在黑臭水体治理场景中,水质与流量监测如何协同评估治理效果?-吉佳水务
来源: | 作者:吉佳 | 发布时间: 2025-10-15 | 9 次浏览 | 分享到:
黑臭水体治理中,水质与流量监测需协同评估治理效果,核心是通过 “浓度 × 流量 × 时间” 计算污染负荷,突破单一指标局限。协同评估逻辑包括:以污染负荷为核心标尺,避免 “浓度达标但负荷未减”;结合流量解析水质波动,区分 “降雨径流影响” 与 “治理失效”;通过时空联动定位治理措施效能(如上游截污、中游生态修复)。评估维度涵盖:感官指标(DO、透明度)与流量协同验证黑臭消除;理化指标(COD、氨氮)量化污染负荷削减率;生态指标(底栖生物、水生植物)判断自净能力恢复;长效稳定性(年度周期、极端天气)防范效果反弹。技术路径上,需同步布设监测设备(确保时空一致)、构建关联数据库、引入耦合模型分析,最终支撑治理方案优化(如增设初期雨水调蓄池)。实践中,该模式可使黑臭反弹率下降 60%,雨季 COD 达标率提升至 92%。

黑臭水体治理效果的评估,绝非单一依赖水质指标达标,而是需结合 “污染物浓度变化” 与 “水体流量特征”,通过水质与流量监测的协同联动,实现 “治理前后污染负荷对比、治理措施控污效能量化、长效治理效果验证” 的全维度评估。若仅关注水质(如 COD、氨氮浓度下降),可能忽略 “流量变化导致的污染负荷反弹”;若仅监测流量,又无法判断水体感官与理化特性的改善。二者协同可构建 “浓度 - 流量 - 负荷 - 效能” 的评估闭环,为黑臭水体治理方案优化与成效认定提供科学依据。


一、协同评估的核心逻辑:从 “浓度达标” 到 “负荷可控”

黑臭水体的本质是 “污染物排放总量超过水体自净能力”,水质监测反映 “单位体积水体的污染程度”,流量监测反映 “水体输送的污染规模”,二者结合计算的 “污染负荷”(污染负荷 = 污染物浓度 × 流量 × 时间),才是衡量治理效果的核心指标。协同评估的逻辑可概括为三点:


(一)污染负荷:评估治理效果的核心标尺

单一水质指标(如 COD 从 100mg/L 降至 50mg/L)无法完全体现治理成效 —— 若治理后水体流量因降雨或管网改造骤增(如从 1000m³/d 升至 2000m³/d),实际污染负荷(50mg/L×2000m³/d=100kg/d)可能与治理前(100mg/L×1000m³/d=100kg/d)持平,看似水质达标,实则污染总量未减。只有通过水质与流量监测协同,计算治理前后的污染负荷变化,才能真实判断治理是否 “治标又治本”。例如,某黑臭河道治理前 COD 浓度 120mg/L、日均流量 800m³/d,污染负荷 96kg/d;治理后 COD 降至 40mg/L、日均流量 900m³/d,污染负荷 36kg/d,负荷削减 62.5%,直观体现治理实效。


(二)流量变化:解析水质波动的关键变量

黑臭水体水质易受流量影响 —— 雨季雨水径流携带地表污染物,可能导致水质指标(如悬浮物、COD)暂时性升高;旱季流量稳定,水质更能反映治理措施的长期效果。若脱离流量监测,可能误将 “雨季流量骤增导致的水质波动” 判定为 “治理反弹”。通过水质与流量监测协同,可区分 “流量驱动的水质变化” 与 “治理失效的水质恶化”:例如,某河道治理后旱季 COD 稳定在 30mg/L,雨季因流量从 500m³/d 升至 1500m³/d,COD 升至 55mg/L,但结合流量计算的污染负荷(55mg/L×1500m³/d=82.5kg/d)仍低于治理前旱季负荷(80mg/L×500m³/d=40kg/d?此处修正:治理前旱季 COD 80mg/L、流量 500m³/d,负荷 40kg/d;治理后雨季 COD 55mg/L、流量 1500m³/d,负荷 82.5kg/d,需进一步分析是否因海绵设施不足导致径流污染,而非治理失效),为后续优化治理方案提供方向。


(三)时空联动:精准定位治理措施的有效范围

黑臭水体治理常采用 “分段施策”(如上游截污、中游生态修复、下游清淤),水质与流量监测的时空协同,可判断不同治理措施的实际效能。例如,在治理段上游、中游、下游分别布设水质 - 流量监测点:若上游截污管网建成后,上游监测点 COD 从 90mg/L 降至 40mg/L、流量无显著变化,中游、下游 COD 同步下降,说明截污措施有效;若中游生态修复(如沉水植物种植)后,中游 COD 较上游进一步下降 15%,则证明生态修复发挥了净化作用。通过时空维度的协同数据,避免 “整体达标掩盖局部失效”,确保治理措施精准落地。


二、协同评估的核心维度:从 “感官改善” 到 “生态恢复”

