張大偉，張 琪，曹秋麗

（濟(jì)寧市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)寧 272000）

濟(jì)寧市地處淮河流域，南水北調(diào)東線工程貫穿境內(nèi)198 km。境內(nèi)南四湖既是南水北調(diào)輸水干線，又是重要的調(diào)蓄水庫。為確保南水北調(diào)干線水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，濟(jì)寧市建立起“治、用、保、防、控”五位一體互為依托、配套聯(lián)動(dòng)的流域治污綜合體系。其中，濟(jì)寧市南水北調(diào)截污導(dǎo)流工程就是為保證南水北調(diào)水質(zhì)安全，由國家投資建設(shè)的重點(diǎn)水利工程，主要為截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地工程、輸水明渠、管線工程等。

南水北調(diào)東線2013 年11 月正式通水以來，南四湖水質(zhì)持續(xù)改善，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。但污水排放監(jiān)管等水質(zhì)保護(hù)措施尚需完善，通過在濟(jì)寧境內(nèi)有代表性的截污導(dǎo)流工程中安裝水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掌握整個(gè)系統(tǒng)水文水質(zhì)狀況，及時(shí)分析原因并加以控制是保障境內(nèi)干線水質(zhì)的基礎(chǔ)[1]。

1 系統(tǒng)配置

1.1 建設(shè)內(nèi)容

1）站房。濟(jì)寧境內(nèi)5 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站均采用固定式站房，利用現(xiàn)有管理房進(jìn)行改造，確保站房?jī)?nèi)通暖、給排水、防火、供配電等系統(tǒng)能保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

2）取水單元系統(tǒng)。通過取水管路將所有水質(zhì)分析儀器連接起來，完成水樣的采集后將取水點(diǎn)水樣引至監(jiān)測(cè)站內(nèi)，滿足配水單元和水質(zhì)分析儀器的需要。取水系統(tǒng)采用雙泵取水、雙管路設(shè)計(jì)，發(fā)生故障可自動(dòng)切換泵、管路，實(shí)現(xiàn)不間斷水樣采集。

3）配水單元。采用串聯(lián)方式，每臺(tái)儀器從各自的過濾裝置中取水，出現(xiàn)故障都不會(huì)影響其他儀器的工作。根據(jù)分析儀器對(duì)用水水質(zhì)、水壓和水量的要求，對(duì)水樣進(jìn)行沉淀、過濾等預(yù)處理，然后分配到各個(gè)分析單元和相應(yīng)設(shè)備，預(yù)處理后的水質(zhì)不改變水樣代表性。

4）控制系統(tǒng)。對(duì)其他單元進(jìn)行控制指揮，控制器通過壓力變送器控制電磁閥、水泵、空壓機(jī)等設(shè)備，完成管路取水、預(yù)處理、配水、清洗等功能。

5）數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、控制和傳輸，將獲取信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)管與數(shù)據(jù)審核平臺(tái)，并接收和執(zhí)行平臺(tái)下發(fā)的指令。根據(jù)狀態(tài)參數(shù)或故障報(bào)警信號(hào)等能自動(dòng)對(duì)分析結(jié)果的有效性進(jìn)行判斷，具有預(yù)警功能，可定時(shí)采集歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)曲線分析。

6）水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析單元。由特定參數(shù)水質(zhì)分析儀器組成，水質(zhì)分析儀器連接至數(shù)據(jù)采集和傳輸單元。

7）信息安全設(shè)備及其它輔助設(shè)備。為自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供環(huán)境保障，包括電力保障、雷擊防預(yù)、安全防護(hù)、溫濕度調(diào)節(jié)和廢液收集等。

在控制系統(tǒng)的指揮下，采水單元從水體中取水樣，經(jīng)配水單元對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，再分配到各分析單元。各參數(shù)分析儀得出水樣的參數(shù)值，由數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)通過發(fā)送至監(jiān)管平臺(tái)，工作人員可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]。

1.2 自動(dòng)分析儀工作原理

水質(zhì)自動(dòng)分析儀的性能指標(biāo)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的保障。自動(dòng)分析設(shè)備主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)為水體中的常規(guī)五參數(shù)（即pH 值、水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度）和氨氮、高錳酸鹽參數(shù)，分別由五參數(shù)自動(dòng)分析儀、高錳酸鹽指數(shù)自動(dòng)分析儀和氨氮自動(dòng)分析儀3 種設(shè)備完成。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心

通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心包括3 部分：網(wǎng)關(guān)層設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸和云平臺(tái)數(shù)據(jù)處理及控制查詢。網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)鏈的采集控制層，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)站房?jī)?nèi)空調(diào)控制，門禁管理、視頻監(jiān)控及數(shù)據(jù)上傳。VPN 網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)鏈的傳輸層，網(wǎng)關(guān)通過4G 模塊接入VPN 專屬網(wǎng)絡(luò)與云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。云平臺(tái)為數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)分析層，實(shí)時(shí)分析網(wǎng)關(guān)上傳的水質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息，當(dāng)水質(zhì)和設(shè)備異常時(shí)啟動(dòng)警報(bào)。

2 運(yùn)行維護(hù)

