王晓¹，逄勇¹，²，沈春其³，庄巍⁴

　　1.河海大学环境学院 江苏 南京 210098；2. 河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发重点实验室 江苏 南京 210098 3. 威斯康辛大学密尔沃基分校城市环境学院、威斯康星 密尔沃基53211；4环境保护部南京环境科学研究所、江苏 南京 210042

　　　

　　摘 要：本研究利用最优化分析方法，基于苏浙沪77个跨界动态监测站点布局信息及监测数据，分析了当前多机构多监测形式复杂组成的苏浙沪跨界监控体系及其存在的主要影响问题，从而针对苏浙沪跨界监测点位重复设置、重要跨界断面监测频次不足等缺点，综合考虑太湖流域苏浙沪跨界处水文特征、污染物迁移规律，以及跨界上下游水环境敏感区分布都诸多因素，进行跨界区域水环境监控点位布局优化；形成了包括自动站在线监测、手动监测等多种监测手段相结合的太沪苏浙沪跨界水环境动态监控点位布局体系，在满足监测点位代表性、监控全面性、经济合理性的最优化原则下，更好地为太湖流域跨界污染事故处理及跨界行政区水环境管理提供数据支持和决策依据。

　　关键词：太湖流域；跨界断面；水环境监测；优化布局

　　太湖流域涉及江浙沪皖三省一市，流域面积为3万7千平方公里，约占全国总土地面积的3%，而其人口比例则占据了全国人口的4.5％，GDP贡献率更是达到了11.6%，是中国东部重要的经济核心区和人口密集区[1,2,3]。随着近年来太湖流域城市化及工业化加速，流域水环境质量急剧下降，污染事故特别是跨界污染事故频频发生，苏浙沪三地跨界水环境污染纠纷与矛盾日益加剧[4,5,6]。而太湖流域跨界区域作为典型平原河网区，水系及其水文水质状况复杂；加之其受感潮状况影响，跨界河流流向往复不定，导致太湖跨界区域上下游污染责任界定不清，跨界水环境管理困难显著突出[7,8]。在此背景之下，准确而及时的掌握苏浙沪跨界水环境状况对上下游跨界行政区水环境管理及跨界污染事故决策处理具有十分重要的指导意义。

　　近年来，水环境管理部门主要通过跨界监控体系进行跨界断面的水文水质监测，掌握并评价跨界水环境质量状况，故良好的跨界水环境监测体系是保证监测结果准确的前提，是减少跨界环境污染纠纷的重要依据，也是跨界行政区环境管理决策的主要支撑[9,10]。而目前在苏浙沪两省一市各自行政，条块分割的环境监测管理背景下[11]，太湖流域跨界监测体系存在诸如由水环境分块管理带来的监测问题，如苏浙沪部分跨界监测点位布设重复，且监测站点管理权限分属不同监测部分，导致重复监测数据不一致且说服性差等问题，使其在跨界动态监测合理性及有效性上具有一定问题。因此，对现有跨界地表水环境监测体系进行优化研究，已成为跨界环境监测与环境管理的必要要求。

　　跨界断面水环境监控是判定跨界水质影响及跨界综合管理区内污染控制的基础，本研究针对目前监测体系存在问题，结合不同跨界断面水文特征，污染物迁移规律及其影响范围内上下游跨界区水环境状况，进行监测站点合理性布局分析及优化；力求达到监测点位体系具有代表性，合理性，准确性及完整性等最优化要求[12]。

　　1 区域概况及跨界水环境监测现状

　　1.1跨界区域及水系概况

　　太湖流域地处长江三角洲，位于长江下游河口段的南侧，地跨江浙沪皖三省一市。太湖流域跨界区域主要是指苏浙、苏沪、浙沪及浙皖交界地区，其中，浙皖交界因其位置独立，且交界区水文情势简单，水质较好，无较严重水环境问题，故不在本次研究范围内。根据太湖流域行政区划，苏浙沪交界行政区主要包括苏州市（江苏）、湖州市（浙江）、嘉兴市（浙江）及上海市。该区域地形以平原为主，流域内自然条件优越，平原气候温和湿润。

