0 引言
开展地表水水质监测工作是为了能准确、及时、全面地掌握水体的水质现状及发展趋势，为水环境管理、污染源控制、环境规划等提供数据资料和科学依据，对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康等方面起着至关重要的作用。但随着我国城镇化与工业化进程的不断加快，人类活动产生的大量复杂性污染物质进入地表水体，增加了地表水水质监测工作的难度，对水质监测点位、指标、方法和技术等提出了更高的要求。虽然我国的地表水水质监测体系已日趋完善，但与美国的水质监测体系相比，仍存在诸多不足之处，需要不断发展和完善。美国的地表水水质监测体系已趋于成熟，并形成了一套法规化、标准化、规范化、系统化的水质监测体系，对于我国地表水水质监测体系的构建具有借鉴意义。
本研究梳理了美国地表水水质监测体系的发展历程，介绍了美国地表水水质监测工作的组织与实施情况，着重阐述了美国国家水质监测网络的组成与建立情况、州层面水质监测计划和非点源水质监测概况。同时对国内的地表水水质监测的指标、方法、技术和网络体系的现状进行总结，分析了我国地表水水质监测体系的不足。依据美国构建的地表水水质监测体系的经验，对我国水质监测体系的发展进行了思考，并提出了科学建立地表水水质监测体系的方法与建议，以期为提高我国地表水水质监测能力提供参考。
1 美国地表水水质监测体系研究进展
地表水水质监测体系的构建是美国实施《清洁水法》计划的科学基础。水质监测能够支持各州/部落制定和完善水质标准、报告水质状况、列出受损水域、颁发和执行排放许可、管理非点源、保护优质水域、确定水质管理优先级、跟踪水质随着时间产生的变化，并评估水质修复和保护行动的有效性。
1.1 美国地表水水质监测发展总体历程
美国地表水水质监测发展历程总体可分为四个阶段，即从起步和发展阶段到过渡和发达阶段，各阶段水质监测体系发展特征如表1所列。
由表1可知，自20世纪70年代美国环境保护局(EPA)成立以来，美国开始全面推动全国环境监测，并逐步建立环境监测体系。从起步阶段到发展阶段，EPA主导了很多法律的相关建设，很多水污染防控和水环境保护的法律相继出台，监测项目由水化学监测指标转向以有毒有害物质监测为重点，同时增加了生物监测和大量的调查，并开展了毒理学、生物累积性、酸性沉降以及渔业资源调查等特殊的专题研究。采样监测的介质从水体增加到了沉积物、底栖生物以及鱼类组织，并建立了上千个高效的水质自动监测站组成的自动连续监测网络，普通实验室构成的非自动监测网也得到大幅发展。
20世纪80年代起，为应对水体有毒化学物质污染、地下水污染、农田和城市径流污染等问题，美国政府进一步加强法规建设和有毒污染物控制，加大执法力度，完善了污水处理网的建设，制定了毒物控制战略，并采用了基于水质的排放许可及非点源评估，生态系统分析也正式开启。1990年之后，美国地表水水质监测从过渡阶段向发达阶段转变，其监测目的从保护人体健康发展到保护水生生物、生态系统健康，监测指标从单一的化学指标发展到当下的物理、化学、生物等数字型和叙述型综合指标，采用了考虑大气、地下水、饮用水和土壤介质的多介质风险管理办法来综合评估水质情况。生态系统分析也趋于成熟，水质监测方式从原来单一的化学分析演变成了整合多源的环境监测数据分析等方面，均由点及面，发展成了一套体系完善、科学性强的水质监测体系。此外，EPA为了严格执行相关法律，推出了高灵敏度和数据质量规范的EPA600系列测定方法，测定化合物达200多种，地表水水质监测体系逐渐得到全面发展。
1.2 美国地表水水质监测体系的组织与实施
1.2.1 美国地表水水质监测类型
美国地表水水质监测计划类型丰富、覆盖范围广、科学性强、调查对象全面，其分类方式主要按水质监测主体、监测对象类型、监测设计类型、监测对象特性和监测用途进行分类，各具体分类类型如表2所列。此外，州层面也可根据监测用途继续分类，以加利福尼亚州为例，该州水质监测计划分为全州范围的监测计划、区域监测计划以及特殊研究。
