地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站日常運維研究

金立忠

（江西贛州市于都生態(tài)環(huán)境局，江西 贛州 342300）

引言：水站運行借助多種儀器設(shè)備有序落實水質(zhì)分析工作，在實施運行維護、質(zhì)量保證與質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)雀黜椉夹g(shù)的前提下，獲取水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，具有監(jiān)測自動性、動態(tài)性、持續(xù)性等特點。在監(jiān)測完成時，能夠有效進行信息傳輸與保存，便于實時掌握水質(zhì)狀況，具有重要水生態(tài)環(huán)境保護意義。

一、日常運維

（一）例行檢查

開展水站例行現(xiàn)場檢查，主要工作內(nèi)容包括：檢查采水點水體顏色、嗅味、漂浮物、水位變化及雜物存在情況，并及時進行清理；檢查站房空調(diào)及保溫措施，保持溫度穩(wěn)定；檢查站房內(nèi)水泵及空壓機固定情況，避免設(shè)備振動的影響；檢查空壓機、不間斷電源（UPS）、除藻裝置、純水機等輔助設(shè)備運行狀態(tài)，及時更換耗材；檢查水站電路系統(tǒng)是否正常，接地線路是否可靠，檢查采樣和排水管路是否有漏液或堵塞現(xiàn)象；檢查采配水單元是否正常，如采水浮筒固定情況、自吸泵、增壓泵、空氣泵等運行情況、手閥電動閥工作情況等，需要時應(yīng)清洗采配水單元，包括采水頭、泵體、沉降池、過濾頭、水樣杯、閥門及相關(guān)管路等，對于無法清洗干凈的應(yīng)及時更換；檢查控制單元運行狀態(tài)是否正常，工控機操作系統(tǒng)及軟件有無中毒現(xiàn)象；檢查上傳至平臺的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的一致性；檢查儀器與控制單元的通訊線路是否正常；查看水質(zhì)監(jiān)測儀器及輔助設(shè)備的運行狀態(tài)，判斷運行是否正常；檢查試劑狀況，是否需要添加或更換試劑，所用純水和試劑須達到相關(guān)技術(shù)要求，更換周期不得超過規(guī)定的試劑保質(zhì)期；整理站房及儀器，完成廢液收集并按相關(guān)規(guī)定要求做好處置工作，且留檔備查；保持站房及各儀器干凈整潔，及時關(guān)閉門窗，避免日光直射儀器設(shè)備。

（二）應(yīng)急維護

應(yīng)急維護包括：數(shù)據(jù)異常處置、水站系統(tǒng)異常處理和人工補測等三方面。

1.數(shù)據(jù)異常處置

（1）出現(xiàn)以下4 種情況確認(rèn)為數(shù)據(jù)異常：監(jiān)測中斷的數(shù)據(jù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)長時間不變或短時間突變；監(jiān)測儀器設(shè)備狀態(tài)參數(shù)異常、過程日志異?；虮O(jiān)測儀器設(shè)備故障的監(jiān)測數(shù)據(jù)；通過監(jiān)測項目之間相關(guān)性分析、氣象條件、水站所在地歷史數(shù)據(jù)分析認(rèn)為明顯違背常理的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)異常處置方式：發(fā)生數(shù)據(jù)異常情況時，根據(jù)現(xiàn)場情況應(yīng)采取標(biāo)樣核查、現(xiàn)場排查、實際水樣比對等措施進行排查，查明并分析原因，記錄備案并上報。當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常或水質(zhì)下降至水質(zhì)類別發(fā)生變化時應(yīng)啟動留樣（浮船站除外），留樣后應(yīng)按照應(yīng)急維護要求執(zhí)行。確認(rèn)儀器通訊存在障礙或儀器狀態(tài)異常、儀器故障的，應(yīng)盡快前往現(xiàn)場查明原因，進行故障處理；遠程啟動標(biāo)樣核查，核查未通過時應(yīng)前往現(xiàn)場查明原因，進行故障處理。

2.水站系統(tǒng)異常處理

（1）當(dāng)水站出現(xiàn)故障時運維單位應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)響應(yīng)并解決；

（2）對于在現(xiàn)場能夠診斷明確且可通過更換備件解決的問題則在現(xiàn)場進行檢修；

（3）對于其他不易診斷和檢修的故障，或48 小時內(nèi)無法排除的儀器故障，應(yīng)采用備用儀器替代發(fā)生故障的儀器，同時對備機開展標(biāo)樣核查；