　　太湖苏浙沪跨界区域作为典型平原河网区，是全国河道密度最大的地区，河网密度高达3.2km/km2[13]，其境内河道水系众多，主要有黄浦江水系、运河水系和南排水系等，包含了京杭运河，吴淞江，太浦河诸多重要跨界河流，详细水系见图2。跨界区域河网分布密集，水体交换频繁，且具有感潮河网往复流的特性，水环境状况复杂多变[14]。

　　

　　Fig 1. Water system of transboundary area in Taihu Basin

　　图1 太湖流域跨界区域水系分布图

　　　

　　1.2太湖流域苏浙沪重要跨界断面监测现状

　　跨界断面作为重要控制断面，其水环境状况是苏浙沪跨界区域评价的重要指标，也是跨界污染纠纷的决策依据、跨界行政区环境管理的基础。为全面的掌握苏浙沪跨界水环境情况，江苏省、浙江省、上海市环境监测中心及水利部太湖管理局共在 “太湖流域跨界公报”规定的31个重要跨界断面设置了77个自动监测站及手动监测点位置，以期进行跨界水环境监测。根据监测方法的不同，太湖流域苏浙沪跨界断面的监测形式主要分为自动监测及手动监测：自动监测通过环境监测部门建立自动监测站点并按照国家环保部批准的自动监测技术规范进行高频次的监控；手动监测则为监测部门月行或半月行的较低频次的常规人工监测。根据江苏省、浙江省及上海市环境监测中心提供的自动监测站及手动监测点位信息，监测对象位置分布及断面监控状态见图2，详情信息见表1。

　　

　　图2 太湖流域苏浙沪31个重要跨界断面位置分布及监控状态示意图

　　Fig 2 Locations and monitoring status of 31 trans-boundary cross sections at Su-Zhe-Hu boundary in Taihu Basin

　　　

　　表1 　太湖流域苏浙沪31个重要跨界断面监控状态信息详情表

　　Tab.1 Details about monitoring status of 31 trans-boundary cross sections at Su-Zhe-Hu boundary in Taihu Basin

　　

　　根据现场调查及江苏省苏州市环境监测中心、浙江省环境监测中心及上海市青浦环境监测中心提供的信息，31个重要跨界监测断面共涉及自动监测站25个，监测频次为4~8小时一次；涉及手动监测点位52个，监测频次为15~31天一次。

　　　

　　2 跨界断面水环境动态监控现状问题

　　太湖流域苏浙沪跨界水环境监测涉及三省一市多个行政区，根据对多机构、多监测形式组成的复杂监测站点分布现状调查及分析，跨界综合管理区动态监控点位分布主要存在如下问题：

　　2.1跨界断面监控站站点重复设置

　　由太湖流域苏浙沪跨界监测断面位置分布及监测状况详情可知，31个重要跨界断面中，千灯浦、金泽及太师桥等22个断面处存在多个自动监测站或手动监测点重复分布，且重复监测站点分别归属不同管理单位管理。根据各个断面重复监测站点数量、类型的不同，22个重复监测断面可分为三类：1、自动监测站重复设置：澜溪塘、京杭大运河、太浦河、頔塘及急水港等5条跨界河流跨界断面存在2个重复自动监测站分布，同时伴随1~2个重复手动监测站点分布状况。2、手动监测点、自动监测站点重复设置：浏河、吴淞江、千灯浦、大小朱厍等15条跨界河流在跨界断面存在1个自动监测站联同1~2个手动监测站点重复分布的情况；3、手动监测点重复设置：黄姑塘及新滕塘西支2条跨界河流在跨界断面存在2个手动监测站点重复分布的情况。