根据美国《清洁水法》相关要求，美国地表水水质监测主要出于五方面的考虑(见图1)。通过水质监测，一是可以了解全国或州/部落的整体水质状况多大程度上符合《清洁水法》的标准，以及为鱼类、贝类和野生动物的繁殖提供保护的情况。二是从不同方面掌握水质随时间和空间的变化趋势。三是识别全国或各州/部落中存在水质问题的水域、水体区域以及需要保护的区域。四是明确受监测水体需要保护的级别，为水质标准审查提供数据，制定和修订水体指定用途以及水质标准，并评估出各水体级别最合适的非点源最佳管理实践方案。五是通过水质监测来评估特定清洁水项目和整体计划的有效性，并确定水体水质管理措施的实施效果。
1.2.2 美国水质监测的职责划分
根据《清洁水法》相关规定，美国各州、部落和领地按要求对其水域进行监测、评估并报告水质情况，并需要采用不同的监测方法来跟踪水质变化，以对水域的水质状况作出科学合理的陈述，并在多个地理尺度上对水域的水质进行保护和修复管理。
美国地表水水质监测的职责由多个不同的机构担任。其中各州污染控制机构和印第安部落负有主要的监测责任，美国环境保护局(EPA)会提供污染控制和环境管理补助金以帮助其建立强有力的监测计划，各州需向EPA报告监测活动的结果。许多市和县环境办公室等地方政府机构也在其境内进行水质监测，EPA帮助其管理对水质监测的拨款，并在如何监测和如何报告监测结果方面提供指导。此外，EPA也会进行一些有限的水质监测。如EPA区域办事处对工业和市政处理设施排放的废水的达标情况进行监测。EPA总部和区域办事处组织实施旨在解决特定问题的监测项目，EPA与州/部落也会共同开展系列针对国家水域的统计设计调查，如国家水生资源调查将提供有关水质趋势和关键压力因素的有效数据。
美国地质调查局、美国鱼类和野生动物管理局、国家海洋和大气管理局等其他机构也会进行相关的水质监测活动。如美国地质调查局通过全国河流质量核算网络在全国各大河流的固定地点进行广泛的化学监测，其负责的国家水质评估计划在重点区域进行水、沉积物和生物群状况和趋势的研究。部分大学、流域协会和环保团体等私营实体也会出于不同目的进行水质监测，并与政府决策者共享收集的水质数据信息。目前，美国志愿者监测团队在接受监测方法培训后，定期收集和分析水样，获取水体的生物健康状况数据。最后，政府能有效利用各监测机构或团体的水质监测数据进行水环境管理科学决策。
1.3 美国地表水水质监测体系的构建概况
1.3.1 国家层面的水质监测网络构建
(1)美国国家水质监测网络的建立与点位设计要求。1977年EPA发布的《基本水质监测方案》中环境监测计划要求各州执行情况须保持一致以确保各州监测数据能够放大到全国。该监测计划是从各州目前已有的监测点位中选择组成数目最少的核心监测网，通过统一现有的监测网络，从而建立1个不少于1000个点位的国家地表水质监测网络。
美国国家水质监测网络旨在提供有关海洋和沿海生态系统健康状况以及内陆对沿海水域影响的相关信息。其对国家地表水环境监测网的点位设计提出了4点标准要求，即国家水质评估点位选择首先考虑水的指定用途，比如娱乐水域、商业或运动渔场水域等；国家水质评估除选择污染区域外，还要选择水质相对纯净的区域；选择的点位要能够获取不同水域的代表性样品；为了对比需要，尽量选择有历史数据的点位。此外，针对江河、溪流、湖泊和海湾等每一类水域也提出了具体的监测点位设置要求，并对各类监测水域制定相应的水质监测网络设计清单。