（4）當(dāng)采水系統(tǒng)確認(rèn)遭遇了非法入侵、碰撞損壞、位置大范圍偏移、監(jiān)控裝置損壞等情況時，應(yīng)進行應(yīng)急維護。

3.人工補測

（1）因給水故障、采水設(shè)施故障或采水點位無法正常采水導(dǎo)致國控水站停運，在保證自動監(jiān)測儀器滿足相關(guān)質(zhì)控要求的前提下，運維單位采取人工采水自動監(jiān)測儀器補測的方式，保障水站儀器每日上傳1-2 組有效數(shù)據(jù)；也可人工取樣送具有CMA 資質(zhì)的實驗室分析，停運超過48 小時補測1 組實驗室分析數(shù)據(jù)，后續(xù)每周保證2 組實驗室分析數(shù)據(jù)直至國控水站恢復(fù)正常運行；

（2）因供電故障或其他原因?qū)е聡厮就＿\，超過48 小時需補測1 組實驗室分析數(shù)據(jù)，后續(xù)每周保證2 組實驗室分析數(shù)據(jù)直至國控水站恢復(fù)正常運行（兩次補測間隔不得小于2 天）；

（3）當(dāng)發(fā)生臺風(fēng)、暴風(fēng)雪、地震、洪水、泥石流、塌方、斷流、結(jié)/化冰期等不可抗力因素導(dǎo)致無法人工采樣時的缺失數(shù)據(jù)將不進行補測。

（三）質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是保障水站水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性、代表性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵措施，建立由日質(zhì)控、周核查、月質(zhì)控等多級質(zhì)控措施以及儀器關(guān)鍵參數(shù)上傳、遠程控制等組成的多維度質(zhì)控體系，以保證地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)質(zhì)量。圍繞水站開展質(zhì)控工作時，需要從內(nèi)部、外部分別進行質(zhì)量控制。水站內(nèi)部的控制工作，有日質(zhì)控、周核查、月質(zhì)控檢查控制、隨機抽樣考核、水樣質(zhì)量對比分析等。水站外部的控制工作，包括專業(yè)單位質(zhì)量檢測、飛行狀態(tài)測定等方法。運維機構(gòu)和生態(tài)環(huán)境部門依據(jù)各項技術(shù)要求，有序落實各項質(zhì)控工作[1]。

1.當(dāng)監(jiān)測項目水體濃度連續(xù)超出儀器當(dāng)前跨度值時，應(yīng)重新確定跨度，并進行標(biāo)樣核查；當(dāng)監(jiān)測項目水質(zhì)類別發(fā)生變化且未超出當(dāng)前跨度值時，可繼續(xù)使用當(dāng)前跨度。

2.當(dāng)監(jiān)測項目上一個月 20 d 以上為Ⅰ～Ⅱ類時，質(zhì)控措施應(yīng)按照Ⅰ～Ⅱ類水體的質(zhì)控要求進行；否則質(zhì)控措施應(yīng)按照Ⅲ～劣Ⅴ類水體的質(zhì)控要求進行。

3.自動監(jiān)測儀器零點核查、跨度核查、水樣測試應(yīng)使用同一量程或同一稀釋流程（稀釋倍數(shù)），所選跨度核查液濃度應(yīng)大于當(dāng)前水體濃度值。

4.每周進行的質(zhì)控措施，與前一次間隔時間不得小于 4d；每月開展的質(zhì)控措施，與前一次間隔時間不得小于15d。

5.常規(guī)五參數(shù)、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮等9 個指標(biāo)質(zhì)控措施實施頻次、質(zhì)控技術(shù)要求、質(zhì)控測試結(jié)果修約要求均必須嚴(yán)格落實《國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站運行維護管理實施細則（試行）》。

6.所有維護及質(zhì)控測試均應(yīng)形成記錄。

（四）運維檔案與記錄

水站運行技術(shù)檔案包括儀器的說明書、系統(tǒng)安裝調(diào)試記錄、試運行記錄、驗收監(jiān)測記錄、質(zhì)控報告、儀器的適用性檢測報告以及各類運行記錄；運行記錄應(yīng)清晰、完整、填報及時。

水站運行時，采取技術(shù)檔案建立方式，全面記錄運維狀況。記錄內(nèi)容包括設(shè)備運行簡介、安裝流程、調(diào)試方法、設(shè)備運行資料、設(shè)備質(zhì)量驗收方法等，組建成完整的技術(shù)檔案資料。監(jiān)測設(shè)備在實際運行期間的各項資料，包括水站系統(tǒng)運維資料、遠程監(jiān)測所得資料、巡檢結(jié)果、維護信息、設(shè)備運行調(diào)試情況、零部件更換狀態(tài)與個數(shù)等，均需進行全面記錄，確保水站運行平穩(wěn)性，周期性形成設(shè)備運維檔案。內(nèi)容完整的技術(shù)檔案資料，便于設(shè)備發(fā)生異常問題及時鎖定故障所在，給予有效的故障消除方法[2]。

