水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)設計及質控研究

摘要：隨著信息科學技術的快速發(fā)展，通過相應的系統(tǒng)設計，實現水環(huán)境實時自動監(jiān)測，并通過后期不斷的完善系統(tǒng)設計、提升監(jiān)測人員業(yè)務素能、重視基礎工作等提升水環(huán)境監(jiān)測質量。

關鍵詞：水環(huán)境；實時自動監(jiān)測；設計；質控

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0036-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.016

Abstract： With the rapid development of information science and technology， through the corresponding system design， real-time automatic monitoring of water environment is realized， and the quality of water environment monitoring is improved by improving the design of the system and improving the quality of the monitoring personnel.

Key words： water environment； real-time automatic monitoring； design； quality control

水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱：WEMIS系統(tǒng)）主要是用來對水質、污染物總量進行分析和檢測的綜合監(jiān)測系統(tǒng)。信息時代背景下，WEMIS借助自動分析儀器系統(tǒng)，實現對水環(huán)境質量的實時動態(tài)化分析。當水質異常時，能夠對水污染擴散現象的發(fā)生及時發(fā)出預警，跟蹤定位水體污染物，為科學決策提供有效保障。

1 水環(huán)境監(jiān)測分類

水環(huán)境監(jiān)測主要分為地表水和地下水監(jiān)測兩大類，不同的監(jiān)測類別，監(jiān)測的內容和要求差別較大。

1.1 地表水監(jiān)測

地表水監(jiān)測主要調查分析的對象為常規(guī)水因子和污染因子，其中，常規(guī)因子的調查分析主要是了解水體環(huán)境的整體狀況。污染因子的監(jiān)測主要是了解調查區(qū)域水質情況和污染情況。污染因子的監(jiān)測結果往往會受到調查水域的地理環(huán)境等因素影響，例如，所在水域的水生生物、水域的評價級別等都會對水質監(jiān)測產生影響。此外，枯水期、豐水期、平水期等不同時段也要及時做好監(jiān)測取樣工作，全面了解監(jiān)測區(qū)域的水環(huán)境真實狀況。地表水監(jiān)測的對象主要是工業(yè)排污、生活污水及其所影響的水源。

1.2 地下水監(jiān)測

地下水監(jiān)測的項目主要包括水的酸堿性、水的硬度、細菌總數、微生物以及微量元素等。地下水水質監(jiān)測主要借助水井進行實時監(jiān)測，以明確地下水的實際水質情況，但由于測試參數有限，實時監(jiān)測規(guī)模小，這樣的監(jiān)測方法也會因受到其他因素影響而導致監(jiān)測結果未必能反映水質真實情況，這時就需要根據地表水環(huán)境監(jiān)測實際情況，進一步明確具體的監(jiān)測項目，并對監(jiān)測區(qū)域的地質特征進行認真的調查分析。

2 水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)設計

水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)是將多項指標分析儀器組合起來，從采樣、分析到記錄和數據處理組成一套完整系統(tǒng)，最終實現實時多參數自動監(jiān)測，由硬件設備和軟件技術共同組成。

2.1 設計原則

（1）實用性。自動監(jiān)測系統(tǒng)要滿足水環(huán)境監(jiān)測任務要求，立足環(huán)保實用要求，保證監(jiān)測的成果能夠用以指導實際，軟件系統(tǒng)要能夠滿足歷史數據的繼承性，保障后期數據的查詢、應用和操作。（2）先進性。系統(tǒng)設計要與當前水質監(jiān)測技術相符合，系統(tǒng)中的功能設計要具有先進性、完整性，無論是硬件設備的選擇還是軟件技術的應用，要選擇符合實際需要又具有先進性，保障實用性的實現。（3）可擴充性和相對穩(wěn)定性。系統(tǒng)的數據結構以及功能體系設計都要能夠滿足環(huán)境監(jiān)測機構的需要，并要求系統(tǒng)后期具有一定的可擴充性，以保障系統(tǒng)的設計與應用能夠與水環(huán)境監(jiān)測信息技術同步。此外，主要功能的單元設計要保持相對穩(wěn)定，保障后續(xù)系統(tǒng)應用的延續(xù)性，要能夠支持水環(huán)境監(jiān)測的長時間穩(wěn)態(tài)運行。（4）安全性。水環(huán)境監(jiān)測中的數據涉及水質狀況，系統(tǒng)的設計要滿足安全性、保密性和共享性，做好設備、系統(tǒng)的防雷、防電磁干擾等保護措施。

