地表水水質自動監(jiān)測系統(tǒng)應用維護及效益淺析

張　青　高鳴遠　王　瑩

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地表水水質自動監(jiān)測系統(tǒng)應用維護及效益淺析

張青1高鳴遠2王瑩1

一、水質自動監(jiān)測系統(tǒng)用途及特性

地表水水質自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以自動分析儀器為核心，可以在一個水系或一個地區(qū)設置若干個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的監(jiān)測站，定時或實時地監(jiān)控河流、江河口、湖泊、排污口等目標水域水質狀況及變化情況，為水質監(jiān)測監(jiān)控提供科學及時的解決方案。該系統(tǒng)主要運用自動測量技術、自動控制技術以及相關的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系。能夠自動、連續(xù)、及時、準確地監(jiān)測目標水域的水質等信息，數(shù)據(jù)遠程傳輸，自動生成圖表等，為監(jiān)測監(jiān)控水環(huán)境提供了第一手資料。同時相對于手工常規(guī)監(jiān)測，節(jié)約了人力和物力，提高了效率，實現(xiàn)了水質監(jiān)測的信息化和現(xiàn)代化。

二、水質自動監(jiān)測系統(tǒng)管理規(guī)范和質量控制

水質自動監(jiān)測系統(tǒng)在建設、運行、管理及質控時需遵循相關標準和規(guī)范，同時結合具體站點環(huán)境因地制宜，才能達到建站目的和充分發(fā)揮自動監(jiān)測站的監(jiān)測監(jiān)控作用。

1.監(jiān)測系統(tǒng)的建站標準

監(jiān)測系統(tǒng)在建站時應考慮站房的位置、內部儀器的性能和系統(tǒng)集成的可靠性以及取水口位置的設置等。一般來講監(jiān)測站房選址需注意交通便利，水、電、通信有保障，溫濕度可控，且排除人為破壞及自然災害等安全因素。儀器設備根據(jù)監(jiān)測要求和項目選擇業(yè)內主流自動分析儀器，比如德國WTW、法國SERES、德國科澤和日本島津等，同時考慮到系統(tǒng)和項目的擴展性，集成時預留生物毒性、重金屬及藻類等監(jiān)測儀器設備的空間和管線。取水設施設置斷面根據(jù)監(jiān)測目的應具有代表性，不能設在死水區(qū)、漫灘處、回水區(qū)。通航河道考慮安全性設立警示標志。排除枯豐水期水位變化對取水設施的影響。取水位置水平距離離監(jiān)測站房小于100m為宜等。

2.監(jiān)測系統(tǒng)的管理規(guī)范

監(jiān)測站應配備專業(yè)的管理和維護人員，熟悉系統(tǒng)原理及儀器性能，科學操作和記錄各種數(shù)據(jù)和信息，做好定期巡查維護、突發(fā)故障處理、儀器設備校準調試工作，此外還需做好監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計分析等工作。

3.系統(tǒng)運行的質量控制

自動監(jiān)測系統(tǒng)和儀器在運行過程中難免受設備故障、水情變化、水體污染等因素影響導致數(shù)據(jù)偏差和偏離，所以對系統(tǒng)和儀器的質量控制是保證監(jiān)測準確和有效的重要手段和途徑。通過有效質控來測定和保持設備和系統(tǒng)的準確度和精密度。一般來講準確度通過相對誤差（RE）來體現(xiàn)，精密度通過相對標準偏差（RSD）來體現(xiàn)。

除了準確度和精密度要符合要求以外，在儀器設備驗收時還要核對其方法原理、基本功能及檢出限的技術要求。表1為自動監(jiān)測系統(tǒng)質控管理主要的幾種方式和范圍要求說明。

三、水質自動監(jiān)測系統(tǒng)運行維護和故障排除

自動監(jiān)測系統(tǒng)主要由取水單元、預處理單元、儀器分析單元、控制及數(shù)據(jù)采集單元和其他輔助單元組成。每個單元結構和組成不盡相同。各個單元協(xié)同工作，相輔相承，缺一不可。其中一個單元出現(xiàn)問題都會影響整個系統(tǒng)正常運行。圖1為自動監(jiān)測系統(tǒng)主要結構組成圖。