　　考虑到同一个跨界断面重复设置多个自动、手动监测站点，不但使得监测资源重复浪费，还增大了自动站建设及运行维护成本。同时重复的监测站点管理权限分属苏州、浙江、上海环境监测中心及太湖局等不同行政区的单位机构管理，而上下游各行政区因存在利益冲突，跨界断面对应的各个监测站点在无第三方进行协调监督的现状下，容易因各个监测站点得到的监测数据不一致而造成监测数据无准确性及说服力，从而产生上下游水质污染事件纠纷，不利于跨界区域的水环境管理及风险应急工作开展。

　　2.2跨界断面自动监测站点覆盖不全

　　由图1及表1可知，31个苏浙沪跨界断面中，大德塘、上塔庙港、惠高泾等11个断面无自动监测站分布。根据太湖局跨界手动监测站点得到的2009~2013年水环境监测数据分析可知，该11个重要跨界断面处整体水质状况较差，水质监测指标尤其是氨氮总磷指标超标严重，经综合评价后平均水质达标率仅为27.8%；同时其中部分跨界断面流量高达33.4m3/s，故使得部分跨界河流污染过境通量较大，且部分跨界河流过境后还会汇入饮用水源地、生态保护水域等敏感水体，若监控不及时则容易对下游行政区水环境产生极为不利的影响后果。综合考虑以上因素，即仅靠一月一次的手动监测无法满足部分重要跨界断面水环境监控需求，势必影响跨界综合管理区跨界河流水体污染风险防范与跨界区域污染控制等问题，故需要对部分影响贡献大的跨界断面进行识别并增加自动监测站点以期进行动态监控，以期保障跨界区域重要水体水质。

　　3 跨界综合管理区水环境监控站点优化

　　跨界动态监测点位优化布局，故需要在满足监测点位代表性、监控全面性、经济合理性的原则下，进行重要苏浙沪省界31个重要跨界断面的监测站点位调整优化。针对上节提出的跨界动态监测点位分布问题分析，结合最优化原则，本文优化主要分为已有跨界监测断面站点合并调整，缺失跨界断面自动监测点位补充两部分。

　　3.1综合管理区跨界断面水环境监控点位合并优化

　　经过最优化分析，31个重要跨界断面上设置了77个手动监测点及自动监测站，虽然已达到了监控全面性和点位代表性，但不符合经济合理性的原则，故需要对多个重复监测点位设置的情况进行合并优化。

　　由上节问题分析可知，31个断面中共有22个断面监测站点布设重复，经过对该类跨界断面上分布的监测站点情况联同断面水文情势分析，我们进行基于最优化考虑的合并优化，具体方法如下：

　　（1）对于自动站手动重复监测的跨界断面，考虑到自动站具有较好的准确性，且其高频次工作能达到实时监测的动态要求，故建议故建议撤除各个跨界断面处的手动监测点位，仅保留自动站。

　　（2）对于同类型监测点位设置重复的跨界断面，需根据跨界断面水文监测长序列数据绘制得到断面流量过程曲线图，由过程曲线判断分析其在跨界断面处主要流向及往复流比例，建议撤除主要流向上游区域的监测站点，以下游监测数据为准。

　　综上所述，22个自动监测站重复设置的跨界断面监测站点优化信息详情见表2。

　　　

　　表2 监测站重复设置的跨界断面监测站点优化信息表

　　Tab 2. Optimization Details of Monitored Sites in Transboundary Cross Sections repeatedly monitored

　　

　　　

　　3.2苏浙沪跨界断面自动监控点位分布新增

　　考虑到部分断面跨界通量较大或下游汇入饮用水源地等敏感水体等特点，即仅靠低频次的手动监测无法满足该类重要跨界断面水文、水质概况监控要求，无法达到监测数据代表性原则，故需在该部分重要跨界断面建立自动监控站以进行高频次的动态监测。