二、常見故障處理

（一）遠程取水反饋故障分析

如果采樣泵無法完成水樣抽取，遠程監(jiān)控平臺會反饋“取水故障”問題。此種故障問題具有常見性。

1.采樣泵在設(shè)定取水位時，存在水位不到問題，降低了取水順暢性。產(chǎn)生取水故障問題，一般集中在枯水期、上游攔水壩完成放水的時間范圍內(nèi)。產(chǎn)生此種“取水故障”問題后，需要調(diào)整采樣泵位置，給予適當(dāng)上調(diào)處理，使采樣泵處于水位淹沒狀態(tài)，確保取水順利。部分河流中，在枯水與豐水兩個階段中，水位表現(xiàn)出較大浮動問題。應(yīng)對水位浮動問題，在采樣泵表面添加水位感應(yīng)裝置，比如感應(yīng)浮球。如果在水位降低時，采樣泵發(fā)生取水故障，自動切斷電源形成系統(tǒng)保護，能夠減少泵內(nèi)葉輪發(fā)生空轉(zhuǎn)問題，防止空轉(zhuǎn)過熱形成電機燒壞現(xiàn)象，確保采樣泵運行穩(wěn)定。

2.采樣泵裝置用于連接采水、取水的管線，在缺失密封的情況下，需要給予重新密封處理。

3.由于采水泵長時間位于河流中，設(shè)備表層不銹鋼濾網(wǎng)、采水裝置，將會沉積一定數(shù)量的藻類、樹枝等物質(zhì)，形成采水堵塞問題，或者引起水管發(fā)生彎曲，難以完成水樣抽取。應(yīng)對此種采水故障問題，需要對堵塞濾網(wǎng)、采樣裝置進行雜物清除處理，重新校準(zhǔn)采水管路的走向。如果水樣采集管路使用的是塑料管，極易發(fā)生材質(zhì)老化問題，應(yīng)設(shè)定周期進行管路更換，保障采樣順暢。

4.增壓泵運行時，具有高頻振動、較高噪音等特點，降低了采水裝置可收集的水量。產(chǎn)生此種故障問題時，考慮是增壓泵運行周期時間后，裝置內(nèi)部軸承有破損問題，需要進行軸承更換處理。

（二）預(yù)處理系統(tǒng)故障分析

預(yù)處理系統(tǒng)能夠為各類監(jiān)測指標(biāo)進行預(yù)處理，順應(yīng)分析儀器使用時所需的樣品靜置、水質(zhì)過濾等多種需求。比如，在進行設(shè)備預(yù)處理時，在水槽區(qū)安裝沉沙分離裝置、過濾裝置、電離支架、輸水管等，能夠篩除粒徑介于1um 與50um 之間的雜質(zhì)。

在預(yù)處理系統(tǒng)運行時，發(fā)生次數(shù)較高的故障問題是：儀器實際接收的水量較少，輸送水樣過濾質(zhì)量不佳等。產(chǎn)生此種故障問題，考慮是系統(tǒng)中有部件發(fā)生堵塞問題。故障消除時，需要進行系統(tǒng)自動清洗，檢查反吹裝置的運行順暢性。與此同時，查看空壓凈化設(shè)備運行時的漏氣現(xiàn)象，測定壓力表顯示的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)極易發(fā)生的故障問題有：預(yù)處理系統(tǒng)運行失效、氣管中含有水汽等。

故障解決方案：檢查輸氣管運行順暢性，確定密封裝置質(zhì)量達標(biāo)，查看機體斷電開關(guān)狀態(tài)，排查空壓機內(nèi)運行正常性，檢查導(dǎo)氣銅管運行能力。在日常系統(tǒng)運維工作中，使用系統(tǒng)清潔專用毛刷，由上至下清理過濾孔，減少雜物沉積在過濾裝置中。在毛刷清潔后，使用超聲波清洗設(shè)備，進行深層清洗。周期性更換已損壞的連通軟管，保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)。