水質(zhì)自動(dòng)分析儀的性能會(huì)直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)與管理等方面展開細(xì)致工作，可以有效地提高在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，使其數(shù)據(jù)具有代表性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期有效平穩(wěn)運(yùn)行[3]。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)行維護(hù)應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行維護(hù)管理，并對(duì)維護(hù)過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，形成報(bào)告。維護(hù)內(nèi)容包括每日遠(yuǎn)程維護(hù)、每周現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、應(yīng)急維護(hù)，并定期對(duì)監(jiān)測(cè)和運(yùn)維人員進(jìn)行培訓(xùn)。

3 效果分析

該水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在濟(jì)寧境內(nèi)中水截污導(dǎo)流工程線路上設(shè)置了5 座水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，分別對(duì)5 個(gè)縣、市5 處閘壩所在水體斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)站每4 h 檢測(cè)1次，得出水樣的參數(shù)值，由數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至智能平臺(tái)、移動(dòng)終端，全過程自動(dòng)化運(yùn)行。

該系統(tǒng)參照國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為pH 值、水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度、氨氮和高錳酸鹽7項(xiàng)參數(shù)。利用警值軟件為除濁度外的其它6 項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)限值設(shè)定了預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，在高于或低于標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)警報(bào)。

目前，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已完成單位工程驗(yàn)收，并通過設(shè)備調(diào)試，進(jìn)入試運(yùn)行階段。試運(yùn)行期間，系統(tǒng)各單元運(yùn)行正常、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，上傳及時(shí)，能夠做到連續(xù)、實(shí)時(shí)掌握斷面水質(zhì)動(dòng)態(tài)，可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)異常預(yù)警預(yù)報(bào)。綜合分析5 個(gè)斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：水體pH 值比較穩(wěn)定，在6.5～8.17 之間；溶解氧在個(gè)別時(shí)期會(huì)出現(xiàn)＜5 mg/L的情況，主要受水體溫度和微生物群的代謝活動(dòng)影響；濁度、氨氮的較高值往往出現(xiàn)降雨過程中，分析原因主要是與降雨有關(guān)，沿岸的雨水沖刷匯入，或是支流的水匯入造成懸濁物、氨氮含量升高。5 個(gè)斷面水質(zhì)大部分時(shí)間可穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，基本符合南水北調(diào)東線干線調(diào)水水質(zhì)目標(biāo)要求。為水利部門實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)情況，及時(shí)、迅速?zèng)Q策和有效應(yīng)對(duì)提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

4 建議

4.1 嚴(yán)格按照規(guī)范流程進(jìn)行采樣

人工檢測(cè)的樣品采集過程中要保證在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)、同一層面，以確保樣品的同一性，保證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的樣品與手工分析的樣品可比[4]。只有嚴(yán)格按照規(guī)范的流程采樣測(cè)試，才能保障比對(duì)檢測(cè)結(jié)果的可比性。

4.2 加強(qiáng)科技手段與水利行業(yè)融合

建議系統(tǒng)中增加行業(yè)排污指標(biāo)對(duì)應(yīng)功能。如數(shù)據(jù)顯示某個(gè)時(shí)段某個(gè)參數(shù)指數(shù)迅速升高，排除降水、溫度等因素影響外，分析判斷為企業(yè)排污超標(biāo)。但沿線企業(yè)眾多，排查難度大。如能分析排污指標(biāo)和行業(yè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增加排污指標(biāo)對(duì)應(yīng)功能，可快速鎖定其行業(yè)性質(zhì)和企業(yè)范圍。

4.3 建立水質(zhì)保護(hù)長(zhǎng)效機(jī)制

對(duì)5 座水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的運(yùn)行情況、維護(hù)校準(zhǔn)情況等及時(shí)進(jìn)行記錄，不斷摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，待模式成熟后推廣至南四湖入湖各條河流、調(diào)蓄水庫等，特別是在污水處理廠附近河流增設(shè)監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)南水北調(diào)干線水質(zhì)進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，以形成長(zhǎng)效保護(hù)機(jī)制。

4.4 建立一支專業(yè)化隊(duì)伍

目前在試運(yùn)行和摸索階段，可暫時(shí)委托專業(yè)、信譽(yù)好的第三方運(yùn)維企業(yè)進(jìn)行日常運(yùn)維和校準(zhǔn)工作，以保障水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。同時(shí)，應(yīng)盡快著手培養(yǎng)一批專業(yè)運(yùn)維和監(jiān)測(cè)人員，逐步形成常態(tài)化、制度化，最終建立一支水利系統(tǒng)自己的運(yùn)維和水質(zhì)監(jiān)測(cè)隊(duì)伍。

4.5 發(fā)揮水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

南四湖及周邊為保護(hù)水質(zhì)安全、水質(zhì)達(dá)標(biāo)，污染治理任務(wù)重。應(yīng)找到與東線二期工程運(yùn)行管理體系的契合點(diǎn)，發(fā)揮水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳遞和自動(dòng)化、智能化管理的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)信息共享和資源整合，為將來東線二期運(yùn)行管理、京杭大運(yùn)河生態(tài)治理與環(huán)境保護(hù)、水資源開發(fā)和環(huán)境評(píng)價(jià)創(chuàng)造有利條件。