　　综合考虑太湖流域苏浙沪跨界处水文特征、污染物迁移规律，以及跨界上下游水环境敏感区分布都诸多因素，进行需要补充自动监控的跨界断面识别。根据跨界动态监控问题分析可知，苏浙沪边界31个跨界断面中，大德塘、上塔庙港、惠高泾等11个跨界断面无自动监测站分布，根据太湖流域水功能区划、各省市生态红线保护区规划以及跨界断面流量及特征污染物浓度监测值，计算并分析得到各断面详情信息，以此进行需要补建自动监测站的跨界断面识别，各断面水环境特征详情见表3。

　　　

　　表3 无自动监测站设置的重要跨界断面水环境特征详情表

　　Table 3.Water Environmental Properties of Important Trans-boundary Cross Sections only Manually Monitored　

　　

　　　

　　由表可知：南横塘、范塘和尚泾及惠高泾3条跨界河流下游连通或汇入国家级种质资源保护区、上海饮用水源地等敏感水域或特殊功能区，且该3条跨界河流COD跨界通量达到4075～8286t/a，对下游水环境影响程度较大。故建议在11个无自动监测站设置的重要跨界断面中，长村桥，朱枫公路和尚经及新风路桥3个断面增加自动监测站。

　　3.3优化结果

　　综合合并调整及点位新增的结果，得到基于原太湖流域苏浙沪跨界水环境监控站点分布的优化布局结果，各个点位详情见图3及表4。

　　

　　图3 　跨界区域水环境动态监控站点位规划布局图

　　Table 5. Layout Optimized Result of Monitoring Sites in Su-Zhe-Hu boundary of Taihu Basin

　　　

　　表4 　太湖流域苏浙沪跨界水环境监控站点分布优化结果表

　　Table 5. Layout Optimized Result of Monitoring Sites in Transboundary of Taihu Basin

　　

　　　

　　4 小结

　　　

　　流域跨界污染问题是制约流域各行政单元间和谐发展的大问题，维护跨界水环境并协调流域跨界污染问题则是摆在流域各相关政府面前的一项艰巨而重要的任务。考虑到维持跨界水环境健康对保证跨界区域苏、浙、沪人民生活安定，经济稳定发展具有重要作用，在此背景之下，全面而准确的监控跨界水环境状况具有重要的现实意义。

　　本文在对跨界区域水文情势，污染物跨界迁移状况，生态敏感区分布调查基础上，对原有太湖流域苏浙沪跨界水环境监测体系进行点位优化，使其能更全面、有效并合理地为流域内三省一市在跨界区域制定合理的污染物削减方案以及跨界污染问题处理提供决策依据。

　　同时，考虑到监测体系优化后其管理结构依然不统一，故建议引入第三方（如太湖局、华东督查中心等管理单位）进行监督与管理，以便后续进行协调管理与污染事故纠纷处理，这一调整也将有效避免因水质监控数据可信性产生的管理冲突。综合来说优化后的监测体系进一步的完善了流域跨界区域水环境监管系统，配合太湖流域跨界区域水环境监管协调机制，利用跨界区域动态监测技术体系，推动实现流域跨界水环境管理的信息化、动态化和前瞻化。

　　　

　　参考文献

　　1.潘佩佩,杨桂山,苏伟忠,等. 1985 年以来太湖流域耕地变化与粮食生产研究[J]. 长江流域资源与环境, 2013, 22(10): 1289-1296.(PAN Pei-pei,YANG Gui-shan, SU Wei-zhong,et al. Research of cropland change and grain　 production in Taihu Lake Basin since 1985[J]. Resources and Environment in The Yangtze Basin, 2013, 22(10): 1289-1296.)

　　2.ZHANG R, Qian X, Yuan X, et al, Simulation of water environmental capacity and pollution load reduction using qual2k for water environmental management[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2012, 9(12): 4504-4521.