2.2 功能設計

（1）層次結構：水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)包括數據采集、網絡通信、監(jiān)控中心三個層次。其中，數據采集系統(tǒng)是基礎，包括采集儀器、數據通訊設備等，可以在水質監(jiān)測點進行現場安裝，網絡通信是利用數據信息網絡傳輸技術將現場采集到的數據及時傳輸到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心作為水環(huán)境監(jiān)測的控制和管理中心，主要是對設備的運行及收集到的數據進行監(jiān)督可控制，并為后期處置及時發(fā)布指令提供決策依據。（2）結構功能：數據采集和傳輸要滿足準確、完整性，采集值與測量值之間的誤差不能大于1%；數據采集要能夠實現采集數據實時保存，并及時傳輸至監(jiān)測機構；出現異常數據時能夠自動報警；數據要能夠滿足實時查詢，并保存一定的時間（一般為3個月以上）；設備斷電后運行時間滿足超過12小時，保證突然斷電后設備能夠運行一定時間。（3）數據庫設計：通過ORACLE等數據庫實現水環(huán)境質量自動監(jiān)測，對水中所使用的傳感器進行優(yōu)化處理，并在數據良好耦合基礎上，實現數據處理流程的簡化，獲得數據靜態(tài)圖后，應用分析軟件對數據進行處理，并通過設備規(guī)格表、設備屬性表、參數表、取值表、設備實例表等形式實現數據的保存。便于后期的查詢和利用，數據庫建立后，通過服務端接口與云數據庫相連，實現分布式處理，實現接入過程快速化和查詢利用便利化。

2.3 功能實現

該系統(tǒng)實現了區(qū)域范圍內水環(huán)境自動監(jiān)測的統(tǒng)一監(jiān)控和監(jiān)測信息的統(tǒng)一采集、接收、存儲、加工、綜合分析和自動傳輸上報，將通過計算機網絡，實現了水環(huán)境監(jiān)測數據信息的網上查詢、檢查、匯總、分析、發(fā)布和其它管理，實現了各級監(jiān)測機構的信息共享，實現了區(qū)域內水環(huán)境污染變化趨勢的信息化和自動化分析管理。

3 水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)特點

傳統(tǒng)的水質監(jiān)測需要進行實地采樣、實驗室分析等環(huán)節(jié)和過程，雖然具有一定的準確性，但效率較低。而且常常在固定的采樣點和固定的采樣時間里進行水環(huán)境監(jiān)測，無法做到實時監(jiān)測，受到外界干擾因素較多，難以滿足當前水資源管理和保護的現實需要。

設計并應用水質自動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠從以往人工間斷性監(jiān)測向連續(xù)性自動監(jiān)測轉變。計算機遠程操作系統(tǒng)和應用，實現了水質監(jiān)測的遠程控制的連續(xù)性，而且根據監(jiān)測的實際需要，增加頻次，這樣高頻次的監(jiān)測結果能夠更加客觀、真實、準確地反映被監(jiān)測斷面的水質質量狀況，能夠讓水質監(jiān)測評價更具科學性、準確性，服務于環(huán)境管理的客觀需要。

水質自動監(jiān)測系統(tǒng)結合了水質自動監(jiān)測傳感器、計算機圖形可視化技術，以及現代通訊技術，能夠及時準確的同時處理海量數據，滿足不同時間和空間的水質在線自動監(jiān)測需要，為相關部門根據水環(huán)境監(jiān)測結果及時作出相應的決策提供技術保障。