(2)美国国家水质监测网络的设计清单。美国国家水质监测网主要针对河口、近岸、近海和专属经济区、五大湖、沿海海滩、湿地、河流、大气、地下水等对象进行监测。表3中列出了美国河口水质监测网络设计清单，以河口水域类型为例，若监测目的是评估美国河口的状况，报告单位则是整个国家所有河口或美国十个综合海洋观测系统(IOOS)区域中的一个河口。为确保地理覆盖率，采用基于概率的方法进行站点的选择。每年在每个IOOS地区的河口收集1次样品，从第一年到第十年，每年对不同河口进行采样。在第六年，对第一年监测的河口进行复查；在第七年，对第二年监测河口进行复查，以此类推。
(3)美国国家水质监测网络的监测指标。由表4所列美国国家水质监测网监测指标可知，除常规的物理化学指标外，美国国家水质监测指标重点关注对人体健康危害较大的痕量有毒有机污染物和新型污染物，如12种典型持久性有机污染物(POPs)、新型POPs污染物和微塑料等。美国更是制订了水环境持久性有毒污染物监测名单，并纳入常规监测或是以全国水环境质量普查的形式进行年度监测。美国还开展了大型无脊椎动物和鱼类等水生态指标的监测工作，以全面反映地表水域的水质和水生态问题。此外，针对不同的监测水体设置了不同的监测指标。
1.3.2 州层面的水质监测计划概况
根据《清洁水法》第305条(b)规定，每个州必须有监测其地表水水质的计划，并需提交水质状况报告，EPA负责汇总各州报告并分析数据，最后形成国家水质量清单报告，每2年向国会上报1次。美国常规的水环境监测主要由各州的环境保护部门完成，由于各地社会经济状况和生态地理状况的差异，采用的水质监测计划存在很大差异。因此，2003年EPA发布的《州水质监测和评估计划的要素》文件中规定各州的水质监测计划需要包括整体策略、目标、设计、核心和补充指标、质量保证、数据管理、数据分析和综合评价、结果汇报、计划评估及支持系统建设等10项基本元素。文件中针对4种指定用途水体推荐了水质监测的核心指标和补充指标，具体如表5所列。
根据各州具体情况，各州会选择最能满足其监测目标的监测计划和采样方法。州监测计划可能会整合多种监测设计类型，包括固定站、密集和筛选级监测、循环流域监测、判断和概率设计等，以满足全方位的决策需要。如《准备州综合水质评估(305b报告)和电子升级：报告内容的准则》(1997)提出了一种新型的将传统的判断定向点位设计与概率统计点位设计相结合的对水质的综合性评估方法。表6中列出了监测设计类型及其用途，各州可以通过采用最有效的监测设计组合来实现其水质监测目标。
1.3.3 非点源水质监测
根据《清洁水法》第319条，EPA制定了国家非点源水质监测计划以解决非点源污染问题，目标是科学地评估非点源污染流域控制技术的有效性，并提高对非点源污染的认识。为此，美国政府在全国各地选中不同的流域项目来加强资金和技术援助力度。通常情况下，对基线条件的监测至少要进行2年，然后再进行最佳管理实践(BMP)的实施，BMP实施后再监测3～6年，项目总周期为5～10年。最后，对BMP实施前和实施后的数据进行统计分析，以评估BMP的实施对水质变化的影响。
以1993—2006年纽约农场非点源监测项目为例，项目识别了试点农场内的重要污染源，并实施具有成本效益的管理措施，以大幅度减少由污染源带来的损失。该监测项目采用了流域配对比较的方法，监测方案具体如表7所列，非点源水质监测结果显示，通过实施系列BMP措施，试点农场来自动物粪便和化肥等的主要非点源污染物，包括氨、溶解态磷、颗粒态磷和沉积物的负荷均有较大的削减，氮氧化物和总有机碳(TOC)的含量也有所减少。最终，农场损失减少了一半甚至更多，若流域内其他农场也能实现同样的效果，预计会对受纳水体产生更为积极的影响。
2 我国地表水水质监测体系的现状与问题
2.1 我国地表水水质监测指标设置现状与问题
我国2002年颁布的《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中共规定了109项地表水的水质监测指标。地表水水质监测指标按照性质分类主要可分为物理监测指标、化学监测指标和针对地表水中细菌、病毒等病原体的生物监测指标，各指标如表8所列。
