地表水水質自動監測站建設與管理措施

王碧松，梅文鼎，陳利英

(浙江環茂自控科技有限公司，浙江 杭州 311400)

1 引言

水質自動監測站是反映區域內水質情況的重要裝置，但其復雜度較高，包含取水、配水、儀器、數據采集及處理等多個細分系統，對建設和管理水平提出較高的要求，值得工程人員在此方面展開深入探討。

2 工程概況

衢江區高家鎮安仁村山溪家庭農場周邊擬建一座水環境質量自動監測站。本項目包含的施工內容較多，如創建水質監測分析單元、微型站房、采水單元、配水單元、數據處理機傳輸單元、視頻監控單元等。施工內容體現在設備的采購、配置、安裝、調試等方面。關于站點的基本信息，如表1所示。

3 自動監測系統總體架構

水質分析系統的正常運行應得到多個子系統的支持，包含采水系統、配水系統、數據處理系統等[1]。具體至本項目中，遵循的是機電一體化設計理念，選用的是工業級設備，所有產品都源自于行業內最先進的產品，目的在于提高系統的穩定性，使其抵御不良因素的影響，盡可能減少維護量。考慮到自動監測系統運行環境苛刻的情況，對于易出現異常的單元采取了備份設計方式，較典型的有取水泵、過濾器等。此外，為確保系統的安全性，還配套了防雷、防凍等多重防護措施，以便給系統營造安全的工作環境。

表1 站點基本信息

4 水質分析系統設計

4.1 采水系統設計

水質自動監測系統中，最基礎也是極為關鍵的當屬采水系統，其包含了采水泵、采水管等，以現場情況為基本參考，設計相適宜的采水系統，遵循的是因地制宜的原則[2]。結合現場水文條件，經商討后最終選擇浮筒式采水方式。

經上述分析后，進一步探討提高水樣可靠性的措施。本項目選擇的是自吸泵，雙泵、雙管設計，其中一套維持正常運行狀態，一套作為備用裝置，保證在發生異常后采水系統依然可維持正常運行狀態；管路所用材料具有較強的化學穩定性，可為水樣的傳輸提供良好的條件，以免途中受到污染；以現場情況為參考，確定管路的敷設形式，現階段較為典型的有地埋和橋架敷設兩種，為避免低溫凍傷或高溫的影響，對管路采取防凍、隔熱措施。大部分取水管路設置在外界，加強防凍保護措施，使其在低溫嚴寒的環境中可正常使用，避免管內水凍結現象。

4.2 配水系統設計

采水系統的作用在于獲得原水樣，隨后進入到配水系統內，利用相應儀器依次對其執行過濾、分配處理。流量及壓力傳感器是重要組成裝置，在其支持下實現實時監控，以儀器的運行需求為準，靈活調節流量和壓力，再將水樣分配到特定的設備中。為維持配水系統運行的穩定性，增添了清洗功能。配水系統管路設置了較為豐富的擴展接口，可根據實際監測需求靈活擴展。源水形成兩路，各自存在特定的流向：第一路進入到五參數測量池，考慮到易發生充氧的情況，選擇的是下進上出的方式，以便高效進水；第二路則進入沉淀池內，在得到過濾處理后進入到氨氮、總磷、高錳酸鹽指數分析儀內，除此之外還剩余部分無用源水，此部分經過排水管流出。選擇適量水樣并對其展開試驗，嚴格控制好水樣在沉淀池內的停留時間，正常情況下以8～30 min較為合適，具體可依據實際需求在該區間內靈活設定。配套過濾器，并在該裝置上增設壓力傳感器，根據實際壓力情況選擇相適應的清洗方式，以免過濾器發生雜質堆積現象。系統具有報警功能，若過濾器發生堵塞時則及時報警。

4.3 控制系統設計

控制系統主要執行的是數據的采集、各個細分子系統的控制等工作[3]。根據需求設定程序，系統嚴格執行預定的程序，使各子系統有序做好相關工作，如采水、配水、儀表標定、管路清洗等，控制系統全程管控各個子系統，調度其運行，產生的信息及時傳輸至監控中心平臺。此外，控制系統還發揮出通訊銜接的作用，可將現場數據傳輸給監控中心，使站點保持有條不紊的運行狀態。

硬件是控制系統得以正常運行的基礎，包含了工控機、PLC、DC電源、繼電器、總控開關等。硬件選型應充分考慮穩定性和安全性要求，可在國內外采購行業內頂尖的設備，將其集成到標準機柜中，再配套軟件，形成完整的硬件部分。控制軟件的設計應做到界面整潔、功能豐富，可選擇通用組態軟件編譯。

4.4 數據采集/處理/傳輸系統設計

此系統也是構成水質自動監測站的重要部分，是不可缺少的功能模塊[4]，主要負責的是采集、處理及傳輸數據(包含水質數據、系統內部各單元運行數據、發生異常狀況時的報警數據等)。硬件組成方面包含了工控機、數據采集模塊等，再配套軟件，如信息防火墻等。在模擬量采集模塊、串口模塊等協同作用下，可提供可靠的監控功能，及時獲取系統參數，整理后傳輸給上位平臺，促使平臺對其進行分析，再下發控制指令，從而執行相應的操作，使監測站維持穩定運行狀態。

5 運行管理

5.1 運行操作規程

監測站包含的系統較為豐富，各自又由多種類型的儀器組成，因此必須依據規范合理操作儀器。對此，要根據儀器的運行特點編制操作規程，除此之外還要創建運行管理記錄制度。操作規范的編制工作要以儀器說明書中的內容為基本依據，并兼具現場地質、水文等方面的情況，給予適當的補充，形成與儀器運行特性以及自然環境相符的操作規程，工作人員將各項工作落實到位。

5.2 運行經濟技術指標的確定

除了滿足地表水水質檢測要求外，還要注重對成本的控制，因此經濟指標的創建極為關鍵，主要包含建設成本和運行成本兩方面[5]。具體而言，建設成本指的是征地、各系統建設、各類裝置的采購、軟件開發等方面所投入的成本，在項目中的占比較大，控制要點較多；運行成本則具有持續性，即伴隨監測站的運行而產生，體現在儀器的維護與故障處理、水費、電費、員工薪資等方面。經濟技術指標的覆蓋面廣，具有動態變化特性，在確定經濟技術指標時應盡可能細化。

5.3 質量保證制度

地表水水質監測必須以保證質量為基本前提，為給質量管理工作提供引導，有必要創建質量保證制度。技術小組發揮出質量管控作用，做好各項管理工作，使各系統維持穩定運行狀態，使各道環節有序推進；總工辦則要發揮出指導作用，給質量控制工作點明方向。儀器是水質自動監測站的重要組成部分[6]，此方面的質量管理工作應嚴格依據《環境水質監測質量保證手冊》執行，定期校準，保證其運行精度；高錳酸鹽指數分析儀在運行中需及時更換試劑，要求每次更換且必須校準，此外需選用質控標樣檢定；水質自動監測站在運行中還將使用大量實驗用水、試劑，要求其質量完全滿足相關規范，各項質控信息都要得到完整的記錄。不僅于此，還需明確各管理人員的崗位職責、自動站儀器管理制度等。

6 結語

本文以地表水水質自動監測站為基本對象，圍繞其建設與管理措施展開探討，體現在各子系統的創建、運營維護工作要點、監管機制等方面。在實際工作中，則要從現場情況入手，按照規范做好各子系統的建設工作，在后續運行中則以管理制度為引導做好各項管理工作，提高水質自動監測站的運行水平。