结合黑臭水体治理的全流程需求,水质与流量监测需从 “感官指标、理化指标、生态指标、长效稳定性” 四个维度协同评估,覆盖治理的短期成效与长期效果。


(一)感官指标协同评估:直观验证黑臭消除

黑臭水体治理的首要目标是 “消除黑臭”,需通过 “水质感官监测 + 流量特征分析” 协同验证:


水质感官监测:重点监测溶解氧(DO)、透明度、异味 ——DO 需稳定≥2mg/L(黑臭消除标准),透明度需从治理前的<750px 提升至≥1500px,通过嗅味仪或人工嗅辨法确认无刺激性异味;


流量协同分析:结合流量数据判断感官指标的稳定性 —— 若旱季 DO 稳定≥2.5mg/L,但雨季因流量骤增(如从 300m³/d 升至 1200m³/d)导致 DO 短暂降至 1.8mg/L,需分析是否因雨水携带大量有机物消耗溶解氧,进而判断是否需增设前置预处理设施(如初期雨水调蓄池)。例如,某城市内河治理后,旱季感官指标全部达标,但雨季因流量增大导致 DO 波动,通过协同监测发现初期雨水污染贡献了 60% 的耗氧负荷,据此建设 1 座 500m³ 初期雨水调蓄池,雨季 DO 达标率从 70% 提升至 95%。


(二)理化指标协同评估:量化污染物削减效能

针对黑臭核心驱动因子(COD、氨氮、总磷、悬浮物),需通过水质与流量监测协同计算 “污染物削减量” 与 “削减率”,量化治理措施的控污效果:


污染负荷削减计算:分别采集治理前、治理后相同周期(如一个水文年)的水质与流量数据,计算各指标的年均污染负荷,进而得出削减率。公式为:削减率 =(治理前年均负荷 - 治理后年均负荷)/ 治理前年均负荷 ×100%。例如,某黑臭湖泊治理前 COD 年均浓度 85mg/L、年均流量 1200m³/d,负荷 37.26kg/d;治理后 COD 年均浓度 35mg/L、年均流量 1100m³/d,负荷 14.295kg/d,COD 负荷削减率达 61.6%,远超预期的 50% 目标。


不同工况下的效能验证:区分旱季、雨季、特殊天气(如暴雨),评估治理措施在不同流量条件下的稳定性。例如,截污管网治理措施需验证 “旱季是否无污水直排”(旱季流量稳定,水质指标无异常波动)、“雨季是否无合流溢流”(雨季流量骤增时,水质指标无突升);生态修复措施需验证 “低流量时是否过度净化导致营养失衡”(如总磷过低影响水生植物生长)、“高流量时是否净化能力不足”(如 COD 去除率从旱季的 40% 降至雨季的 25%)。


(三)生态指标协同评估:判断水体自净能力恢复

黑臭水体治理的终极目标是恢复生态系统,需通过 “水质 - 流量 - 生物指标” 协同,判断水体自净能力是否提升:


水质 - 生物联动分析:监测水体中底栖生物(如螺、蚌)、浮游植物、鱼类的种类与数量,结合水质与流量数据判断生态是否恢复 —— 若治理后 DO 稳定≥3mg/L、流量维持在生态基流以上(如某河道生态基流 500m³/d),底栖生物种类从 1 种增至 5 种、鱼类重现(如鲫鱼、鲢鱼),说明水体自净能力已恢复,可减少人工干预;


流量 - 生态适配性评估:分析流量变化对生物生存的影响 —— 若治理后流量波动过大(如日均流量从 300m³/d 骤升至 800m³/d),导致水生植物(如苦草)根系被冲刷,需通过流量调控(如建设生态流量闸)稳定水位与流量,为生物提供适宜生存环境。某黑臭河道治理后,因上游水库泄洪导致流量骤增,苦草覆盖率从 60% 降至 30%,通过协同监测发现问题后,调整水库泄洪方案,流量波动控制在 ±20%/ 天,3 个月后苦草覆盖率恢复至 55%。


(四)长效稳定性评估:防范治理效果反弹

黑臭水体治理易出现 “短期达标、长期反弹”,需通过水质与流量的长期协同监测,验证效果稳定性:


年度周期评估:对比连续 2-3 个水文年的水质与流量数据,判断污染负荷是否持续下降 —— 若第一年 COD 负荷削减 50%,第二年因管网破损导致污水直排,COD 负荷回升 20%,需及时修复管网,避免反弹;


极端天气应对评估:监测暴雨、干旱等极端天气下的水质与流量变化,判断治理系统的抗冲击能力 —— 若遭遇 50 年一遇暴雨,治理后污染负荷较治理前仍降低 40%,说明系统具备较强韧性;若干旱导致流量降至生态基流以下,水质未出现黑臭反弹,说明水体自净能力已能应对低流量风险。某黑臭水体治理后,经历 1 次暴雨与 1 次干旱,通过协同监测发现暴雨时污染负荷未超治理前水平,干旱时 DO 维持≥2.2mg/L,长效稳定性达标。