（三）配水系統(tǒng)故障分析

配水系統(tǒng)是用于供水的裝置，確保供水質(zhì)量、水壓達標(biāo)、水量正常。系統(tǒng)中包括壓力閥、球閥、采樣杯等多種裝置。配水系統(tǒng)中發(fā)生次數(shù)較多的故障問題為：管路堵塞。為保證配水系統(tǒng)運行順暢，需要采取日常維護措施，預(yù)防系統(tǒng)故障問題。運維措施為：逐一開啟控制柜，有序閉合電動球閥，確保指示燈工作性完好，如果發(fā)生指示燈顯示異常，需要檢查線路、閥體各位置的故障問題，同時給予系統(tǒng)清潔；每七天進行一次球閥轉(zhuǎn)動檢查，全面清除球閥表面沉積的雜物，必要時進行拆除深層清潔，減少球閥發(fā)生堵塞問題，清潔完成恢復(fù)球閥位置；每七天查看清洗裝置運行質(zhì)量，確保其采樣、輸水管線運行質(zhì)量；每七天檢查一次供水壓力的平穩(wěn)性，如果供水有異常表現(xiàn)，及時進行系統(tǒng)恢復(fù)處理。

（四）監(jiān)測系統(tǒng)故障分析

水質(zhì)監(jiān)測包括常規(guī)五參數(shù)（pH、水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度）、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、等9 項參數(shù)。以溶解氧監(jiān)測系統(tǒng)故障為例，探索有效的故障處理方法。

在監(jiān)測溶解氧時，系統(tǒng)故障包括：監(jiān)測結(jié)果不大于5mg/l、參數(shù)恒定、飽和度較高等。在故障判斷時，以采取、配水兩個系統(tǒng)發(fā)生故障問題為判斷依據(jù)。水槽中水樣如果處于較長時間未改變的情況，在水槽中使用的溶解氧設(shè)備，在不流動的水體環(huán)境中會逐漸降低溶解氧的速度，引起監(jiān)測結(jié)果較小的問題。

應(yīng)對此種故障問題，給予的處理方案是：確定采水系統(tǒng)抽水功能完好性，排查配水系統(tǒng)運行順暢性，依據(jù)采水與配水的故障消除方法，適當(dāng)進行零部件更換處理；拆除原有配置的溶解氧設(shè)備電池，更換新的電池。

如果采水、配水兩個系統(tǒng)均無異常表現(xiàn)，故障判斷結(jié)果：溶解氧設(shè)備中使用的溶解氧膜，含有一定數(shù)量的粘滯物，增加了溶解氧監(jiān)測結(jié)果失真性。故障進行消除方法：清洗粘滯物。如果溶解氧膜有破損、氣泡等問題，更換溶解氧膜。在更換期間，防止空氣混入，校準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)。校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)為飽和空氣條件[3]。

三、運維實例分析

（一）運維現(xiàn)狀

截止2019 年11 月，江西省于都縣境內(nèi)水站建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測站共計7 座，全部為河流型固定式水站，其中2 座國控水站、1 座長江經(jīng)濟帶水站、2座縣級飲用水源地水站、2 座上游入境斷面水站。監(jiān)測項目為常規(guī)五參數(shù)（pH、水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度）、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、等9 項指標(biāo)等。目前，7 座水站運維基本正常，數(shù)據(jù)有效率均達到85%以上，各項質(zhì)控均滿足相關(guān)技術(shù)要求。但在運維過程中仍然存在一些問題。

（二）出現(xiàn)的運維問題

1.基層生態(tài)環(huán)境部門對水站建設(shè)和運維的業(yè)務(wù)能力偏弱

一直以來，國控水站儀器設(shè)備由國家或省統(tǒng)一采購，運維機構(gòu)由第三方實施，基層生態(tài)環(huán)境部門業(yè)務(wù)人員主動介入不夠，對水站需要的儀器設(shè)備和輔助設(shè)施、運維技術(shù)要求基本不了解，導(dǎo)致出現(xiàn)采購儀器設(shè)備參數(shù)不清、遺漏相關(guān)設(shè)備、放任第三方機構(gòu)運維等問題，對是否達到相關(guān)技術(shù)要求缺乏監(jiān)督檢查能力。

2.國考、省控運維機構(gòu)與地方生態(tài)環(huán)境部門脫節(jié)

于都縣2 座國考和1 座省控水站分別移交給生態(tài)環(huán)境部和省生態(tài)環(huán)境廳運維，在運維期間，按照上級生態(tài)環(huán)境部門“站房以外供電、采水設(shè)施等故障由地方政府解決”的要求，存在第三方運維機構(gòu)與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門互通信息不夠，出現(xiàn)停運問題報告不及時，處理故障“等、靠”依賴思想和消極配合現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至不排除運維單位為節(jié)省、降低運維成本，期待出現(xiàn)故障的可能性，認(rèn)為反正可以將責(zé)任推諉給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門。

