从数据看水环境质量的持续改善及提升路径

前言：

水环境是一个重要的指标，它直接关系到一个国家的经济和人民的健康状况。随着城市化和工业化进程的加快，水体富营养化、重金属污染、有机污染物富集等问题日益凸显，应建立科学的处理方法和评价体系。目前，我国已经实行了“河长制”，构建了重要流域的监测网，但仍面临着源头减排不平衡、生态补偿机制不完善、监测手段分散等问题。

1. 数据持续改善分析

据《2024 中国生态环境状况公报》中有关资料显示，到 2024 年，全国地表水水质将呈现不断好转的趋势。国家地表水 I^～ Ⅲ级断面的比例为 90.4% ，比2023 年提高 1.0% ；劣V 类断面的比例由0.7% 下降到 0.6% ，降幅0.1 个百分点；全国 210 个重点监测湖泊和水库中，“好”湖泊所占比例达到 77.1%，较 2023年上升2.5 个百分点。另外，到2024 年一季度，国家地表水评价断面3641 个，优（I- Ⅲ）级断面占 89.9%，较上年增加 0.8 个百分点；其中，劣 V 级断面占0.7% ，较上年略有提高 0.1 个百分点。这标志着我国环境保护工作的成效正在逐渐走向规范化。根据不同水体敏感期与生态恢复目标，设定 COD、氨氮、总磷等分级预警阈值；当监测值超出阈限时，系统自动生成风险等级报告，并依据规则引擎调用相应应急方案，如启动污染源排查、上游流量调控或生态拦截工程。监管效率可通过可视化大屏与移动端应用同步提升。云平台前端采用GIS 地理信息与时序曲线联动展示，实现断面位置、实时指标与历史趋势的空间—时间一体化可视；同时推送至监管人员的手机端，支持一键查看预警详情、下载报告与发起现场核查指令，实现移动执法与远程决策闭环[1]。

2. 水环境改善提升路径

2.1 实施源头减排管控

在工业方面，要加快脱硫、脱硝、除尘等设备的更新，以实现重点产业的超低排放改造。在设计阶段，需要将在线监控与智能控制相结合，对 SO2、NOx、颗粒物等污染物进行动态优化。针对火电、钢铁、水泥等高耗能行业，提出通过 SCR（SCR）、低温脱硫等工艺，实现 NO 的浓度小于 30mg/Nm³ 。同时，将电收尘器与袋式收尘器相结合，将 PM2.5 的截留率提高到 99% 。另外，还可以通过对环境税收的差异化征收以及排污许可交易等方式，对企业的减排行为起到激励作用。针对农业非点源污染问题，提出在小流域重点节点建设生态缓冲区及人工湿地，充分发挥植物根系对氮、磷的吸收作用，使其对氮、磷的截留率达到 60%～70% 。采用梯面强化技术，可有效降低坡面产流速率，并明显降低颗粒物质及营养物质的运移。在此基础上，推广以土壤信息为基础的智能施肥新技术，采用叶面追施技术，使化肥施用量降低 20%～30% ，并在 15cm 以下深度进行深松整地，降低表土损失。在此基础上，通过建立标准化的沼气池、厌氧发酵设备，使畜禽粪便的资源化利用率达到 85% ，达到对畜禽粪便的有效回收。在城市生活污水处理中，要大力发展生物过滤- 膜生物反应器（MBR）组合技术，实现对水中微量污染物的高效降解与悬浮颗粒物的截留。出水中 COD、TN、TN 均能稳定达到标准。针对乡村的分布式污水源，提出利用模块化功能湿地与移动污水处理厂，使其在污染源附近设置较小的处理单元，从而降低管网的造价和管道损耗。再生水回用网络的建设要以景观喷泉、道路冲洗、绿化灌溉为重点，保证每年再生水的利用率在 40% 以上，实现从源头上降低用水量。还需要加强体制和监督机制，同时加强技术的运用。本项目提出在污水处理厂的各个污染源上布设化学需氧量、氨氮、总磷等主要指标的实时监控装置，并将其与污染物排放的动态关系进行关联分析。在此基础上，以“减排率”“超标次数”和“再生水利用率”为评价指标，实现对各地区环境保护目标的评估[2]