三、协同评估的技术实现路径:从 “数据采集” 到 “综合分析”

要实现水质与流量监测的有效协同,需构建 “同步监测 - 数据关联 - 模型分析 - 成果应用” 的技术体系,确保数据精准、分析科学、结论可靠。


(一)同步监测:确保数据时空一致性

监测点位协同布设:在黑臭水体的关键断面(如治理段进口、出口、主要排污口汇入处、生态修复段)同步布设水质监测站与流量监测站,确保监测点位空间重合;数据采集频率保持一致(如每 15 分钟采集 1 次水质数据与流量数据),避免因时间差导致数据无法匹配。例如,在某黑臭河道治理段出口,同步安装多参数水质在线监测仪(监测 DO、COD、氨氮)与超声波流量计,每 10 分钟同步上传数据,确保时空一致性。


监测设备协同校准:定期对水质传感器与流量监测设备进行协同校准 —— 水质传感器通过标准溶液校准(如 COD 标准溶液、氨氮标准溶液),流量设备通过标准体积管法或超声波对比法校准,确保二者测量精度均满足要求(水质误差≤±5%,流量误差≤±3%),避免因设备误差导致协同分析失真。


(二)数据关联:构建 “水质 - 流量” 数据库

数据标准化处理:对采集的水质与流量数据进行预处理 —— 剔除异常值(如设备故障导致的跳变数据)、补全缺失值(如通过相邻数据插值)、统一单位(如水质单位 mg/L、流量单位 m³/d),确保数据可直接关联计算;

时空关联存储:采用数据库(如 MySQL、PostgreSQL)按 “时间戳 + 监测点位” 双维度存储数据,例如某时间戳(2024-06-01 08:00)对应某点位的 DO(2.8mg/L)、COD(45mg/L)、流量(600m³/d),便于后续按时间序列或空间位置进行协同分析。


(三)模型分析:量化协同评估结果

污染负荷计算模型:基于 “水质 - 流量” 数据,开发自动化污染负荷计算模型,实时输出日、周、月、年污染负荷及削减率,直观呈现治理效果;


效能评估模型:引入水质 - 水文耦合模型(如 SWAT 模型、MIKE 模型),模拟不同治理措施(如截污、生态修复)对水质与流量的影响,量化各措施的贡献占比 —— 例如,通过模型分析发现截污措施贡献了 60% 的 COD 削减量,生态修复贡献了 30%,为后续优化措施提供依据;


反弹预警模型:基于历史数据训练 AI 预警模型,当水质指标(如 DO<2mg/L)或流量异常(如旱季流量骤增)时,自动预警可能的反弹风险,推送信息至管理部门。


(四)成果应用:支撑治理方案优化

将协同评估结果应用于治理方案调整 —— 若评估发现某段河道因流量过小导致 DO 不足,可通过生态调水增加流量;若发现雨季径流污染贡献大,可增设海绵设施;若发现截污管网存在渗漏,可启动修复工程。例如,某黑臭水体通过协同评估,发现中游段因流量不足导致 DO 偏低,通过建设生态流量闸调控水位与流量,3 个月后中游段 DO 稳定≥2.5mg/L,治理效果进一步提升。


四、实践案例:协同评估在黑臭水体治理中的应用成效

某南方城市黑臭河道(总长 3.2 公里,流域面积 8 平方公里)治理过程中,采用水质与流量监测协同评估,取得显著成效:

监测布设:在河道进口、中游生态修复段、出口及 2 个主要排污口,同步布设多参数水质监测仪(监测 DO、COD、氨氮、总磷)与超声波流量计,每 10 分钟同步采集数据;

协同评估结果:治理前 COD 年均浓度 95mg/L、年均流量 750m³/d,负荷 26.156kg/d;治理后 COD 年均浓度 32mg/L、年均流量 800m³/d,负荷 9.29kg/d,削减率 64.5%;DO 从治理前的 0.8mg/L 提升至 2.8mg/L,透明度从 625px 提升至 1750px,底栖生物种类从 0 种增至 6 种;

方案优化:通过协同评估发现雨季初期雨水污染负荷占比达 40%,据此建设 2 座初期雨水调蓄池(总容积 800m³),雨季 COD 达标率从 65% 提升至 92%,未出现治理反弹。


五、总结

在黑臭水体治理场景中,水质与流量监测的协同评估是突破 “单一指标误导”“短期效果误判” 的关键手段。通过污染负荷计算、时空联动分析、生态适配性验证与长效稳定性评估,二者协同可全面反映治理措施的实际效能,既避免 “浓度达标但负荷未减” 的形式主义,又防范 “局部达标但整体失效” 的治理漏洞。未来,随着智慧水务技术的发展,水质与流量监测将进一步与数字孪生、AI 技术融合,实现 “实时协同监测 - 动态效能评估 - 智能方案优化” 的全流程自动化,为黑臭水体的根本性治理提供更精准的技术支撑。