岳城水庫水質自動監測系統建設探討

高迪

（水利部海委漳衛南運河管理局 山東 德州 253009）

岳城水庫是海河流域漳衛南運河水系漳河上的大型控制性水利工程，擔負著向河北邯鄲市、河南安陽市的城市供水和保證下游地區灌溉用水的任務，已列入《全國重要飲用水水源地名錄》。近年來，由于漳河上游地區工礦企業的發展造成突發性水污染事件發生概率增加，水環境風險急劇上升，岳城水庫庫區水體水質面臨的威脅日益嚴重。岳城水庫壩前水質自動監測站位于岳城水庫大壩前，它的建設有效地對庫區來水和出水水質進行了動態監測，彌補了自動化監測手段缺失的技術短板，提高了漳衛南局履行監測職能的水平，對保障水源地供水安全，保障周邊群眾的生命財產安全和周邊地區的社會穩定具有重要意義。

1 水質自動監測系統

水質自動監測系統是一個以在線分析儀表和實驗室研究需求為服務目標，以提供具有代表性、及時性和可靠性的樣品信息為核心任務，運用自動控制技術、計算機技術并配以專業軟件，組成一個從取樣、預處理、分析到數據處理及存貯的完整系統，從而實現對樣品的在線自動監測。

2 系統組成

水質自動監測主要包括取水單元、預處理單元、檢測分析單元、數據采集與傳輸單元。

2.1 水樣采集單元。岳城水庫水質自動監測站配置常規五參數分析儀、全光譜在線分析儀、總磷分析儀、葉綠素在線測定儀，其中，總磷分析儀必須采用取水至站房檢測的方式。因此，岳城水庫站采用取水至站房檢測的方式。取水單元主要負責完成水樣從水體中采集及輸送至站房的功能。取水單元主要包括取水泵、取水管路及加熱保溫裝置、樣品前置過濾系統、取水支架和浮臺。在壩前水面上設置浮臺，采用套管取水方式，取水泵放置于套管內，通過浮臺保證取水口位于水面以下。岳城水庫站歷年水位變幅達到25m，取水深度根據現場水位變幅自動調整，考慮水位變幅和施工影響，取水管路按100m計。取水單元主要包括取水浮臺、取水泵、取水管路及加熱保溫裝置、樣品前置過濾系統及地錨、取水支架和泵井等。自動調節取樣水位，確保取水位置為0.5～1m；取水平臺采用圓形設計，有效減少水阻；取水管采用磐石增強水管，盡量使用整管，避免過多接頭；采用手動閥流速調節；排空設計，避免管路內部產生冰凍或藻類；取水管路外敷加熱帶，保證管路不產生冰凍；取水管路前段安裝溢流裝置，避免管路因壓力過高崩裂；管路分析間隙采用排空設計，系統實時顯示供水水壓。

2.2 預處理單元

2.2.1 簡約化流程。預處理單元合理的安裝于水質自動監測系統屏柜內，被測水樣直接由取水水泵提取，進入固液分離器，固液分離后進入沉沙箱，沉淀15min后提取上清液，存儲到取樣泵中，待儀器分析處理。固液分離器分離大的顆粒，水樣沉淀箱內分離浮游物質及細小物質，取樣泵裝配金屬過濾膜，進一步分離懸浮物質。整個流程不會改變整個水樣成分。根據其它儀器對水樣的要求，對水樣進行預處理，使儀器從其各自的過濾裝置中取樣。

2.2.2 自動清洗。預處理單元每次測量前、測量后均進行自動清洗流程，測量水樣流程前首先對固液分離器、沉沙箱、取樣泵、取樣杯進行排空處理，取樣水泵運行5min，對取水管路進行沖洗，5min后進行取樣，通過固液分離器、沉沙箱、取樣泵輸送最終進入取樣杯中(五參數儀器水樣不進行任何處理)，測量完畢后通過自來水反沖洗，空壓機反吹金屬過濾膜，排凈清洗液，最后再將各系統中注入自來水，等待下次測量流程啟動。

2.2.3 除藻清洗。清洗單元配置除藻加藥泵，當系統長時間運行后，可根據需求，定期不定期往系統中添加除藻劑，以防止管路中藻類及其它浮游物質的滋生。清洗完后對沉沙桶進行反沖洗處理操作，清洗可以自動或手動操作。進樣過濾器可通過自來水對其進行反沖清洗，也可用壓縮空氣進行反沖清洗。

2.3 配水單元

2.3.1 旁路設計。為了保證常規五項參數、全光譜COD、電極法氨氮的測量環境，需在源水進入過濾器前預留一旁路，旁路取樣裝置后端安裝常規五項參數、全光譜COD、電極法氨氮固定箱，測量固定性原則上采用密封設計，流速保持恒定，避免產生曝氣、攪拌水體等情況產生。為方便系統進行維護，在主管路上，每臺儀器都設有旁路系統，通過手動球閥進行調節。當某臺儀器、過濾器損壞或者需要維護時，可以打開旁路，關閉主管路，這樣既不影響其他儀器的正常工作，又達到了維護維修的目的。

