摘要：水环境监测是保护水环境不可或缺的一部分，它通过收集和分析水体中的各类指标与参数，以评估水质状况及水污染程度。这些指标和参数包含水体中的溶解氧...

水环境监测是水环境保护的重要构成部分，是实现水环境管理精准决策的重要方式，同样是水污染治理和水质精细化管理的基础。

水环境监测是保护水环境不可或缺的一部分，它通过收集和分析水体中的各类指标与参数，以评估水质状况及水污染程度。这些指标和参数包含水体中的溶解氧、氨氮、总磷、总氮、COD（化学需氧量）等物理、化学和生物指标。其目的是及时发现和预警水体中的污染物，为水环境管理部门提供科学依据，制定相应的保护与治理措施。

现传统的水环境现场监测一般依赖于化学方法，操作方式是在岸边建立水质监测站，将水抽到流通池中，通过管路和泵进行化学反应，进而获取数据。殊不知，这样的方式存在很多限制，如高昂的建设和运维成本，点位有限且盲区比较大，没法实时、全面、准确地反映水质情况和变化趋势。

然而，也有很多传感器可以解决一部分的现场监测问题，例如：PH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、浊度传感器、硝酸盐传感器、氨氮传感器、氯传感器、COD/BOD传感器...

但是传感器能监测的参数十分有限，例如常见指标总氮、总磷等就很难实现，有些参数基本没有一个成熟的传感器技术可以应用。且传感器依然存在准确度、稳定性的等各种局限性，标准也是十分的欠缺。

因而，一些新兴的黑科技正在水环境监测领域崭露头角，这些黑科技打破了传统监测的局限，为水环境保护提供了全新思路及手段。

当中最具代表性的便是高光谱水质多参数监测仪、微流控水质监测、遥感技术、量子点技术、生物传感器技术等。

01高光谱监测方法

高光谱传感器是一种能够获取水体中特定波长范围内大量连续谱段的传感器。传统的光谱传感器只能获取有限的几个波长，而高光谱传感器可以获得数百个波长的数据，从而提供更详细、准确的光谱信息。在水质监测中，高光谱传感器能够实时监测水体中的溶解物质浓度、藻类生长情况、水色等指标，帮助评估水质状况和生态环境。

高光谱技术与人工智能等技术融合，通过实地采集大量水质真值数据，进行人工智能反演算法训练，面对不同地区差异化的水体特征，采用相对应的人工智能算法模型，并且支持算法远程升级，确保在不同区域、不同时域下的水质采集精度，实现因“水”制宜开展监测。

高光谱的应用方式有许多种：高光谱摄像头+人工智能、高光谱摄像头+无人机+人工智能、高光谱摄像头+浮标...

目前各高光谱各品牌商宣称可以监测的参数包含：化学需氧量（COD）、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、生物需氧量（BOD）、总有机碳（TOC）、pH、浊度、悬浮物、色度、叶绿素、溶解氧、亚硝酸盐、综合营养化指数。

但具体还是有待时间的考验。

02遥感技术水质监测

遥感技术运用卫星、飞机等遥感平台获取水体的光谱、热红外、雷达等数据，通过遥感技术对水体进行监测与分析。遥感传感器能够快速获取大范围的水质信息，包括水体温度、表层浊度、藻类水华等。通过遥感技术，能够对大面积水域进行连续监测，及时发现和预警水质异常变化。

遥感技术在硬件中需要设计参数获取与传输模块及其遥感图像视频的传输模块。再利用图像识别软件进行分析和监测。其优势有：

信息收集较为全面

因为遥感技术探测范围较大，航摄飞机高度可以达到10km左右，借助卫星进行的遥感监测更是能够覆盖3万多km2的地面范围，所以在进行水环境监测的时候就可以在一定程度上契合水环境的监测需求。

2.适用范围较广

遥感技术穿透能力很强，不论是液体或是固体及其气体都难以逃脱遥感技术的感应和监测，所以即便是处在原始森林或是山地中的流域也能够通过遥感技术实现水环境监测。

3.整体性较强

遥感设备能够进行立体动态监测，并且将监测结果以直观的航空影像展现出来，检测过程保持了连续性，这使得水环境监测不会局限于片面范围，而是使水环境以整体形式呈现在大家面前，使水环境实现了全面整体监测与辨识。

4.手段丰富，效率较高

遥感技术作为利用电磁波进行信息收集的作业，可根据不同水域的特点对波段和相关设备进行调整。作业过程中，有关人员可以利用紫外线、红外线和微波波段等多样化的方法针对水环境进行信息收集，不仅可以对地表水的流域状况进行监测，还可以实现对地下水的信息收集。

但是，现阶段遥感能够监测的参数仍然相对偏少，目前能监测的参数包含：油渍污染、水体富营养化监测、悬浮物的监测、热污染。

但是水体污染的参数，还是涉及到方方面面，单遥感手段也是解决不了水环境的全部问题。

03微流控水质监测

微流控：微流控运用微纳流控芯片的特点，实现对微小液滴或微流体的操控与分析。在水质监测中，微流控传感器能够实现快速、高效的水质分析，实时监测水体中的微量有机物、重金属等污染物。因为微流控芯片具有体积小、耗材少、操作简便等优点，在水质监测领域微流控传感器有着广泛的应用前景。

微流控如今在水质监测中科应用于水中有机物检测、水中氮磷类营养盐检测、细菌/微生物检测、重金属检测等。

虽然微流控芯片分析技术具备消耗试剂少、价格低廉、反应速度快、易于操作等优点。近些年，研究者们在很多情况下仍不能真正实现整个分析过程的芯片化，在分析的准确度方面也是有待提升。

04生物传感检测方法

生物传感器技术的核心是生物传感器,主要包含分子识别部分(敏感元件)和转换部分(换能器)两个部分,敏感元件包含依酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质,换能器包含氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等。生物传感技术充分利用对生物物质的敏感性,并将其浓度转换成电信号,具备专一性强、分析速度快、准确度高、操作系统简单、成本低的优点,能够现感受、反应、观察的三大功能。

生物传感器能够帮助人类在生产过程中对环境的监测,有效做到保护环境且不阻碍生产的目的。但是此类传感器在环境领域还处于科研领域，并没有完全量产。

05量子点技术

量子点光谱传感技术是清华大学电子工程系博士生导师鲍捷在全球范围内第一次提出。

量子点光谱传感技术是把量子点（新型纳米晶材料）与成像感光元件完美结合，通过把大量不同材料或粒径的量子点有规律地打印在薄膜上，取代传统光谱仪的分光元件，实现了光谱仪器的传感器化。

简单点来说，就是将我们原来的分光光路，变成了阵列分光。再形成指纹图谱进行分析。

因而，量子点光谱传感技术开发的原位、实时的水质监测方法，通过测量被研究光(水样中污染物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等)的光谱特性，用非传统化学分析的方法获得水体中特定物质的光谱信息，包括波长、强度等谱线特征，建立光谱数据与水环境各要素的映射关系，通过光谱大数据分析，快速返回水域污染物信息，从而能够无需使用任何化学试剂实现监测水质参数，了解水质状况和测量获取水质特征吸光度谱示意图污染程度。

因而，量子点的技术也是要建设大数据库，通过建模进行分析的。

建设数据库，难度也是十分大，预计该技术也是有较长一段路要走的。我们还是拭目以待吧。