3.采水系統(tǒng)失穩(wěn)

于都縣峽山水站上游有2 座水電站，在蓄水、放水期間，河床寬度發(fā)生較大變化，由此引起采水裝置受到干擾問題。水電站儲水裝置運行，會引起下游位置水位降低，難以有效完成采水。如果水電站在短時間內(nèi)進行高速放水，會增加水量，引起管路、采水系統(tǒng)受堵，增加采水時間，減少單位時間內(nèi)的采水量。

4.水質(zhì)污染形成的采樣干擾

多數(shù)河流沿岸并未完成壩體修筑、河道整治，極易形成水土流失問題，特別是連續(xù)暴雨時期，相應(yīng)升高河流水體整體的渾濁度，造成水體環(huán)境中總磷成分增多問題。在此種情況下進行水質(zhì)監(jiān)測時，會形成采水裝置、監(jiān)測設(shè)備的性能消耗，增加運維次數(shù)與成本[4]。

（三）運維建議

1.提升基層生態(tài)環(huán)境部門技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平

通過“走出去、請進來”方式，派出技術(shù)人員外出參加水站自動監(jiān)測站建設(shè)與運維專題培訓(xùn)，邀請相關(guān)專家前來授課，現(xiàn)場指導(dǎo)運維管理和監(jiān)督檢查路徑、方法和措施。同時，組織技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)國家總站《關(guān)于印發(fā)<國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站運行維護管理實施細則（試行）>等文件的通知》（總站水字[2019]649 號），全面提升基層生態(tài)環(huán)境部門技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平，從而確保水站建設(shè)一步到位，水站運維高質(zhì)量運行。

2.徹底解決國考、省控運維機構(gòu)與地方生態(tài)環(huán)境部門脫節(jié)問題

出現(xiàn)國考、省控運維機構(gòu)與地方生態(tài)環(huán)境部門脫節(jié)問題，最根本原因是國家考核斷面水站運維，將事權(quán)分割為站房內(nèi)由運維單位負(fù)責(zé)，站房外由當(dāng)?shù)卣?fù)責(zé)，導(dǎo)致站房外出現(xiàn)問題，運維單位缺乏主人翁態(tài)度，“事不關(guān)己、高高掛起”。為激發(fā)運維單位主人翁意識，讓運維單位自覺主動與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門對接溝通，征得當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門的配合支持，在第一時間將故障排除，建議科學(xué)核算站房外運維費用，增加中標(biāo)單位運維經(jīng)費，將整個水站運維統(tǒng)一由運維單位負(fù)責(zé)，當(dāng)?shù)卣?fù)責(zé)水站正常運行各種矛盾糾紛的化解，使水站運維職責(zé)分工更科學(xué)合理，組織保障更高效協(xié)調(diào)。

3.科學(xué)合理提升采水系統(tǒng)運行能力

現(xiàn)階段在運行采水系統(tǒng)時，表現(xiàn)出棧橋、浮船等采集形式，結(jié)合實際采水系統(tǒng)運行、設(shè)備運行客觀條件可知：部分水質(zhì)監(jiān)測站存在采水系統(tǒng)失穩(wěn)問題，需要進行不斷系統(tǒng)升級。

（1）水位變幅不大、深度不大于8 米、水流速不高于2 米/秒、河床寬度不大于5 米時，可使用棧橋類型的采水裝置。

（2）水流較快、淺灘區(qū)域較大、水位變化較大時，可使用懸臂類型的采水裝置。

（3）水位變幅較大、河床寬度不小于5 米時，可選用拉索類型的采水裝置。

4.全面落實系統(tǒng)運維工作，排除系統(tǒng)干擾問題

（1）從站房、儀器、人員等視角，逐一落實運維管理制度，減少監(jiān)測干擾問題。

（2）建立完善故障處理專業(yè)組織體系和應(yīng)急預(yù)案機制，科學(xué)控制排除系統(tǒng)干擾。

四、結(jié)論

綜上所述，水質(zhì)自動監(jiān)測是水生態(tài)環(huán)境狀況評估的“耳目”，能夠起到為水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化趨勢分析和水污染治理方向提供科學(xué)保障作用，確保水質(zhì)自動監(jiān)測站正常運行，獲取真實可靠的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯得尤為重要。因此，必須提升運維人員和地方生態(tài)環(huán)境部門監(jiān)督人員的運維管理能力，加強水站日常運維，積極排除各類系統(tǒng)故障，顯著提高水質(zhì)自動監(jiān)測效率。