由表4、表5和表8可知，我国的水质监测指标体系以重金属和综合性指标为主(不含集中式水源地)，同时缺乏能够全面反映包括水生生物、有毒物质和新型污染物等在内的地表水环境质量和水生态的真实状况的监测指标，同美国还存在一定的差距。此外，我国地表水环境特征存在明显的地区差异，不同地域条件和不同发展时期的地表水水质关键监测指标明显不同。这就造成了全国统一制定的地表水域水质监测指标体系不能完整、客观、全面地反映区域地表水水环境污染状况和水生态状况，并直接影响了对水环境质量控制目标的实现和水质监测方法体系的建立。
2.2 我国地表水水质监测技术方法体系现状与问题
2.2.1 地表水环境监测方法标准
我国现已基本建成了以水环境质量标准、废水污染物排放(控制)标准、水环境监测方法标准为核心的国家水环境保护标准体系框架(见图2)。其中水环境监测方法标准可分为国家标准或行业(如农业环境监测)标准分析方法、统一分析方法和等效方法三个层次。但这三类方法来自不同的方法标准体系，导致水质监测分析方法标准缺乏统一性，监测结果可比性较差，不利于后续监测计划的开展和标准的执行。
此外，我国现有地表水水质监测指标还没有达到一个指标和一个国家标准分析方法相匹配的最低要求，特别是饮用水源地特定监测指标和除水环境质量标准中已包含的优先控制污染物指标，如联苯胺、多氯联苯和黄磷等还没有国家标准分析方法。近年来国际上备受关注的烷基酚等具有内分泌干扰作用的典型痕量持久性有机污染物也未建立国家监测方法标准。
2.2.2 地表水水质监测方法技术体系
我国针对不同的流域及管理的需要，一般采用常规监测、自动监测和应急监测等3类水质监测方法。其中自动监测采用原国家环保局、欧盟及美国国家环保局认可的仪器分析方法，并执行原国家环保局批准的水质自动监测技术规范。我国正在逐步建立以自动监测为主、手工监测为辅的地表水环境质量监测方法技术体系，但只有pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮和总磷5个指标优先采用自动监测数据。与美国相比，我国目前仍以传统的物理化学监测技术为主，常规检测方式占主导地位。此外，受经济发展因素的影响，经济条件较差的地区还缺乏仪器设备和监测分析手段，不能满足当前水生态环境保护的综合需要。
面对“十四五”时期深入打好污染防治攻坚战对综合改善水环境质量和水生态状况的更高要求，以及《生态环境监测规划纲要(2020—2035年)》相关要求，地表水监测要“逐步实现水质监测向水生态环境综合监测转变”。生物监测技术在环境监测中重要性日益彰显，并应用在如长江河口水环境监测中。与传统的水环境监测相比，水生态监测从生态系统的完整性出发，更加关注水环境因子对生物的影响和生物对各种水生态条件的适应。近年来，我国水生态监测在探索中不断发展，但仍存在水生态监测体系尚未构建完成、监测与分析方法缺乏系统性等困难和挑战。此外，我国部分地区目前应用的监测技术和设备缺乏一定的先进性，导致获取的数据存在一定的误差，缺乏准确性以及真实性，而这直接对地表水监测的结果造成一定的影响。建立简而易行的快速测定方法，已成为环境监测工作亟待解决的问题之一。
2.3 我国地表水水质监测网络体系现状与问题
全国范围内不同区域与河流都形成了相应的监测网络系统，建立了数十个智能化监测体系，并初步形成了国家、省、市三级水质监测网络。但我国在水质监测计划工作的组织与实施、监测点位布置和监测计划设计、监测数据获取等全国水质监测网络体系构建层面还有一定差距。