目前，水環(huán)境自動監(jiān)測技術應用十分廣泛，可以在水功能區(qū)污染總量監(jiān)控、供水水源地的水質監(jiān)測（能夠實現對水源地水質24小時不間斷的監(jiān)測）、預警預報重大水質污染事故（能夠及時發(fā)現污染事故及污染程度，為下游水質作出預警預報）、跨界河流的水質監(jiān)測以及入河排污口監(jiān)督管理等領域[1]。

4 水環(huán)境自動監(jiān)測質控措施

4.1 完善系統(tǒng)設計

系統(tǒng)的設計是水質監(jiān)測質量控制的基礎和保障，為確保系統(tǒng)應用的可操作性和實用性，要根據水質監(jiān)測工作的形式變化不斷完善系統(tǒng)設計，以保障監(jiān)測數據的權威性、系統(tǒng)性、真實性和準確性。系統(tǒng)的設計及應用符合環(huán)境監(jiān)測標準的要求和相關制度，例如《環(huán)境水質監(jiān)測質量保證手冊》《水和廢水監(jiān)測分析方法》等，要保證系統(tǒng)的運行與相關制度要求相符合。

4.2 提高監(jiān)測素質

水質自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行和維護對于具體操作人員的專業(yè)素質要求較高，因此，監(jiān)測人員的業(yè)務素會直接影響系統(tǒng)的應用。不僅要求他們具有強烈的責任心和職業(yè)精神，還需要熟悉和掌握各種儀器設備的操作、維護、檢修等，尤其是分析化學、自動控制、計算機技術等方面知識。環(huán)境監(jiān)測部門一方面要加強監(jiān)測人員的崗位再教育和再培訓，組織技術人員現場參觀學習，進行業(yè)務技術交流，提供實際操作能力，嚴格實行持證上崗，建立相應的激勵考核機制，獎優(yōu)罰劣，確保監(jiān)測人員嚴格履崗盡責。另一方面，環(huán)境監(jiān)測部門要不斷完善監(jiān)測管理，提升監(jiān)測管理水平，以滿足科學技術的發(fā)展對監(jiān)測人員的業(yè)務水平和監(jiān)測部門管理水平的現實要求。

4.3 重視內部管理

環(huán)境監(jiān)測及其管理部門加大管理和運行經費投入，防止因缺少運行經費導致自動監(jiān)測系統(tǒng)長期“帶病運行”。按周檢規(guī)定做好儀器設備的校標和校零，加強儀器設備日常維護，完整的做好日常記錄。根據區(qū)域環(huán)境監(jiān)測現狀和現實需要，做好自動監(jiān)測站點的布局，構建合理的網絡水質監(jiān)測站點，保證自動監(jiān)測數據滿足“五性”要求。例如，在點位布設方面要考慮總體規(guī)劃、污染源分布，實時根據情況做好新點位的布設，保障足夠的覆蓋面。建立健全水質自動監(jiān)測管理規(guī)章制度，例如，建立《水質自動監(jiān)測系統(tǒng)質量保證方法》《水站日常運行與管理辦法》《技術人員持證上崗考核制度》《水站運行經費使用與管理辦法》[2-4]等，以規(guī)范的制度保障水質自動監(jiān)測工作的規(guī)范、有序開展。做好日常的監(jiān)測系統(tǒng)的數據管理和資料歸檔，保證原始記錄的完整性。

5 結語

水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計與運行是滿足信息化時代發(fā)展的現實需要，對于提升水環(huán)境監(jiān)測質量、保護環(huán)境具有積極的現實意義?？梢酝ㄟ^實時自動化水質監(jiān)測系統(tǒng)的應用，為水質監(jiān)測提供技術支持和保障，提高水質監(jiān)測質量。此外，系統(tǒng)的應用需要不斷的對其進行完善，滿足時代發(fā)展的現實需要，加強監(jiān)測人員的業(yè)務培訓，提升監(jiān)測人員的業(yè)務素能。此外，要注重水質環(huán)境監(jiān)測的每個環(huán)節(jié)的質量控制，為水質環(huán)境監(jiān)測質量的提升奠定扎實基礎。

參考文獻

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作者簡介：張恩平（1972-），本科，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。