2.2 开展流域联动生态补偿

针对我国跨区域水环境问题，本项目拟建立省 - 市 - 县三级多部门协作机制。它是以流域为基础，通过定期会商、联席会议等方式，构建了一个统一的决策平台与执法网络。并据此提出了构建区域水环境协调机制的设想。在现有“河长制”“湖长制”的基础上，重点提炼责任与考评指标，并将流域治理任务分解到乡镇、村一级，构建完整的链式管理模型。责任划分包括源头控制、过程控制和终端控制，要以透明的方式接受社会的监督。“一河一策”战略的落实，需要结合流域水文特征、污染源类型和生态恢复需要，有针对性地进行专项治理。规划内容应包含污染减排的量化指标、工程与非工程措施、资金需求与技术措施、建设时间与目标等。并提出了构建生态补偿机制的设想，即把资金、技术等资源向上游地区倾斜。在此基础上，通过建立生态系统服务评估模型，定量评价流域生态系统服务功能，并提出相应的补偿对策。其中，对农村生活垃圾处理给予补助，对农业面源污染进行奖励，对生态修复项目进行技术支撑。

2.3 落实智能化监测工作

为实现河湖、地下含水层和近海等区域的综合在线监测，本项目拟采用互补式站点布设和多源传感器融合等方法，建立一套完整的三维水环境监测系统。本项目拟在重点流域和周边地区布设固定监测点，并配置多参数探针，实现对水体温度、pH 值、溶氧、COD、氨氮、总磷等主要水质指标的实时监测。本项目拟在地下水富集区和地下水补给区布置传感器阵列，并将电极法和光纤传感技术相结合，对地下水水位和地下水中污染物的渗流进行实时监测。在此基础上，沿近海布设浮动浮筒和无人潜航器，通过多波段光电传感技术，实现水体中营养物质和有机污染物的垂向取样和断面链式监测。针对边远山区，在监测断面上，优先配置 NB-IoT 远端终端，并充分发挥其低能耗、大范围等优势，实现实时数据实时上报。以5G 边缘节点为基础，在城区河道、产业岸线等地区，实现分秒量级的高频数据回传。针对海上浮标和深海观测站，开通了双向的卫星通讯，保证了在没有网络的情况下，海洋环境的实时信息也能够得到反馈。云计算对海量时空数据的存储和处理需求提出了更高的要求。本项目拟采用分布式数据库（HBase、InfluxDB 等），结合容器化的微服务框架，实现大规模的并发处理。本项目拟利用时序数据库对多源数据进行融合，利用 MapReduce、Spark 等工具对数据进行清理和标准化，消除传感器漂移和信号噪声的影响。

结语：

综上所述，深入推进大数据和人工智能技术在流域水环境质量动态模拟和精细调控方面的应用，也是推进流域水环境质量评价的重要途径。在此基础上，建立“长周期监测 - 评价 - 优化”闭环体系，实现由“被动应对”到“事前预警”的转变，为实现我国碳减排和碳中和提供科学依据。

参考文献：

[1] 孙飞 . 压紧压实河长制责任深化综合治理推动水环境质量持续改善稳定达标 [N]. 连云港日报 ，2025-05-22（001）.

[2] 王丽 . 我市全力推动水环境质量持续改善 [N]. 抚顺日报 ，2024-01-24（002）.

作者简介 ： 孙德生（1983.02——），男，汉族，籍贯 ： 河南，职称 ： 助理工程师，学历： 本科，研究方向： 环境科学。

郑强（1984.01——），男，汉族，籍贯： 河南，职称： 助理工程师，学历：大专，研究方向： 环境科学。