素含量，可以直觀監(jiān)測藍藻等水華藻類濃度變化趨勢，進而實現(xiàn)預警。

由于藍藻暴發(fā)過程復雜、機制不明確、影響因素多樣等限制條件的存在，至今國內(nèi)外均沒有*成功的案例，部分曾被認為藍藻己經(jīng)絕跡的地區(qū)重新出現(xiàn)藍藻暴發(fā)(武漢東湖)，更多的區(qū)域則是在長達幾十年的治理之后仍無法*這個問題(日本霞浦湖、中國太湖等)。藍藻暴發(fā)可以隨時間、地域、緯度而變化，暴發(fā)機理存在共同點，但影響因素、控制措施則存在較大的差異。

存在問題與發(fā)展趨勢

國內(nèi)外對于水源地藍藻暴發(fā)的關(guān)注集中在暴發(fā)機制、風險評估、控制對策、預警預測等幾個方面，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(tǒng)一認知，對于暴發(fā)之后的風險評估手段、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(xiàn)藍藻的地方越來越多，不少已經(jīng)得到控制的水體又重新出現(xiàn)藍藻暴發(fā)，越來越復雜化。

有關(guān)藍藻暴發(fā)預警預測的研究zui難以突破，現(xiàn)有的研究集中于模型預測，但無論是基于經(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，但對于未來藍藻暴發(fā)的預測往往驗證結(jié)果存在較大誤差，同時建模過程復雜、模型過于龐大不便于調(diào)控等問題也限制了這種預測模式的推開，因而未來有關(guān)預警、預測的研究更注重時效性、準確性以及便于調(diào)控等方面。

通過對已經(jīng)暴發(fā)藍藻的水源地分析尋找影響藍藻暴發(fā)的內(nèi)在、外在因素，同時對未來新的水源地重心進行調(diào)查、模擬研究，評估新水源地藍藻暴發(fā)的風險，以期能為新建水源地基于藍藻暴發(fā)的調(diào)控管理提供理論支持與對策研究。在以上研究的基礎(chǔ)上，針對不同類型的水源地，提出包含監(jiān)測、預控、控藻及應急響應在內(nèi)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十分突出的戰(zhàn)略意義和作用。

藍藻暴發(fā)是整個水體生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化的表現(xiàn)，是水體富營養(yǎng)化累積到一定程度出現(xiàn)的不可逆轉(zhuǎn)的表現(xiàn)。

處于較嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)的淺水湖泊而言，浮游細菌和浮游藻類中所儲存營養(yǎng)物質(zhì)的總量遠大于底泥中所持有的營養(yǎng)物質(zhì)總量。此外，大部分此類營養(yǎng)物質(zhì)被浮游細菌分解而直接進入湖體，僅小部分營養(yǎng)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富營養(yǎng)化湖泊氨氮濃度持續(xù)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?shù)貪O業(yè)、供水、景觀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(wèi)生組織  (WHO)在上世紀90年代在范圍內(nèi)組織開展了相關(guān)的調(diào)查和研究，對藍藻水華的預警和風險管理提出了指導意見。

目前上開展藍藻水華的預警多以世界衛(wèi)生組織提出的相關(guān)資料為依據(jù)。在線常規(guī)和應急監(jiān)測方案設(shè)計

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

在線監(jiān)測方案

     監(jiān)測項目:

 pH、溶解氧、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、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(zhí)行的基礎(chǔ)，論文借鑒WHO將評估藍藻毒素的健康風險的信息來源和相應的管理方案分為六個類型。

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(jiān)測相對復雜，難以快速得出準確結(jié)果

借鑒通用的臺風預警等級標準，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，水體中營養(yǎng)鹽的臨界標準值難以有統(tǒng)一確定的標準限值，還需結(jié)合更深入的室內(nèi)模擬和多年的運行資料進行分析。         

通常采用藻類的調(diào)查指標作為主要判別因子，浮游植物細胞計數(shù)指標受觀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(tǒng)一和準確，同時也有較直觀的意義。

藍藻暴發(fā)分級應急對策

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

 .白色預警:開展連續(xù)的水環(huán)境監(jiān)測，根據(jù)編制的詳細預案，對近期藍藻水華的變化態(tài) 勢進行預測，并對可能造成的危害進行預判:

 .綠色預警，當藍藻和營養(yǎng)鹽超過臨界值，應加強對取水口和進入水廠的原水進行藻毒素的，啟動水庫排水閘，盡量將表層水排出水庫，以減少水庫內(nèi)浮游藻類的聚集:

 .黃色預警，進行連續(xù)的水質(zhì)和藻毒素的監(jiān)控，進行風險評估，在庫區(qū)進行攔藻，施用無毒的殺藻劑和絮凝劑，以抑制藻類的過度增殖:

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

上海清淼光電科技開發(fā)的水質(zhì)遠程測控系統(tǒng)----藍藻葉綠素監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對水質(zhì)進行及時、有效地遠程監(jiān)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

水質(zhì)信息采集終端負責采集水質(zhì)信息數(shù)據(jù)并將采集到的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)送上GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)負責將水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過Internet上傳至監(jiān)測中心，監(jiān)測中心由監(jiān)測中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)測中心終端操作計算機構(gòu)成，在相應的軟件系統(tǒng)支持下完成對上傳數(shù)據(jù)進行接收、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(shè)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線采集終端的數(shù)據(jù)采集單元，采用單片機進行模擬量采集。由單片機完成時間和水質(zhì)信息數(shù)據(jù)打包，打包后的數(shù)據(jù)可由單片機外設(shè)接口將采集到的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過串口通信方式發(fā)送給后端的GPRS模塊。 GPRS遠程傳輸

考慮到水質(zhì)檢測傳感器的布點靈活、傳輸數(shù)據(jù)量不大、測量數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶設(shè)置的時間間隔進行傳輸?shù)忍攸c，選擇GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于水質(zhì)信息的實時傳輸。GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸具有設(shè)備成本低、數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、使用靈活方便等特點，非常適合遠程數(shù)據(jù)傳輸上的應用。

對于水質(zhì)信息實時監(jiān)測系統(tǒng)來說，GPRS能夠利用電信運營商的網(wǎng)絡(luò)進行靈活的布點，而其流量計費的方式和較高的數(shù)據(jù)傳輸速度都符合水質(zhì)信息的傳輸特點。并且利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可將不同水域的水質(zhì)信息匯集到監(jiān)測中心進行處理，從而實現(xiàn)一個監(jiān)測中心同時對多個水域進行水質(zhì)監(jiān)測與水華預測。

  水華上位監(jiān)測預警系統(tǒng)

在水質(zhì)監(jiān)測與水華預警系統(tǒng)中，水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)由監(jiān)測中心服務(wù)器接收后，數(shù)據(jù)實時存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，終端操作計算機通過實時獲取數(shù)據(jù)庫中的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)，進行水質(zhì)評價和水華預測預警處理。

  該系統(tǒng)能快速、準確的完成水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，使檢測人員能夠?qū)崟r查看水質(zhì)信息，還能夠查詢歷史數(shù)據(jù)，進行后期的處理。提供美觀友好的監(jiān)控畫面，方便有關(guān)領(lǐng)導檢查和監(jiān)視；對水體進行富營養(yǎng)化評價，預測發(fā)現(xiàn)異常即自動報警。