　　3.罗慧萍,逄勇,徐心彤.江苏省太湖流域水功能区纳污能力及限制排污总量研究[J]. 环境工程学报,2015,4: 1559-1564.(LUO Huiping, PANG Yong, XU Xintong. Study on assimilative capacity and limitation of water pollutant gross of water function zones in Taihu Lake area of Jiangsu Province[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2015,4: 1559-1564.)

　　4.庄巍,王晓,逄勇,等,太湖流域跨界区域水污染物通量数值模型构建与应用[J]. 水资源保护, 2016, 32(1): 36-41.(ZHUANG Wei, WANG Xiao, PANG Yong, et al.Establish and application of numerical model of water flux for trans-boundary regions of Taihu Basin[J]. Water Resources Protection, 2016, 32(1): 36-41.)

　　5.王晓,逄勇,韩梓流,等. 基于跨界断面水质达标的嘉善污染总量控制[J].水资源保护, 2016, 32(1): 79-85. WANG Xiao, PANG Yong, HAN Ziliu, et al.Total amount control of pollutants in Jiashan region based on water quality standard at border-crossing section .Water Resources Protection, 2016, 2016, 32(1): 79-85.

　　6.陈军,谭显英,陈祖军.太湖流域省际边界河湖治理生态补偿机制研究. 水资源保护[J], 2012, 28(2): 85-90. CHEN Jun., TAN Xianying, CHEN Zujun. Ecological compensation mechanism for management of rivers and lakes in inter-provincial border region of Taihu Basin. Water Resources Protection ,2012,28(2): 85-90.

　　7. Xie R., Pang Y , Bao K. Spatiotemporal distribution of water environmental capacity—a case study on the western areas of taihu lake in jiangsu province, china[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2014, 21(8): 5465-5473.

　　8. WANG Q G, Gu G, HIGANO Y. Toward integrated environmental management for challenges in water environmental protection of lake taihu basin in china[J]. Environmental Management, 2006, 37(5)：579-588.

　　9.谢新民,蒋云钟,闫继军,等, 流域水资源实时监控管理系统研究[J]. 水科学进展, 2003), 14 (3): 255-259. (XIE Xin-min, JIANG Yun-zhong, YAN Ji-jun, et al. Study on real time monitoring and management system for water resources in river basin[J]. Advance in Water Science,　 2003, 14 (3): 255-259.)

　　10.HILLS P, ZHANG L, LIU J. Transboundary pollution between guangdong province and hong kong: Threats to water quality in the pearl river estuary and their implications for environmental policy and planning[J]. Journal of Environmental Planning and Management, 1998, 41(3): 375-396.

　　11.谢蓉蓉,逄勇,王晓,等, 基于太湖流域跨界断面的跨界水环境综合管理区及控制单元划分研究[J]. 福建师范大学学报 (自然科学版) ,2015, 31(1): 103-109. (XIE Rong-rong, PANG Yong, WANG Xiao, et al. Delineation of the water environmental comprehensive management area and control unit in the Trans-river cross-section of Taihu Basin[J]. Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition), 2015, 31(1): 103-109.)

　　12.许宏斌,云南省省控地表水监测断面优化认证[J], 云南环境科学. 2005, 24 (B05), 224-226.(XU Hong-bin. Optimizing demonstration of monitoring cross section of surface water in Yunnan province[J]. Yunnan Environmental Science. 2005, 24 (B05), 224-226.)

　　13.苏伟忠,杨桂山.太湖流域南河水系无尺度结构[J]. 湖泊科学, 2008, 20(4): 514-519. (SU Wei-zhong, YANG Gui-shan. Scale-free structure of the Nanhe drainage of Lake Taihu watershed[J].Lake Science, 2008,20(4): 514-519.)

　　14. YIN Y, XU Y, CHEN Y. Relationship between changes of river-lake networks and water levels in typical regions of taihu lake basin, china[J]. Chinese Geographical Science ,2012, 22(6): 673-682.

　　　

　　（本文转载自“水资源保护”微信公众号2017年2月20日发布的文章）