2.3.2 輔助用水設計。由于部分儀器需要輔助用水，擬采用自來水。特殊儀器如毒性分析儀器，需要測量輔助水，如營養液、測量鹽水等，該系統配置儲液箱，內部液位開關可以實時讀取液位值，便于系統維護、管理。

2.3.3 水壓、水量分配設計。在進樣管路的進口和出口處，均安裝壓力傳感器、溫濕度傳感器和自力式調節閥，使管道中的樣品按預設的壓力和流量分配[1]，同時可以觀察室內溫濕度狀態和調節總進樣量。在各儀器的進樣管路上增加一條旁路，由手動球閥控制，當水樣壓力過大時，可以通過手動球閥來調節進入儀器中水樣的壓力。在機柜正面還安裝了人工取水龍頭，方便現場實驗人員進行人工提取水樣。

2.4 反沖清洗單元。反沖清洗單元的作用在于用自來水或者清水正向或者反向沖洗管道，防止長時間由于泥沙沉淀導致管道堵塞。為了防止自來水水壓過小而影響清洗效果，可根據需要在系統中設一個自來水儲水箱，由增壓泵將自來水泵入管路。自來水桶水池底部設有排水管道，用于定期清洗桶內。清洗操作在控制系統的控制下定時自動或者根據用戶的需要啟動，分別對室內進樣管路、五參數管路及過濾器進行清洗。結合空氣壓縮機，將空氣和清水混合，實現高壓氣泡擦洗，可以將管壁附著的泥沙、藻類等清洗掉。

3 儀器設備參數的設置

3.1 全常規五參數分析儀。溶解氧分析儀是一種光學多參數探頭，可直接測量水中溶解氧濃度和溫度[2]，沒有最低流速要求，始終保持精確讀數，可通過溫度測量進行在線校正，傳感元件采用了用于溶解氧測量的熒光淬滅原理，不受陽光直射影響，也不會被損壞。電導率分析儀是一種直接測量水中電導率和溫度的多參數探頭，沒有最低流速要求，始終精確讀數，可測量溫度和在線校正電導。濁度分析儀是一種測量樣品室的水的濁度和溫度的光學多參數探頭，通過使用濁度散射光測定原理來測量濁度，可對水中極低的懸浮顆粒濃度進行監測。pH分析儀是一種直接測量水中pH值和溫度的多參數探頭，pH分析儀測量溫度并在線校正pH測量的結果。

3.2 光譜在線分析儀。UV-VIS在線紫外可見光譜分析儀是世界上第一個，也是唯一一個可以在液體介質中直接進行連續光譜測量(220～720nm波段)的水質分析儀器。其采用紫外-可見光的陣列感光器和差分光譜分析軟件，可以同時測量BOD、COD、TOC、DOC、UV254、SAC、NO3、NO2、NH4、總懸浮固體物(TSS)、濁度(NTU/FTU)、BTX(苯、甲苯、二甲苯總稱)、pH值、電導率、氧化還原電位、溫度等，具備污染物報警的強大功能，并可分析單個參數或多種參數；它可對檢測數據進行吸收譜分析，通過分析吸收譜的變化，可以衡量水質的變化，辨別是哪類物質造成的水體污染。

3.3 總磷自動測定儀。是最新一代的基于Linux操作系統的在線分析儀，超高靈敏度的檢測器件充分保證儀表具有超低的檢出極限，內置的高精度雙光束分光光度計充分保證了分析值的穩定和精確，高精度進樣反應系統保證分析值具有極高的穩定性，內置紫外加熱消解裝置，保證總磷測量的可靠性。

3.4 葉綠素在線測定儀。葉綠素在線分析儀通過直接檢測被測水體中葉綠素α的釋放熒光量來在線監測葉綠素α的濃度。葉綠素在外加光源的激發下，在某個可見光譜區域吸收光線(主要在紅藍色光區域)，并以熒光的方式在較長波長680nm附近重新釋放一小部分吸收能量。葉綠素在線分析儀使用超亮藍色脈沖LED作為激發光源。一個二色分光鏡被用來阻擋LED燈發出的小部分紅光。很小部分藍光被二色分光鏡反射，作為評價光源能量變化的參考信號。

4 數據處理系統

數據處理系統主要是完成水質自動監測站系統的控制、數據采集、存儲、處理等工作。能實現對取配水單元、預處理單元、水質監測分析單元、輔助分析單元、通信單元、運行環境支持單元等子系統管路、電路的控制，實現對站內各類分析儀表的操作和監控。系統控制支持自動模式、手動模式和遠程模式。

5 通信單元

通信單元負責完成將監測數據從現場水質自動監測站傳輸至監控中心，并將監控中心的控制命令發送回現場監測站。系統控制單元采集的各儀表監測數據、各儀表以及閥門的狀態信息、測站環境狀態信息等通過GPRS終端發送到監控中心。也可通過GPRS終端接收來自監控中心的控制命令，并反饋給系統控制單元，由系統控制單元執行監控中心的控制命令。

岳城水庫水質自動監測系統的建設，可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，及時掌握水源地水體的水質狀況，為防止下游水質污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，保障飲用水源地的水質安全。