供水水源水質監測和預警研究

趙 彥

（遵義市供水有限責任公司，貴州遵義 563000）

目前，我國超過八成的水源地已經出現污染狀況，且水質會根據外在條件變化產生變動，為此技術人員必須及時采取措施，加強供水水源區域的水質保護，確保后續供水工作滿足人們所需。但由于很多區域面積廣，因此人工監測不僅難度大，而且成本高。為此，需加大信息化技術運用，利用搭建水質監測預警系統的方式實現數據自動化收集。由此可見，對供水水源水質監測和預警系統進行研究具有重要現實意義。

1 供水水源監測預警存在的問題

部分供水水源區域由于在數據監測收集方面技術應用不足，因此在供水的過程中通常只能夠針對小范圍水源區域開展深度處理，其他部分區域僅能夠基本達標，無法實現污染物管控，在水質監測中依然會出現大量氨氮等物質。此外，供水管道長久使用，也會對輸水資源產生二次污染。結合數據來看，我國現階段的661個城市中，供水總網面積巨大，其中包含59%左右的老化管網，5%左右的管網甚至已經使用超過45年。然而由于管網更新需逐一進行，會耗費較多的資源以及成本，為此若想要確保供水水質，便要在不斷完善管網的同時通過信息化系統的搭建實時監測水質狀況。目前，部分區域在水源監測預警系統運用背景下，水質合格率已經提升10%左右，但是由于系統搭建技術水平較差，所以使用效果尚有發展空間[1]。

2 供水水源監測與預警系統建設

2.1 系統組成

水質監測系統建設的過程中需先確認規劃思路，之后使用設備監測數據，并傳遞至現場管控中心以及中央監控設備。系統會結合數據傳回情況對水質數據加以分析并建立模型幫助技術人員預測水質動態變化趨勢。與此同時利用管控體系建設，系統還會進行前期預測，并結合數據情況和對下一階段水質情況的預測，自動化管控供水速率。設計過程主要包括水樣采集、配水管控、參數分析、數據傳輸以及監控中心等的設計，既包括前端數據監測又包含數據傳送，屬于系統建設的基礎模塊。通信系統網絡主要運用光纖以及周圍的電話網線。監控中心的作用在于遠程監管，并基于數據信息完成水質動態研究與處理。

2.2 監測指標選擇

現階段水質監測系統中主要針對以下參數開展分析與研究：①綜合指標，包括pH值、懸浮物、渾濁度以及溶解氧等；②污染分析參數，包含化學需氧量、有機碳含量和紫外線吸收數據等；③污染物組成分析，包含金屬類、非金屬類、各種含氮物質以及氯化物、含磷物質等[2]；④有關細菌方面的參數指標；⑤水溫條件指標，如水流速、水域深度、周圍風速、今日降水數據以及光照狀況等。在水質監測系統使用中，必須要對指標參數開展研究。通常來講，在線監測系統應用主要針對總參數指標以及污染物類別分析水質，并基于當地的水質狀況條件、往年數據信息分析特殊指標，從而確保后續水質監測與預警體系構建的完整性。要想全面、真實、科學展現水質狀況，分析動態趨勢，便要對水溫、pH數值、渾濁度、溶解氧以及氨、氮、磷、總有機碳等指標進行研究，并適當增加新的指標參數分析項目。

2.3 模塊結構

技術人員主要運用PLC支持抽樣以及數據傳送，監控中心軟件系統規劃包括以下內容。①控制中心模塊，掌握并監控子系統運行，用于收集整合數據信息。②信息接收，通過軟件優化設計收集整合數據信息。③自動化存儲，將數據自動化整合并根據類別存儲至數據庫模塊中。④動態顯示系統，動態收集數據信息并遠程顯示在主顯示器中。⑤問題預警，在檢測數值信息數據存在異常狀況時便會通過管控系統自動化預警。⑥水源水質管控模塊，結合動態檢測為供水廠工作人員提供數據信息，用以分析污染物的指標數據，之后結合供水需要處理信息并建立預測模型，制定應急處理方案，并綜合生成評價數據以供參考。⑦結果輸出。自動化打印數據內容生成報告信息，如預測折線圖等。

軟件系統設計中是以模塊規劃的方式為主，此種形式后期升級維護難度較小。在具體工作中，工作人員可借助軟件開發以及數據庫搭建的形式滿足系統管控需要，并計算參數信息。整體來看，系統以Windows系統為核心進行開發，運用了大量的編程理念，以保障界面的整潔度和易操作性。

2.4 水質預警

水質預警是指對區域內水質數據加以研究，分析變化趨勢并對下一階段水質的變動狀況加以預測，明確變化趨勢，進而為后續水質問題以及其他綜合性狀況的規劃提供借鑒與參考，確保出現問題時能夠第一時間采取措施加以處理。在系統搭建的過程中，水質預警的功能性需求較多，不僅要滿足某一時刻的預警質量，還應針對未來一段時間的數據預測狀況完成提前預警，因此前瞻性超前預測是設計的關鍵。結合預警過程中的狀態情況，預警系統分為趨勢型以及突發型兩種，前者是指由于長期積累所產生的水質惡化，需要長時間過程性的累積；后者則是指數值在某個時間節點突然出現變動，沒有前期征兆數據和信息。針對以上兩種狀況，系統可結合實際開展以下3方面針對性預警：①對水質指標參數的變化開展預警；②運用分析統計技術監測水質數據狀況并加以預警；③借助水質數據模型構建，對可能產生的水質狀況提供預警信息。