我国统一开展的全流域监测工作主要集中在海河流域、太湖流域以及淮河流域，而其他地表水资源的监测都是由各省市自行负责，水质监测网络的点位布置还未实现全覆盖，地表水水质监测数据来源比较单一，且未有效利用或结合大气、地下水和土壤等多介质环境质量监测指标数据进行分析。由于各省市之间水质监测方法和技术存在较大差异，且没有对地表水水质监测相关工作进行有效沟通，对全流域水环境质量变化的具体发展情况没有进行及时确认，导致了水质监测缺乏统一的方案。此外，水利和环境保护等部门对同一水域地表水环境的监测存在重复交叉，部门间联动监测机制有待完善。
3 对我国地表水水质监测体系构建的启示与建议
针对我国地表水水质监测体系中存在的问题，可酌情借鉴美国的经验，并结合我国具体实际，为优化构建一套覆盖范围广、科学性强、调查对象全面的系统性、体系化的全国地表水水质监测体系，提出如下建议。
3.1 优化完善地表水水质监测指标体系
(1)加强地表水域水生态指标监测。开展大型无脊椎动物和鱼类等生物特性指标监测，推进完善水生态监测、调查和评价等技术标准。选取典型站点，探索开展水质和水生态状况的实时监测和预报，实现水环境监测从现状监测向预警监测跨越，水质监测向水生态监测跨越。完善水生态监测网络，在鱼类、底栖动物、水生植物、浮游生物等物种的组成、分布和种群数量等方面，对水生生物受威胁状况进行全面评估，明确亟需保护的生态系统、物种和重要区域。
(2)开展对人体健康危害较大的痕量有毒有机污染物和新型污染物的监测评价工作。以当前我国危险化学品生产密集区为重点，选择部分重点流域区域，优先开展有毒有害污染物监测、生物毒性综合监测和优先控制污染物等试点水质监测研究工作，健全新型有毒有害污染物水质监测评价体系。
(3)借鉴美国给各州制定统一的水质监测计划和设计清单的做法，我国可加快国家地表水水质监测指标体系总体框架的制定。各省市水质监测部门或机构可在该框架下，根据地方监测水体的类型和用途，科学合理筛选水质监测指标，使不同地表水体的水质监测指标更具有针对性，能够科学地反映我国地表水生态环境质量真实状况。
3.2 改进地表水水质监测方法技术体系
(1)完善我国地表水水质监测方法标准体系。针对尚无国家标准监测方法或新增的监测指标，可采取标准程序把统一分析方法或等效方法转化为国家监测标准，进一步建立和完善国家监测方法标准。加快更新或引进先进的自动化程度高的检测技术手段，建立新的监测分析方法标准，使同一监测指标采用不同检测技术手段的多种方法标准，以满足不同层次实验室和不同水环境管理需求。
(2)完善水生态环境监测技术和数据质量管理与控制技术，显著提高水生态环境质量监测自动化、标准化、信息化、智能化水平。将自动化监测、人工监测、系统监测和污染监测等多种监测方式有机结合，建立起以自动监测为主、手工监测为辅、多介质风险监测共存的地表水环境质量监测方法技术体系。并初步构建水生态监测技术体系，实现由常规理化指标评价向水生态环境综合评估的转变。
3.3构建全面统一的地表水水质监测网络体系
(1)整合统一全国各省市、各部门等各地表水水质监测机构或团体的相关监测工作。在国家层面整合和优化各级各部门有关环境监测信息平台，鼓励各省市监测机构在实施水质监测工作中包含基本要素的基础上，帮助设计符合各省市实际情况的最优水质监测计划。鼓励其他机构、私营实体和志愿者监测团队积极参与水质监测工作，为国家或地方管理决策提供数据支撑。
(2)进一步优化完善监测对象，开展合理全面的水质监测网点位布置。对我国的河口、近岸、各类湖泊、沿海海滩、湿地、河流和地下水等不同对象进行全面监测，并根据监测水体的类型和功能用途合理选择监测点位。
(3)构建完善大气、地下水、饮用水和土壤等多介质风险管理监测体系。在进一步完善我国水质监测指标、改进监测方法技术、统一水质监测计划组织与实施、细化监测对象、拓展监测布点范围等基础上，整合多介质风险管理监测获得的多源环境数据，对监测站网络进行优化配置，实现全国地表水域水质监测网络全覆盖。
来源：水利发展研究，2023，23（6） 作者：李宣瑾 高举 张晓岚 李春晖
