淡水作為人類生存和社會發展的基礎性資源，其水質安全直接關系到生態系統健康、飲用水安全及工農業生產可持續性。pH、氧化還原電位（ORP）、電導率、溶解氧（DO）、余氯、濁度和離子濃度等參數，是評估淡水水質的核心指標，其協同監測能夠全面反映水體物理化學性質與生態功能狀態。

pH 表征水體酸堿度，直接影響水生生物的酶活性、細胞膜通透性及物質存在形態。例如，當 pH 低于 6.5 或高于 8.5 時，魚類的呼吸作用和離子平衡會受到干擾，導致生長抑制甚至死亡。ORP 反映水體的氧化還原能力，其數值變化與水中氧化性 / 還原性物質（如硝酸鹽、硫化物）濃度密切相關，是判斷水體自凈能力的重要依據。

電導率用于衡量水體中離子總濃度，通常與溶解性固體（TDS）呈正相關。在地下水監測中，電導率突增可能預示著咸水入侵或工業污染。溶解氧作為水生生物生存的關鍵要素，其濃度低于 2 mg/L 時會引發魚類窒息，同時影響水體有機物分解速率和氮循環過程。

余氯主要存在于經過消毒處理的水體中，用于抑制微生物繁殖。但過高的余氯（超過 1 mg/L）會對水生生物產生毒性，并與水中有機物反應生成有害副產物。濁度反映水體中懸浮顆粒物含量，其升高不僅降低水體透光性，影響水生植物光合作用，還可能吸附重金屬、病原體等污染物，增加環境風險。離子濃度參數涵蓋鈣、鎂、鐵、氨氮等多種物質，其異常波動是判斷水體污染來源和生態失衡的重要信號。

二、監測技術原理與設備發展

2.1 電化學傳感器技術

pH 傳感器基于玻璃電極或固態電極原理，通過測量膜兩側氫離子濃度差產生的電位差，實現酸堿度檢測，精度可達 ±0.01 pH 單位。ORP 傳感器采用惰性金屬電極（如鉑電極）與參比電極組合，測量氧化還原電對間的電位差，常用于污水處理廠厭氧 - 好氧工藝控制。

溶解氧傳感器主要有極譜法和熒光法兩類。極譜法通過施加極化電壓使溶解氧在電極表面還原產生電流，電流大小與氧濃度成正比；熒光法則利用熒光物質與氧分子碰撞導致的熒光猝滅效應，具有響應快、抗干擾能力強的優勢，檢測下限可達 0.1 mg/L。

余氯傳感器多采用恒電壓電解法或 DPD 比色法。前者通過電解產生的銀離子與余氯反應，測量電解電流實現定量。

2.2 光學與物理測量技術

濁度傳感器基于光散射或透射原理，當光束穿過水體時，懸浮顆粒物導致光強衰減或散射，通過檢測光信號變化計算濁度，常見單位為 NTU（濁度單位）。現代激光濁度儀可實現 0.01 - 1000 NTU 的寬量程檢測，且不受顏色干擾。

離子濃度測量采用離子選擇性電極（ISE）、離子色譜（IC）或電感耦合等離子體質譜（ICP - MS）等技術。ISE 通過選擇性膜對特定離子響應產生電位差，快速測定常見離子（如氯離子、鈣離子）；IC 則通過離子交換分離和電導檢測，可同時分析多種陰離子和陽離子；ICP - MS 具備 ppt 級檢測限，常用于痕量重金屬分析。

三、典型應用場景與實踐案例

3.1 飲用水源地保護

在飲用水源地監測中，多參數水質傳感器網絡實時監測 pH、DO、濁度、余氯及重金屬離子濃度。例如，某大型水庫通過部署在線監測浮標，當濁度超過 5 NTU 或高錳酸鹽指數（間接反映有機物含量）上升時，系統自動觸發預警，聯動啟動應急處理流程，保障供水安全。

3.2 污水處理過程控制

污水處理廠通過 ORP、DO 和 pH 傳感器的協同監測，優化生物處理工藝。在厭氧池，ORP 維持在 - 300 mV 至 - 400 mV 區間，確保反硝化反應充分進行；好氧池 DO 控制在 2 - 4 mg/L，保障活性污泥微生物代謝效率。離子濃度監測則用于判斷污泥膨脹風險，及時調整處理參數。

3.3 河流生態健康評估

在流域生態監測中，沿程布設的水質監測站通過測量電導率、溶解氧、氨氮等參數，繪制水質時空變化圖譜。例如，某河流在枯水期電導率顯著升高，結合離子濃度分析，確定為上游農業面源污染導致鹽分積累，為精準治理提供數據支持。

當前淡水水質監測面臨傳感器長期穩定性不足、多參數數據融合困難等問題。例如，pH 電極在高濁度水體中易受污染，導致測量偏差；不同傳感器的采樣頻率、數據格式差異增加了信息整合復雜度。此外，新興污染物（如微塑料、藥物殘留）的監測需求對現有技術提出更高要求。