2.5 功能設計

結合現場水質監控與分析需要，系統設計中主要包括以下功能設計。

（1）動態數據監測，支持前瞻性預警。在收集到實時數據之后，系統會將信息傳遞至主控制系統中，并顯示在顯示器上展現參數指標的變化以及不同時間階段的動態狀況。在技術發展的背景下，技術人員還在設計中加大了GIS技術的運用，以幫助工作人員掌握水源區域的斷面水質，若監測數據存在異常則連接預警模塊，并生成預測信息實現前瞻性預警。

（2）集中管控，動態管理。在系統規劃過程中，硬件以及軟件設計應滿足實際需求以及系統化要求，運用傳感器以及中央控制模塊建設系統。其中監控設備作為系統運行的基礎，需將其與中央管控、預警、信息傳輸模塊相連接。總而言之，中央監控系統的作用在于整合管控子系統數據，在設計前期技術人員會對不同的監測點進行權限下放，之后通過遠程管控監測設備以及系統的運行參數和狀況，隨時發送指令。與此同時，中央監控系統具備報警功能，可在不同時間節點調取過往信息形成曲線以及報表內容。為強化系統運行以及數據調取的科學性和安全性，數據的傳輸與調用均有相對應的備份信息，方便后續管理人員查詢。在此種設計下，工作人員便可明確水質狀況和污染物類別、超標信息。在動態管控背景下，系統還會基于數據為工作人員提供輔助決策方案，以此優化動態供水管理質量。

（3）全面管控，功能拓展。在收集到數據信息之后，系統會將信息數據與供水廠的管理體制相結合，并自動化實現供水管理。在運行過程中，系統所收集的數據信息可為水庫水質變化規律研究提供數據借鑒，加大對微生物數量變化的掌握，通過預警的方式強化供水廠運行效果[3]。

2.6 關鍵點研究

（1）供水地的水源監測屬于環保部門的工作范圍，然而在實際工作中由于數據信息的質量較差且不充分，因此系統很難發揮全部價值。出現此狀況的原因有以下幾種。①水域范圍較廣，管理工作量多。②環保部門日常監測的主要目標與供水廠有細微差異，且監測的設計規劃較為常規，難以全面彰顯當地的水源水質狀況，無法為供水廠相應工作開展提供參考。③由于技術運用無法滿足現實要求，且通常使用常規的技術形式完成定點采樣，因此經常會受到周圍因素的影響導致樣本狀況不達標，影響數據的科學性，無法真實、科學反映水質狀況。在此背景下，為確保水質數據使用需要，在系統設計中應建設在線監測數據庫，為數據收集管理奠定良好的基礎。

（2）為強化水質監測效果，保障供水水平，系統規劃中還需要針對水質數據進行預測模型搭建。若想要強化模型搭建的使用效果，技術人員應針對供水管理模式加以研究，優化模式質量，以此生成科學的模型。

（3）供水管理模式優化之后功能性會進一步拓展，可結合定時數據監測對水質條件加以研究并預測后續變化，實現前瞻預警，為動態供水管控及供水廠后續工作管理、決策創造良好的條件。為加強供水廠管控效果，在已有管理模式的基礎上，還要結合自動化供水管控系統滿足供水廠在水質、水量管控方面的時效性，幫助供水廠實現數字化管理改革[4]。

3 強化供水水源水質監測預警系統運行效果的建議

①相關部門技術人員應與管理人員配合，結合當地的水源地狀況制定供水應急預案，確保在出現問題可以第一時間控制污染，減少水質污染對用水的影響。②加大技術引用，強化科技水平，提升供水水源水質數據監測和預警管理的科學性。此外，在系統搭建的同時還可融入其他技術設計自動化消毒管控系統用于飲用水水質管理工作，提升飲用水質量。③增強工作人員的個人能力與道德水平。在招聘環節應強化對高技術人員的關注，以此提升團隊組織水準。在飲用水等管理部門還要設置專家組，在系統自動化監測的基礎上，通過專家判斷水質抽樣數據的方式，管控污染問題的產生，保障供水廠飲用水安全。

結合實際情況來看，應急體系的構建不僅有助于強化水源水質污染問題的處理效果，而且可保障居民用水安全，強化供水廠供水質量。由此可見，供水水源水質監測和預警的關鍵在于數據的精準度，因此可借助系統搭建強化自動化數據采集效果，在提升監測與預警效率的同時減少人為失誤，保障數據真實性，為供水廠可持續發展奠定基礎[5]。

4 結語

在社會不斷發展的背景下，水源地水質經常出現問題增加了供水廠的工作難度，需及時處理才能在滿足供水需求的同時實現水資源保護和優化目標。為此在后續的工作中，要求技術人員針對水溫、溶解氧、pH等參數強化模塊單元規劃，從而滿足水質數據收集、水質管控、數據監管等需求，為供水廠可持續發展奠定良好的基礎。