1.主要維護單元內容及重難點

根據(jù)系統(tǒng)的組成結構，取水單元中的浮筒和潛水泵為重點維護部分，應定期查看浮筒位置，清除附近雜物及水草等，測試潛水泵運行情況，保證功率和取水量。按時檢查注射泵及增壓泵，確定壓力正常和無滴漏。儀器分析單元中重點是針對各種儀器的校準和調試，確保儀器的正常穩(wěn)定狀態(tài)。要掌握和了解儀器結構和原理，各種易損耗部件的定期檢查和更換，內外部管路的暢通測試，反應試劑、標液、電解液的及時更新和補充。數(shù)據(jù)通信采集單元是系統(tǒng)的控制和傳輸中心，對監(jiān)測系統(tǒng)的運行流程進行科學操控和分配，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和傳輸。該單元邏輯控制器和通信存儲模塊容易出現(xiàn)故障，如出現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)無變化或者系統(tǒng)流程不能按步驟進行，則需對該單元進行檢測和調試。系統(tǒng)輔助單元重點應注意空氣壓縮機的工作狀態(tài)，維持管路所需正常壓力。

2.自動監(jiān)測系統(tǒng)維護類別及維護頻次

系統(tǒng)因各個單元結構不一樣，其維護的內容和頻次也不盡相同。一般來講自動監(jiān)測站的維護主要分為日常巡檢維護、突發(fā)故障處理維護、儀器設備校準維護等。

日常巡檢維護主要從整體上進行檢查，查看系統(tǒng)運行狀態(tài)穩(wěn)定與否，數(shù)據(jù)收集及統(tǒng)計的完整性和合理性。檢查電器設備及輔助設備的工作狀態(tài)，有無短路、報錯、工作異常等情況。還需查看儀器的運行參數(shù)，試劑的消耗量，各管路、氣路有無滴漏跑氣等現(xiàn)象。同時注意廢水收集量和站內溫濕度情況。巡檢維護一般每月每站3～4次。

突發(fā)故障維護主要是系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應急維護，一般為系統(tǒng)無監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)無變化或者數(shù)據(jù)明顯異常時的處理和維護。到現(xiàn)場后要測試各單元運行情況，確定故障原因，正確迅速解決。維護需根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)及發(fā)生應急監(jiān)測任務等情況確定頻次。

儀器設備校準維護主要是針對系統(tǒng)的核心分析單元。確保監(jiān)測儀器的準確性和穩(wěn)定性才能保證數(shù)據(jù)科學有效。維護內容是對儀器進行校準比對，控制誤差范圍，使儀器處于最佳運行狀態(tài)。該類維護應每站每月1～2次。

表1　水質自動監(jiān)測站質控考核手段及控制范圍要求表

四、水質自動監(jiān)測系統(tǒng)利用及效益分析

自動監(jiān)測技術是20世紀70年代發(fā)展起來的，我國在90年代末引進水質自動監(jiān)測技術，1999年開始在七大流域和眾多湖庫建設水質自動監(jiān)測站。近年來隨著公眾環(huán)境意識的提高，水污染問題的突出，對水源水質的監(jiān)測要求越來越高，水質自動監(jiān)測站的建設也取得了較大的進展。國家和地方在重要河流干支流、入江、入海口、重要湖庫及重大水利工程項目等斷面設置了水質自動監(jiān)測站，積累了大量數(shù)據(jù)。

眾多自動監(jiān)測站的布設和運行產(chǎn)生的效益和作用主要有以下幾方面：首先對流域或河流的上下游水質起到了高頻多點的監(jiān)測作用，可以對水污染事件進行提前預警和跟蹤，及時確定污染源和污染程度，保證了水安全。其次在生態(tài)補償機制中自動監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)作為法定數(shù)據(jù)核算補償資金，更加公平合理。另外在環(huán)境流域考核中因自動監(jiān)測頻次高，數(shù)據(jù)量大，能夠動態(tài)反應河流水質時空變化情況，已成為各級地方政府及領導干部綜合考核的重要內容。最后自動監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)斷面量質同步監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果可以自動初步核算出污染物通量。對控制減排，研究污染物分布規(guī)律，制定治理方案有著重要意義。

圖1　水質自動監(jiān)測站主要結構組成圖

五、水質自動監(jiān)測技術進展和發(fā)展趨勢

隨著水環(huán)境監(jiān)測要求的不斷提高，自動監(jiān)測系統(tǒng)的技術發(fā)展和建站水平也在不斷的提高。從自動監(jiān)測系統(tǒng)這幾年發(fā)展趨勢和當下的現(xiàn)狀水平來看，今后自動監(jiān)測系統(tǒng)的集成水平、處理流程向小型化、集約化和簡單化發(fā)展。監(jiān)測設備種類和可靠性進一步擴展和提高。利用新興的物聯(lián)網(wǎng)技術、云技術等，自動監(jiān)測網(wǎng)絡平臺將更加智能化，功能更強大。另外自動監(jiān)測技術各類標準也逐步統(tǒng)一和規(guī)范，法律地位和發(fā)揮作用顯著提高■

（作者單位：1.江蘇省水文水資源勘測局南京分局2100082.江蘇省水文水資源勘測局210029）